滞环电容电流脉冲序列控制开关DC/DC变换器

电容电流脉冲序列(CC-PT)控制技术能解决占空比小于0.5时输出电压的低频振荡问题,但当占空比大于0.5时,低频振荡问题难以克服。在CC-PT的基础上,提出一种滞环CC-PT(HCC-PT)控制技术。HCC-PT通过在控制环路中加入电容电流的谷值限流环,抑制了CC-PT控制开关变换器在占空比大于0.5时所产生的低频振荡现象。分析了CC-PT控制Buck变换器在占空比大于0.5时低频振荡的产生机理,阐述了HCC-PT控制Buck变换器的工作原理,分析了其工作特性。理论分析及实验结果表明,HCC-PT控制在继承了CC-PT控制瞬态响应快的优点的同时,解决了CC-PT控制Buck变换器在占空比大于0.5时的低频振荡问题,扩大了输入范围,提高了变换器的稳态性能。     

开关DC-DC变换器电容电流脉冲序列控制

提出一种电容电流脉冲序列(CC-PT)控制技术。与传统脉冲序列(PT)控制技术不同,CC-PT控制技术通过采样电容电流与预设高、低基准电流比较,得到两组频率相同、占空比变化的高、低功率控制脉冲。以CC-PT控制Buck变换器为例,阐述了其工作原理,分析了其控制特性。理论分析与实验结果表明,CC-PT控制技术采用电容电流作为内环反馈,限制了电感电流纹波的变化范围,有效抑制了低频振荡,减小了变换器输出电压纹波。实验结果表明,CC-PT控制连续导电模式(CCM)开关变换器同样具有PT控制瞬态响应速度快的优点,且具有比PT优越的稳态特性。     

基于电容电流的变换器多脉冲序列控制技术研究

针对脉冲序列PT(pulse train)控制连续导电模式CCM(continuous conduction mode) Buck变换器存在的低频振荡问题,提出一种基于电容电流的变换器多脉冲序列CC-MPT(capacitor current multi-pulse train)控制技术。该控制技术检测每个开关周期起始时刻的电容电流值,当电容电流较小时,产生一个高能量脉冲,使电容电流增大到一定范围内,然后比较输出电压与参考电压,选择中、低能量脉冲,调节变换器输出电压。以Buck变换器为例,介绍了CC-MPT控制的工作原理、控制特性与抑制低频振荡机理,进行了时域仿真分析和相图分析,建立了开关映射模型并分析其动力学行为,并通过实验验证了该控制技术的可行性。相比于传统PT控制CCM变换器,CC-MPT控制可以消除低频振荡现象,具有更好的输出特性。     

CCM开关变换器离散滞环电容电流脉冲序列控制方法

针对传统脉冲序列PT(pulse train)控制连续导电模式CCM(continuous conduction mode)开关变换器存在的低频振荡问题,提出了一种离散滞环电容电流脉冲序列DHCC-PT(discrete hysteretic capacitor current-pulse train)控制方法 。DHCC-PT控制方法通过限制每一个开关周期起始时刻电容电流i_C(nT)的运动区域,将其控制在不易发生低频振荡所对应的电容电流边界区间内,即可实现低频振荡的有效抑制。以CCM Buck变换器为例,详细阐述了DHCC-PT的基本原理、控制流程以及低频振荡抑制机理,设计了简单可靠的DHCC-PT控制器实现电路,并通过仿真和试验对其控制规律和输出特性进行了研究,验证了控制方法的可行性和理论分析的正确性。研究表明：DHCC-PT控制方法简单有效,DHCC-PT控制CCM开关变换器具有良好的输出电压特性。     

一种基于PT控制的改进型Boost变换器

提出一种改进型Boost变换器,有效抑制了基于脉冲序列(PT)控制的Boost变换器工作在电感电流连续模式(CCM)时出现的输出电压低频波动现象。分析了该变换器工作在一个开关周期内不同模态的等效电路及能够抑制低频波动现象的原因。仿真和实验结果表明改进型Boost变换器具有输出电压无低频波动的优点。     

