改进型三态开关交错并联高增益DC/DC变换器

研究了一种改进型三态开关高电压增益变换器。在输入并联-输出串联交错控制变换器基础上,将耦合电感初级引入变换器输入端,有效抑制输入电流纹波,实现输入电流自动均流的效果;两个耦合电感的次级与电容、电感构成电压倍增单元串联接入输出端,进一步提升变换器电压增益。该拓扑结构中两个串联的输出电容,既能回收再利用耦合电感的漏感能量,又能箝位开关管的漏源电压,减小开关管的电压应力,有利于选取低电压等级、低导通阻抗的开关器件,有助于减小功率管的导通与关断损耗。通过合理的漏感设计有效抑制了二极管的反向恢复问题,实现开关管零电流开关(ZCS)导通降低开关损耗。详细分析了所提变换器的工作原理与稳态工作特性,实验结果验证了理论分析的正确性。     

整合式单开关两路恒流输出LED驱动电源

提出了一种整合式单开关两路恒流输出LED驱动电源.该LED驱动电源由非隔离Buck-Boost和Buck变换器通过一个有源开关整合而成,简化了控制环路.采用恒导通时间COT(constant on-time)控制,消除了Buck功率因数校正PFC(power factor correction)变换器输入电流的死区.因...     

加复位绕组的零电压开关PWM全桥变换器

在全桥变换器中引入谐振电感和钳位二极管,可以使开关管在较宽的负载范围内实现零电压开关,并且消除输出整流二极管上的电压尖峰.当钳位二极管导通时,谐振电感被短路,电流保持不变,在开关管和钳位二极管中产生较大的导通损耗,而且如果滤波电感较大,钳位二极管有可能无法自然关断,从而产生较大的反向恢复损耗.在全桥变换器中增加一个复位绕组与谐振电感串联,当钳位二极管导通时,利用复位绕组电压使谐振电感电流快速下降,使钳位二极管电流快速减小到零.复位绕组的引入,不仅减小了谐振电感、开关管和钳位二极管的导通损耗,而且使钳位二极管可靠关断,避免了反向恢复.本文详细分析了加复位绕组全桥变换器的工作原理,并讨论变压器绕组匝比的选择,最后进行实验验证,并给出实验结果.     

风力发电系统中两电平与三电平变换器研究

介绍了变速恒频风力发电系统结构以及变换器在变速恒频风力发电系统机侧和网侧的控制模型.分析比较了二极管箝位型三电平拓扑与传统两电平拓扑变换器的损耗,包括功率开关器件导通损耗、开关损耗以及滤波电感的损耗.分析比较了两种变换器输出仿真波形.对两种变换器分别用于变速恒频风力发电系统中机侧和网侧的仿真波形进行分析比较.仿真结果表明,在变速恒频风力发电系统中,相对于传统的两电平变换器,三电平变换器有效降低了损耗,减小了纹波电流,输出电平增多,减小了电压变化,使波形质量得到了很好的改善,适用于变速恒频双馈风力发电系统.     

恒定导通时间双频率控制开关变换器

本文提出并研究了一种新型开关变换器控制技术——恒定导通时间双频率(COT-BF)控制技术。COT-BF控制技术利用两组预先设定的具有相同导通时间但不同开关频率的控制脉冲,实现对开关变换器输出电压的调整。COT-BF控制器实现简单,无需误差放大器及其相应的补偿网络。本文以电感电流断续导电模式(DCM)Buck变换器为例,研究了COT-BF控制开关变换器的工作原理及控制策略,并进行了实验研究。实验研究结果表明,COT-BF控制DCM Buck变换器具有比传统电压型脉冲宽度调制开关变换器更快的瞬态响应速度和更低的电磁干扰。     

一种高增益交错耦合电感DC/DC变换器

提出了一种高增益交错耦合电感DC-DC变换器,采用二极管、电容和电感构建无源吸收网络,回收再利用漏感能量,开关管的开关电压尖峰得到抑制,进而减小了开关管的电压应力;选用导通阻抗低的MOSFET,降低开关损耗,改善变换器效率。将2个电容和2个耦合电感副边相结合,1个导通周期内,当电容并联导通时,储存在耦合电感中的能量给电容充电;当电容串联导通时,将能量释放给输出端,从而获得高增益。此外,二极管的反向恢复问题得到有效抑制;交错并联控制抑制了输入电流纹波,变换器性能得到改善。对电路的操作原理和模态变化作了详细分析,最后搭建了1台300 W、20 V/240 V的实验样机,验证了理论分析的正确性。     

20kV零电流开关的电容器充电电源

研制了高压脉冲电容器恒流充电电源。采用IGBT构成电源的软开关电路和闭环变频的充电控制方式。对输出负载大范围变化引起的谐振频率漂移,采用与之相对应的微调开关时间,保证了变换器开关的零切换,显著降低了导通、关断时IGBT的损耗。充电实验表明,该电源恒流效果好、重复充电精度高、效率高,在短路状态下也能安全可靠地工作。     

提高降压变换器轻载效率的改进型恒定导通时间控制方法

本文提出一种数字化控制方法,用以提高恒定导通时间控制Buck变换器的轻载效率.不同于传统恒定导通时间控制方法,所提方法通过增大恒定导通时间控制Buck变换器轻载状态时的导通时间,以进一步降低变换器开关损耗、提高轻载效率.此外,所提方法无需增加外部传感检测电路,可直接根据开关频率变化来判断电感电流过零点,使变换器工作在电感电流断续状态以降低导通损耗.通过理论分析和相应实验验证了所提方法的可行性.     

