输入串联输出并联的直流变换器控制策略研究

输入串联输出并联型直流变换器能降低开关管的开关应力,适用于高输入电压、大功率的直流变换场合。为了保证该变换器的可靠工作,必须确保其输入分压电容均压和输出电流均流。文中首先从能量的角度出发,分析了输入串联输出并联型直流变换器的输入均压和输出均流之间的关系,指出输出均流控制不能保证输入均压,而输入均压控制可以确保输出均流;然后提出一种新的输入均压的控制方法,在保证输入均压和输出均流的同时,该方法可以实现输入电压的均压控制与输出电压的调节相解耦,有利于分别独立设计各个输入电容电压和输出电压的闭环控制,同时交错控制下的电流纹波抵消效应使输出滤波电容得到了减小;仿真和实验结果验证了该方法的有效性。     

输入串联输出并联逆变器的集中式均压控制策略

输入串联输出并联逆变器可将小功率模块组合后,用于高电压输入、大电流输出的交流供电场合.本文提出了一种集中式均压控制策略,解决系统的输入均压和输出均流问题.其中输出电压环和输入均压环集中设计在一起,共同给系统中各模块提供控制信号.各模块具有独立的电流环和主电路.输入均压环通过调整各模块的电流环给定信号,使输入电压高的模块输出电流增加,输入电压低的模块输出电流减少,从而实现了两模块的输入均压.在输入均压时各模块电流环的给定信号相同,同时实现了输出的均流.文中对所提控制策略进行了分析,并根据解耦的思想,给出了控制系统设计的方法.最后进行实验验证,并给出实验结果.     

输入并联输出串联的半桥变换器研究

在高输出电压、大功率的应用场合,单个变换器模块很难满足高输出电压、大功率设备的要求,存在变换器输入端功率器件电流应力过大,变换器次级电压偏高、整流二极管电压应力大和反向恢复时间长等问题。为此,以半桥变换器为基本单元,提出了一种适合于高输出电压、大功率应用场合的输入并联输出的串联半桥组合式变换器。该拓扑结构中各模块共用一对电容桥臂,这样大大减少了主电路中电容的数量,结构简单。分析了该组合式变换器的特点和规律,对其产生不均压不均流的因素进行了探讨并提出了相应的均压均流控制方案;进行了控制回路的设计,同时引进交错控制技术。仿真结果表明,它具有很好的均压均流效果及良好的输出特性,证明了该半桥组合式拓扑结构及其相应控制方法的正确性。     

输入串联输出并联DC/AC逆变器系统的控制策略

输入串联输出并联逆变器系统适用于输入电压高、输出电流大的直流/交流变换场合,要保证该逆变器系统正常工作,就必须保证输入电压均压与输出电流均流。提出一种采用负载电流反馈的输入均压输出均流控制策略,该控制策略根据各模块间的输入电压偏差直接调节各模块的输出电流幅值,使输入电压高的模块输出电流增大,输入电压低的模块输出电流减小,从而实现输入均压。与采用输出滤波电感电流反馈的方法相比,采用负载电流反馈时,即使输出滤波电容不匹配,也不影响输出均流效果。同时,还分析输入均压环与系统输出电压环的关系,给出输入均压环和系统输出电压环的设计准则。最后以一台由2个模块组成的输入串联输出并联逆变器原理样机验证该控制策略的有效性以及环路设计的正确性。     

输入并联输出串联变换器系统的控制策略

将多个直流变换器模块在输入侧并联和输出侧串联,得到输入并联输出串联直流变换器,它可以降低开关管的电流应力和输出整流二极管的电压应力,适用于高输出电压、大功率的场合.为了保证该变换器的可靠工作,必须确保各模块的输出电压均衡.本文从能量守恒的角度出发,揭示了该变换器中各模块的输出均压和输入均流之间的关系,指出可以直接控制各模块的输出电压以使它们均衡,也可以采用输入均流控制来实现输出均压.提出一种新的输出均压的控制方法,它对系统输出电压控制闭环没有影响.同时采用交错控制,可以有效减小输入滤波电容和输出电容.论文最后给出了仿真和实验结果,验证了该方法的有效性.     

一种组合式宽输入高效率DC-DC变换器

针对车载DC-DC变换器输入电压变化范围大的问题,提出一种组合式宽输入高效率DC-DC变换器。该变换器包括飞跨电容(FC)型三电平Buck电路和LLC谐振电路两部分,FC三电平Buck电路输出端口与LLC谐振电路输入端口串联,通过控制FC三电平Buck电路占空比实现输出电压调节以适应宽输入电压范围,同时三电平结构降低了开关管电压应力、减小了损耗;LLC谐振电路传输负载所需全部功率,采用定频开环控制以获得高效率和稳定增益,同时实现了电气隔离。详细分析了组合式变换器的拓扑结构、直流增益以及工作效率,并与相同电路构成的级联式变换器进行了效率特性对比,根据组合式变换器的拓扑结构和工作特性,提出一种解耦控制策略,实现输出电压稳定和飞跨电容电压平衡,最后搭建了一个200～400 V输入、12 V/20 A输出的实验电路进行验证,实验结果表明所提组合式变换器的正确性和可行性。     