一种基于脉冲序列控制的改进型Buck变换器

通过对传统的基于脉冲序列(PT)控制的Buck变换器拓扑电路进行改进,有效地抑制了传统的PT控制Buck变换器工作在电感电流连续模式(CCM)时出现的输出电压低频波动现象。详细分析该改进型Buck变换器的工作模态,得出抑制低频波动的原因。最后通过仿真和实验结果表明,该改进型Buck变换器相比于传统Buck变换器具有抑制输出电压低频波动的优点。     

脉冲跨周期调制连续导电模式Buck变换器低频波动现象及其抑制技术

揭示并分析了连续导电模式(CCM)脉冲跨周期调制(PSM)Buck变换器中输出电压低频波动现象及其形成机理,提出了一种应用电感电流纹波注入反馈(ICRIF)法来抑制该现象的技术。结果表明,输出电容串联等效电阻(ESR)是影响PSM CCM Buck变换器控制性能的关键参数。选用较小ESR输出电容时将引发输出电压低频波动;而选用较大ESR输出电容时可抑制该现象,但输出电压纹波仍然很大。利用ICRIF法,可以抑制低ESR输出电容时的低频波动现象,还可以有效降低输出电压纹波。电路实验结果验证了理论分析和电路仿真的正确性。     

双频率控制开关变换器低频波动现象抑制方法

针对传统双频率控制技术应用于电感电流连续导电模式开关变换器时存在的电感电流和输出电压低频波动问题,在介绍该技术控制原理的基础上,建立了输出电容储能迭代模型,利用该模型揭示了一个开关周期内电感储能变化量不为零是产生低频波动现象的根本原因。为解决此问题,通过将电感电流信息引入反馈控制环路,提出并研究了峰值电流型固定关断时间双频率控制技术,分析了该技术的工作原理和低频波动现象抑制机理。通过与传统双频率控制技术进行仿真和实验对比研究,结果表明峰值电流型固定关断时间双频率控制方法能够有效抑制低频波动现象的发生。     

谷值电流型脉冲序列控制反激变换器分析

工作于电感电流连续导电模式(CCM)的脉冲序列控制反激变换器存在的低频振荡现象,严重影响了脉冲序列控制开关变换器的稳态及瞬态性能。为消除该低频振荡现象,提出了开关变换器的谷值电流型脉冲序列控制技术。在一个开关周期内,谷值电流型脉冲序列控制开关变换器的励磁电感储能变化量为零,有效解决了脉冲序列控制CCM反激变换器的低频振荡问题。论文对谷值电流型脉冲序列控制CCM反激变换器的工作原理及控制策略进行了系统、深入的分析。研究了不同负载时控制脉冲循环周期内的脉冲组合方式和输出电压纹波。设计实现了谷值电流型脉冲序列控制器,仿真与实验结果验证了理论分析的正确性及控制器设计的可行性。     

两级DC/AC变换器直流输入电流纹波抑制

两级单相逆变器的前级DC/DC变换器输入电流会含有较大的低频纹波电流,这会严重影响直流侧电源的寿命。此处基于电流反馈双半桥(CF-DHB)DC/DC变换器和全桥逆变器构成的两级DC/AC变换器,提出一种新的抑制输入电流纹波的方法,根据变换器的瞬时功率特性,计算出消除电流纹波所需的移相角,进而消除控制器输出量中的纹波分量。能够在保证交流输出电压质量的同时,显著抑制输入电流纹波,并且能够消除负载突变时的电流振荡。实验验证了所提控制方法的有效性。     