基于双路恒流输出单级Cuk PFC变换器的LED驱动电路

传统的高功率因数双路输出电源由前级功率因数校正(power factor correction,PFC)变换器级联2个DC-DC变换器组成,系统复杂、成本高、体积大。提出一种双路恒流输出单级Cuk PFC变换器,并研究了其工作原理、控制策略和工作特性。该变换器通过使用单级PFC变换器的开关管复用技术复用了Boost PFC变换器和Buck DC-DC变换器的主开关管,又通过使用单电感多输出变换器的电感复用技术分时复用了输出电感,从而仅使用一级变换器同时实现了功率因数校正、低二倍工频输出电流纹波和双路输出电流可独立控制,减少了电感与控制器的数量,大幅降低了双路输出电源的体积和成本。最后通过搭建输出功率为18 W的高功率因数双路恒流输出LED驱动电路的实验样机验证了理论分析的正确性。     

分布式组合Buck LED驱动电路及其定纹波控制策略

为了解决传统滞环电流控制存在负载调整能力差、输出电流范围窄等问题，基于三路组合DC-DC Buck驱动电路，提出一种定纹波控制策略，并结合第三代半导体GaN开关器件，提高变换器功率密度和效率。分析了三路组合Buck驱动电路的工作特性及其定纹波控制策略，对驱动电路工作于连续导通模式(CCM)和断续导通模式(DCM)进行统一数学建模，推导小信号模型和相应控制方程，进行电路关键参数设计。最后，搭建一台1.8 kW分布式三路组合Buck实验样机与一台采用GaN开关器件的单路Buck驱动器。仿真和实验结果表明，输出功率600 W时，样机最高效率可达99.54%;电路能自适应调节开关管导通和关断时间，提高系统的动态性能；电路工作在CCM和DCM两种模式，实现了10%～100%宽范围调光和电感电流定纹波控制；通过直接控制电感电流平均值，提高恒流调光精度，恒流调光精度小于1%。     

具有快速动态响应的三态功率因数校正变换器

提出一种三态Boost功率因数校正电路及其相应的系统控制策略,采用DSP实现系统的全数字控制.通过在Boost变换器电感两端并联开关管,使Boost变换器工作在伪连续导电模式从而获得2个控制自由度并实现控制环路的解耦.详细分析三态Boost 功率因数校正变换器的工作原理和控制方法,不但解决了不连续导电模式Boost功率...     

二次型CCM Boost变换器能量传输模式

为了分析二次型CCM Boost变换器输出电压纹波特性,研究其能量传输模式.根据电感电流谷值与负载输出电流的关系,分析二次型CCM Boost变换器在开关管关断期间的能量传输模式,即完全电感供能模式(CISM)和不完全电感供能模式(IISM).分析在忽略输出电容等效串联电阻和存在输出电容等效串联电阻两种情况下,工作于CISM和IISM模式的二次型CCM Boost变换器的输出电压纹波特性,得出CISM与IISM模式的临界电感值和临界工作条件.分析结果表明,当二次型CCM Boost变换器工作于CISM模式,且忽略输出电容等效串联电阻时,输出电压纹波仅由开关管导通期间输出电容电压的下降幅度决定,与电感无关;而当存在输出电容等效串联电阻时,工作于CISM模式比IISM模式具有更小的输出电压纹波.实验结果验证了理论分析的正确性.     

一种宽工作范围Boost电路的滑模变结构控制策略研究

由于Boost变换器自身非线性以及非最小相位的结构特点,传统PI控制器能够保证Boost变换器在所设计的额定工作点附近稳定工作,并取得良好的动态和稳态性能。当Boost变换器的工作状态与额定点发生较大偏差时,其稳定性就无法保证。因此针对Boost变换器在偏离额定工作状态下的稳定性以及动态性能不足的问题,提出了一种滑模变结构控制与PI控制器相结合的控制策略。内环为采用电感电流为反馈量的滑模控制器,外环采用以输出电容电压为反馈量的PI控制器,并在滑模控制器中引入指数趋近律改善性能,提高了Boost变换器在宽范围工作下的稳定性和动态性能。基于Boost变换器模型,针对所提出的控制策略进行控制器参数设计,最后通过仿真与实验验证了控制策略的可行性与有效性。     