输入均压结合输出同角度控制策略下ISOS逆变器系统的环路设计

输入串联输出串联(input-series and output-series,ISOS)逆变器系统的控制目标是在实现输入均压的同时,控制输出电压的幅值和相位都相等从而实现输出均压。在已有的输入均压结合输出同角度的三环控制策略的基础上,对系统的控制环,即输入均压环和输出电压环之间的解耦关系进行分析,并在此基础上分别对它们进行具体的参数设计,以使系统具有良好的稳态和动态性能。仿真及实验结果验证了环路间的解耦关系及参数设计的合理性与有效性。     

多输入单相MMC整流器控制方法的研究

多输入MMC整流器是一种可以连接多个交流电源的新型多端高压变换器。针对多输入单相MMC整流器的拓扑特点,提出了一种开关组独立控制方法。该方法对同一桥臂上各开关组的调制信号进行解耦,并加入电容均压和稳压控制功能,实现了每个功率子模块电容充放电的平衡,同时保证了直流侧电压稳定。最后通过仿真验证了所提控制方法的可行性。     

ISOP型直流变换器输入端电容均压问题研究

提出了一种新型的输入串联输出并联I(nput Series Output Parallel,简称ISOP)直流变换器。该变换器采用两个全桥结构的变压器共磁芯,可强制使电容均压;同时对输入端电容的压差进行反馈控制。两种方法使输入端分压电容中线电流为零,均压效果显著,因此可使用低压开关管,降低成本。文中介绍并分析了该变换器的均压机理,给出了实验结果。     

输入串联输出串联型双向DC/DC变换器自适应均压控制策略研究

多模块输入串联、输出串联(input-series output-series,ISOS)型双向DC/DC变换器尤其适用于如直流电网等输入、输出电压等级都较高的场合,模块间的输入/输出侧能否均压是制约其可靠运行的关键问题。提出了一种基于输入/输出侧电压双下垂的自适应均压控制策略。该控制策略利用电感电流补偿值与输入/输出电压之间的下垂特性实现了自适应均压控制,但下垂控制会带来不可避免的静差问题。补偿改进控制策略消除了静差并进一步提高了系统模块化程度,改进后,输入/输出侧均压效果和动态性能良好。利用小信号建模分析系统稳定性,通过根轨迹分析得到控制参数稳定范围,最后通过仿真和实验验证了策略的可行性。     

一种具有自动均压均流特性的组合式LLC谐振变换器

提出一种具有自动均压和均流特性的组合式LLC谐振变换器。该变换器拓扑基于多个LLC模块的ISOP结构,通过在变换器前级开关电容网络中加入飞跨电容实现各串联模块输入端电压的均衡,在不同模块的谐振槽中串联耦合电感实现各模块电流的均衡。该拓扑保持了传统LLC谐振变换器的高效率、软开关和低电磁干扰(EMI)等优良特性,且具有控制简单、系统可靠性高等优点,非常适用于高降压比、大功率输出场合。以两个LLC模块的组合式变换器为例,对该拓扑的均压和均流原理进行详细分析。最后,通过一台输入400~550V、输出48V/24A的实验室样机,对该拓扑的均压和均流效果进行实验验证。     

新型的高压输入DC／DC小功率变流器

提出了一种基于模块串联的适用于高压输入(1 kV以上)的DC/DC小功率变流器拓扑,分析了其均压均流原理,讨论了元器件参数对均压均流的影响。最后进行了仿真和实验,并对其结果进行了分析。     

输入串联输出并联直流变换器建模与解耦控制

输入串联输出并联直流变换器系统(Input-Series Output-Paralleled，ISOP converter)十分适用于高输入电压大功率场合。每个DC-DC模块输入电压均分、输出电流均流是其正常工作的关键。本文提出的一种新颖的输入均压控制方法，在确保模块输入电压均分、输出电流均流的同时，使得控制各个模块输入电压的同时不影响输出电压的调节，有利于分别独立设计输入电压控制闭环和输出电压的控制闭环。本文选择全桥(Full Bridge，FB)变换器作为基本的DC-DC模块，建立了FB-ISOP小信号数学模型，基于该控制方案将整个FB-ISOP解耦为多个单输入单输出的控制闭环。并以两个全桥输入串联输出并联为例，给出了闭环调解器的设计方法。论文最后给出了实验验证。     