智能配电网电压跌落下的电力电子变压器运行研究

分析了模块化多电平电力电子变压器(MMC-PET)在配电网电压跌落故障下的几种工作模式,指出了可以利用中压母线电容和低压母线电容的储能来维持逆变输出电压稳定。为了延长维持时间,提出了变模块化多电平换流器(MMC)子模块结构的故障工作模式,使得MMC子模块电容也可用于拓展维持时间。阐述了各母线电容和子模块电容的设计方法,以及它们与维持时间的关系。针对变MMC子模块结构在故障运行过程中出现的输入侧低频电流振荡现象,提出了在配电网侧加入对地电阻和电感的策略,并推导了设计方法。对一个10 kV输入/380 V输出的配电网MMC-PET进行仿真测试,采用了所提的控制模式后,逆变输出电压在电网电压跌落后能够维持0.7 s,并且不产生输入侧低频振荡现象,证明了所提方法的有效性。     

一种高频链矩阵整流器的闭环控制方法

为解决三相高频链矩阵整流器稳态情况下LC滤波器谐振导致电网电流低频振荡,动态过程中系统强耦合造成输出响应差的问题,提出了一种基于输入滤波电容电压和滤波电感电流反馈的闭环控制方法。首先建立三相高频链矩阵整流器的数学模型,根据整流器的小信号数学模型,建立电容电压控制内环、电感电流控制外环的双闭环控制策略;利用波特图和零极点对消,设计双闭环控制策略中比例积分(PI)控制器的系数。在闭环控制策略中,前馈解耦的控制方法消除了坐标变换导致的d,q轴电流互相影响,并且动态电容电压的闭环控制抑制了电网输入侧LC谐振导致的电网电流低频振荡。最后,通过实验验证了所提矩阵整流器闭环控制方法的可行性与有效性。     

一种PT控制带耦合电感的升压型变换器

基于脉冲序列(PT)控制升压型变换器在电感电流连续模式(CCM)时,输出电压会产生不良的低频波动现象。在此提出一种带耦合电感的升压型变换器,能有效解决此问题。首先分析了所提变换器在一个开关周期内不同模态的等效电路,得出其抑制低频波动现象的原因。然后比较了不同类型升压变换器的优缺点。仿真和实验表明,所提变换器具有动态响应速度快、鲁棒性好、超调量小、低频波动小等优点。     

PI补偿固定关断时间电流型控制Boost变换器的次谐波振荡机理及失稳边界

当电压外环反馈增益较大或变换器输出电容等效串联电阻(equivalent series resistance,ESR)较大时,采用比例积分(proportional-integral,PI)补偿的固定关断时间电流型(fixed off-time current-mode,FOT-CM)控制Boost变换器存在次谐波振荡现象,导致变换器工作在不稳定状态。PI补偿器中补偿电容电压是变换器电感电流和输出电容电压的线性组合,由此建立了PI补偿FOT-CM控制Boost变换器的降阶离散时间模型,研究了电压外环反馈增益和输出电容ESR对变换器稳定性的影响,阐述了次谐波振荡现象的产生机理。进一步,通过近似降阶离散时间模型,得到了PI补偿FOT-CM控制Boost变换器的近似临界稳定条件。结果表明,当输出电容ESR较小时,随反馈增益的增大,PI补偿FOT-CM控制Boost变换器通过倍周期分岔失稳;随着输出电容ESR的增大,变换器通过边界碰撞分岔失稳。为了避免次谐波振荡现象的产生,变换器需采用ESR较小的输出电容,且电压外环需设计较小的反馈增益。实验结果验证了理论分析的正确性。     

箝位网络对峰值电流控制有源箝位正激变换器稳定性影响研究

文章研究了开关频率较高、占空比较大时,箝位网络参数对峰值电流模式 (PCM)控制有源箝位正激变换器 (ACFC)稳定性的影响;分析了箝位网络引起 ACFC 低频振荡的原理,得到出现低频振荡时箝位网络参数的边界;阐述了给出励磁电感参数给定时,根据箝位电压纹波和稳定性设计箝位电容的条件.结果表明,减小箝位电容值,箝位电容与励磁电感之间的谐振有利于变压器磁芯复位,使变换器在较高开关频率和较大占空比时仍能稳定工 作。     