Buck-Boost矩阵变换器的复合控制策略

针对Buck-Boost矩阵变换器实际输出电压与其参考电压间存在较大跟踪误差的问题,提出一种基于重复控制的复合控制策略。阐述了该控制策略的基本原理,构建了以Buck-Boost矩阵变换器中电容电压与电感电流为系统控制变量的复合控制闭环,并就该控制闭环中复合控制器的具体设计方法进行了深入研究,最后构建仿真模型对其控制效果进行了验证,同时与比传统双闭环控制策略进行了对比仿真分析,结果表明:该控制策略不仅有效解决了Buck-Boost矩阵变换器存在的稳态跟踪误差大的问题,而且具有比传统双闭环控制策略更加优良的谐波抑制能力,因而具有更好的应用价值。     

一种新颖采用磁集成技术大功率组合式高增益Boost变流器研究

为满足规模化储能系统及直流母线型分布式发电系统对大功率、高增益、高效率和高功率密度直流升压变换器的要求,提出了一种适用于大功率应用场合的组合式双输入高增益磁集成Boost变流器,并研究了该拓扑组合复用和控制策略。首先详细介绍了所提出的新型变流器的电路结构、工作模态和电气性能,推演出变流器电压增益、开关管应力及电感电流纹波特性,并分别讨论了组合拓扑的交叉控制和互补控制策略,通过与传统双输入Boost变流器的电压增益对比,该拓扑在两种控制模式下均具备更大电压增益和更小的电流纹波;其次推导了静态等效电感和暂态等效电感,以及耦合电感下稳态电流纹波和暂态电流响应速度的关系,给出耦合电感设计准则;最后制作实验样机进行测试,结果证明了理论分析的正确性。新拓扑较之传统高增益大功率升压变流器具备高增益、高功率密度、低应力和低纹波的优势,具备极大的研究价值和实用潜力。     

非隔离新型高增益DC-DC升压变换器

针对光伏发电系统中光伏电池板输出电压低,而要求其并网逆变器前端直流母线输入电压高的特点,提出了一种非隔离型高增益DC-DC升压变换器。对其工作原理和性能特点进行了详细的理论分析。并制作了一台输出功率为200 W的实验样机,实验结果表明该变换器具有如下特点:在相同占空比的条件下,变换器具有2倍于传统Boost拓扑结构的电压增益;变换器中两有源开关管的电压应力为传统Boost电路中有源开关管电压应力的一半;变换器中两电感电流一直相等而无需任何均流控制,外加两有源开关管采用同步控制,控制策略简单。     

单相电流型PWM逆变技术综述

在分析了传统单相电流型PWM逆变器固有缺陷的基础上,系统地论述了从电路拓扑、控制策略等方面提出的多种解决其缺陷的方案,并给出了设计实例与特点,获得了重要结论。电路拓扑方面的解决方案包括差动双向Boost直流变换器型逆变器、组合式Boost/Buck/Buck-Boost逆变器、附加反激AC-DC能量回馈电路的单相电流型高频环节逆变器等,具有满足Boost变换器控制规律、电路复杂、损耗大等特点;控制策略方面的解决方案包括具有补偿环节的非线性调制控制策略和无源性控制策略等,具有输出波形质量高、储能电感大等特点;电路拓扑和控制策略两方面的解决方案包括输入侧串并联谐振器的单相电流型逆变器、具有储能电感电流限定非线性PWM单周期控制单相电流型逆变器等,具有输出波形质量高、储能电感小、变换效率高等特点。     

基于倍压单元耦合电感高增益DC/DC变换器

提出一种基于倍压单元的新型DC/DC高增益变换器。在传统Boost变换器的基础上引入倍压单元,提高变换器电压增益,并把2个储能电感进行磁集成,减小变换器体积和电感电流纹波。分析了该变换器的工作原理以及工作模态,推导了输出电压增益公式、各二极管和开关管的电压应力以及电感电流纹波。与传统Boost变换器相比,电压增益提高了（3+D）倍,开关管应力电压减小明显,电感电流纹波减小一半。通过仿真和实验,验证了理论分析的正确性。     

开关DC/DC变换器的统一离散模型

为了确切地描述DC/DC变换器的系统特性,指导变换器的控制策略设计,文中利用状态转移矩阵,建立了基于电感电流连续和不连续两种运行模式的Boost变换器统一离散模型.给出了根据系统当前状态及控制策略,计算每个开关周期中功率开关关断后电感电流持续时间的方法,给出了变换器运行模式的判断条件,确定了模型的系数矩阵.与实验结果进行比较,验证了统一离散模型的有效性.     

四开关Buck-Boost变换器的三模式控制方法研究

针对四开关Buck-Boost变换器在两模式运行时,其输入输出电压接近时模式切换频繁以及开关管难以运行在极限占空比下的问题,提出了一种基于平均电流控制的Buck、Buck-Boost、Boost三模式切换策略。该策略在原有Buck、Boost两模式的基础上,通过检测输入电压单元来控制调制信号偏置电压,实现四开关BuckBoost变换器在Buck、Buck-Boost、Boost三模式下平滑切换,使开关管在宽输入电压范围内工作在有效占空比区间。通过使用平均电流控制来限制电感电流变化,确保变换器的安全可靠运行。最后搭建saber仿真模型和硬件实验平台,验证了所提控制策略的可行性。