一种输入串联输出并联双有源桥变换器输入电压自平衡结构

输入串联输出并联(input series output parallel, ISOP)双有源桥(dual active bridge, DAB)变换器的输入均压(input voltage sharing, IVS)主动控制策略存在控制系统复杂和传感器数量较多的问题。相反地，无源调控方法的控制系统简单，因而具有明显的优势。基于无源均压思想，提出一种适用于共占空比控制的基于耦合电容的ISOP-DAB变换器的输入电压自平衡拓扑结构，通过耦合电容使得子模块的高频链环节产生电气耦合，从而实现子模块输入电压的均衡。进一步，给出含有耦合电容的ISOP-DAB变换器的简化等效电路，并进行理论分析与推导，得到子模块输入母线电压偏差及耦合电容电流与变换器硬件参数的关系。理论计算表明该拓扑在子模块参数存在较大的偏差时仍然具有较好的IVS能力。最后，仿真和实验结果验证该拓扑的可行性和有效性。     

适用于直流配网的故障自清除型电力电子变压器

基于MMC-ISOP电力电子变压器结构的直流配电系统发生中压直流母线双极短路故障后,若采用常规半桥型MMC子模块,交流母线会与故障点构成三相短路而产生较大故障电流损坏功率器件,后级ISOP变换器输入侧若采用直接串联方式同样无法避免输入电容对地放电问题。提出具有故障电流自清除能力MMC子模块拓扑,未提高器件数量、电容耐压等级,且保证了阻断能力。提出DAB变换器输入侧混合串联型ISOP拓扑,可有效切断故障后电容放电通路,降低电容电压应力及电感电流脉动,缩短故障后系统恢复时间。利用Simulink软件搭建了直流配网稳态及故障状态仿真模型,仿真结果验证拓扑结构有效性及理论分析准确性。     

Improved “K” type seven-level switched capacitor inverter topology with Self-voltage balancing

This paper proposes an improved “K” type seven-level switched capacitor inverter topology. The proposed topology consists of eight active switches, one floating capacitor, and two dc-link capacitors. The floating capacitors are charged and discharged in each half-cycle to maintain the capacitor voltage with the same value of the input voltage. The floating capacitor voltage is self-balanced, and the output voltage is 1.5 times higher than the input voltage. To prove the superiority of the proposed topology, it is compared with the existing seven-level inverters in terms of maximum voltage stress on the switch and required the number of power components. The simulation and experimental validation are carried out for 1.6 kW, 50 Hz using a laboratory-based setup with a switching frequency of 5 kHz. The results are discussed highlighting the performance of the proposed topology for the dynamic load variations at different modulation indices. Both simulation results and experimental results have good agreement in terms of voltage balancing of flying capacitor.     

一种差动型高增益DC-DC变换器分析与设计

针对传统DC-DC变换器电压增益低、开关管电压应力较高、输入电流和输出电压纹波较大等问题,提出一种由两个多电平升压变换器差动连接而成的DC-DC变换器。首先,详细分析了所提变换器的拓扑结构、工作状态以及电路参数设计。理论分析结果表明,在占空比为0.5时,该新型变换器输入电流和输出电压的纹波相互抵消,具有明显的纹波抑制功能。同时,当电容器以互补开关方式运行时,电容器纹波的减少降低了电容器的尺寸。此外,该新型变换器无需添加额外的开关管,驱动及控制电路设计简单。然后,对所提变换器与其他类似变换器在电压增益、元件器数量以及半导体器件的电压应力等方面进行了对比分析,进一步说明了所提变换器的优越性能。最后,通过仿真研究和样机实验验证了理论分析的正确性,以及所提拓扑结构在降低元器件电压应力、提高电压增益方面的有效性。     

低压直流母线AC-DC电力电子变压器及其短路故障穿越方法

传统的基于半桥型模块化多电平电力电子变压器使用大量的开关器件和无源元件,限制了其功率密度和效率的提高。提出了一种组合全桥型模块化多电平换流器(MMC)和输入侧间接串联型输入串联输出并联DC-DC变换器的电力电子变压器拓扑,MMC输出等级较低的中压直流母线,可减少隔离级DC-DC模块数量,且可以实现故障时的自阻断功能。通过改变DC-DC变换器模块输入侧的串联连接方式,可有效避免中压直流端口短路时导致DC-DC变换器输入侧电容短路问题。该电力电子变压器拓扑同时具备中压和低压直流端口,且可以有效降低开关器件、无源元件、高频变压器以及DC-DC变换器模块数量,提高电力电子变压器的功率密度、效率和故障穿越能力。最后基于MATLAB/Simulink,搭建了该电力电子变压器的仿真模型,仿真结果验证了该拓扑的可行性。     

基于交错控制的三电平升压型DC/DC光伏控制器研究

提出了一种应用于非隔离光伏并网系统的前级DC/DC三电平升压型变换器及其控制方法。该变换器采用Boost三电平(Boost Three-level,Boost-TL)拓扑结构,分析了其工作原理,推导并建立了系统的数学模型。为了减小输出电压和电感电流纹波,提出了采用两开关管移相180°的交错控制策略。同时,针对直流母线中点电位不平衡问题,通过采取一种调整开关管导通时间的方法,实现了两输出电容电压的平衡。该变换器具有体积小、器件电压应力低和转换效率高的优点。最后,搭建了23 kW的实验平台,通过仿真和实验验证了所提控制方法的正确性和有效性。