一种混合开关电感和开关电容的高增益DC/DC变换器

针对传统Z源DC/DC变换器存在的输入电流不连续、输出电压增益不够高和功率器件电压应力较高等不足,利用开关电感和开关电容技术,提出了一种混合开关高增益DC/DC变换器。该变换器主电路中只用到1个储能电容,结构简单,与现有典型的高增益阻抗源DC/DC变换器相比,所提出的混合开关电感和开关电容的DC/DC变换器可以实现更高的输出电压增益,同时电容和开关器件的电压应力较低。详细分析了所提变换器的工作原理,通过在实验室中所建立的输入电压16～40 V、输出电压26～107 V和输出功率7～114 W的原型验证了其性能。     

开关型消弧激发PT过流的试验与仿真研究

随着开关型消弧装置在10 kV配网的推广使用,传统配置下PT(电压互感器)在该装置消弧过程中的过流现象时有发生。为了研究PT过流机理及抑制措施,笔者首先从原理上阐述了开关型消弧中人为单相接地消失过程激发铁磁谐振、低频振荡的机理;其次搭建了10 kV中性点不接地试验平台,在不同的系统电容电流下对4类典型PT进行了单相接地与消失的试验;最后将试验结果与传统仿真结果比较,提出了一种考虑深度饱和下铁心励磁特性情况的计算思路。研究结果表明:即使远离Peterson谐振区域,开关型消弧仍会激发分频谐振或低频振荡,产生的半波脉冲电流幅值很高,容易导致PT熔断器熔断;采用励磁特性好的PT或4PT能有效抑制谐振;最后文中采用的考虑深度饱和下铁心励磁特性的仿真结果较传统仿真有更高的准确度,与实际测量数据相吻合。     

扩展模块化多电平矩阵变换器低频运行范围的控制方法

模块化多电平矩阵变换器(M~3C)电容电压各频率纹波幅值与对应频率成反比。当M~3C低频率连续运行至输出/输入频率比接近1/3时,差频(输入频率与输出三倍频之差)电容电压波动幅值趋于无穷大,导致M~3C难以正常运行,也阻断了输出二倍频纹波电压的连续抑制。提出一种基于电容电压分层解耦控制和桥臂电流独立控制的M~3C控制方案,电压外环通过直接反馈控制输出相间的输出二倍频纹波电压(或瞬时功率),并闭环实现电流指令重构,消除了1/3频率比及其附近的不连续工作点,提高了M~3C低频率连续运行的频率范围。最后通过半实物实验验证了该方法的有效性。     

三相四开关并联有源电力滤波器的控制方法

在详细分析一种基于四开关逆变器的三相四开关并联有源滤波器(TFSSAPF)的拓扑结构和工作原理的基础上,采用控制TFSSAPF输出电流有功分量的方法,以稳定直流侧电容总电压,提出在TFSSAPF的c相输出电流指令值上叠加直流侧电容均压控制量的方法,实现直流侧电容电压均衡。针对TFSSAPF的结构,提出采用相电流作为指令电流的SPWM电流调制算法,并综合输出电流和直流侧电容电压控制目标,提出适用于TFSSAPF的控制方法。样机实验结果验证了所提方法的正确性和有效性。     

低频工况下MMC电容电压波动抑制方法

模块化多电平变换器(MMC)运行于低频工况时,子模块电容电压波动比较剧烈会导致输出畸变,甚至导致系统无法正常运行。为解决这一问题,基于高频方波注入法和传统电容电压波动抑制方法,提出一种奇数次高频注入法,即在调制波中按一定比例叠加奇数次高频零序电压,相应地在三相环流中叠加相应频次的高频环流。所提方法较高频方波注入法更容易实现,相比高频正弦电流注入法又能在改善电容电压波动抑制效果的前提下减小高频环流和桥臂电流,降低开关器件电流容量和系统损耗。最后,通过实验验证了所提控制方法的可行性与有效性。