一种混合式自适应电压定位控制策略及12V电压调节模块拓扑

随着开关频率和输入电压的不断上升,使得按照临界电感法设计的VRM效率受到很大的约束,通过增大电感值可以减小电流纹波以抑制由此引起的损耗,但是却会影响VRM的瞬态响应。本文提出了一种基于大电感的混合式AVP控制方法及VRM拓扑,通过增大电感提高稳态效率,同时采用了简单的混合式AVP控制使瞬态响应不受占空比饱和的影响。基于所提出的控制方式及拓扑和基于传统的临界电感量,设计制作了两台12V-1.6V/20A的样机并进行比较,试验波形和效率测试结果证明了该控制方法及拓扑在不影响瞬态响应性能的前提下,可大大提高VRM的效率。     

一种兆赫兹级频率范围多相谐振电压整流模块的新颖控制策略

采用交错并联结构多相谐振型拓扑的DC-DC变流器具有更快的瞬态响应和更高的功率密度,因而非常适合作为电压整流模块(voltage regulator module,VRM)而为新一代微处理器提供电源,从而满足其飞速增长的高动态和高效率要求。为了解决交错并联结构多相谐振型VRM变流器在实际运用中遇到的控制难题,该文提出了一种新颖的控制策略思路。在任意情况下,该策略均能实现每一相驱动信号的频率自动跟踪一个中心频率而变化,并保持和该中心频率的相位角固定不变,从而在电路构造简单和低成本的优势下实现多相信号的调制。同时,该控制策略还具有极佳的可扩展性,易于构造成为任意相数从而配合主电路拓扑的需要。该文在给出了详细分析设计思路后,用频率高达1.1 MHz的实验结果和实际样机数据及波形验证了所提控制策略的有效性和实用性。因此,该新颖的控制策略非常有利于多相交错并联结构的谐振型VRM在新一代微处理器架构中的实际应用。     

隔离型低压大电流VRM标准拓扑研究

为了提高效率,增大功率密度,改善动态响应,电压调节模块(VoltageRegulatorModule,简称VRM)拓扑的选择极为重要。本文对现有几种适合低压大电流VRM拓扑的特点及用途进行了分析比较,其中包括输入级和输出整流级两个部分的比较。最后给出了具体的1V,50W的实验模型以及实验波形。     

应用于多相电压调节器的单元耦合与矩阵组合的阵列式集成电感

集成电感对多相电压调节模块(VRM)稳态和动态特性有重要影响,合理的耦合度可以提高VRM的输出动态响应,并能够降低每一通道的稳态纹波。提出一种利用小电感单元进行矩阵组合的阵列式集成电感,分析电感集成原理,给出阵列式集成电感的单元位置拓扑和单元组合结构拓扑,并分析自感互感单元匝比和磁阻比与电感耦合度的关系。通过电路方程推导了多相VRM耦合电感的等效稳态与暂态电感,获得多相VRM集成电感耦合度的设计准则。耦合度范围对比表明,所提出的阵列式集成电感的集成耦合度与设计准则完全一致。利用设计准则设计四相阵列式集成电感,实验样机测试结果验证了设计准则的正确性。将实验样机应用于四相VRM,实验结果表明应用阵列式集成电感的VRM具有良好的稳态和动态特性,证明了所提出的阵列式集成电感具有实用性。     

电压调整模块（VRM）拓扑综述

电压调整模块（VRM）是分布式电源系统（DPS）中的核心部件。本对近几年提出的VRM拓扑作一综述,主要介绍了准方波（QSW）工作方式同步整流Buck电路、有源箝拉电感耦合Buck电路、推挽正激变换器等三种拓扑及它们的改进型拓扑结构和工作特点,同时介绍了交错并联（Interleaving）和内置输入滤波器（Built-in Input Filter）等新的概念和技术。     

阵列式集成电感四相VRM的研究

为了提高VRM的输出动态响应和降低稳态纹波,提出了一种用于四相vRM的阵列式集成电感.在不考虑漏磁通影响的情况下,分析阵列式集成电感参数对VRM性能的影响;建立了磁件的等效电路,对阵列式集成电感与分立电感四相VRM进行电路仿真比较,仿真结果验证了理论分析的正确性.试验结果表明阵列式集成电感四相VRM动态响应性能较好.     

准方波整流在电压调整模块（VRM）中的应用

电压调整模块(VRM)是针对微处理器等典型数据处理电路开发的电源模块。对VRM现在常用的拓扑进行了回顾，指出了其存在的缺陷，从而引入准方波整流电路，应用交错并联技术的多通道交措并联准方波拓扑在输入电压等于两倍输出电压时具有最优的性能。但低输入电压引入了输入滤波器过大等系统设计问题。为此给出了高输入电压、隔离式准方波电路的设计思路。分析表明，在结合成集成技术后，这些隔离式准方波拓扑具有相当的应用价值。     

三种具有快速动态响应的VRM拓扑分析比较

本文给出了三种具有快速动态响应速度的VRM拓扑：多相交错Buck拓扑、采用步进电感的变换器拓扑、混合供电模式拓扑。并分析了它们各自的设计目标、工作原理，以及各自的优缺点。     

分相耦合平面阵列式集成电感四相VRM研究

为了提高VRM的输出动态响应和降低稳态纹波,利用多副磁芯组合,提出了一种应用于四相VRM的分相耦合阵列式集成电感.在不考虑漏磁通影响的情况下,分析了分相耦合阵列式集成电感参数对VRM性能的影响,建立了磁件的等效电路.给出了分相耦合阵列式集成电感的平面化结构,对其进行了电磁场有限元分析.对分相耦合阵列式集成电感与分立电感进行了电路仿真分析比较.仿真结果验证了理论分析的正确性;实验结果表明使用相耦合阵列式集成电感的四相VRM动态效果较好.     

阵列式集成电感在四相电压调整模块中的研究

为了提高VRM的输出动态响应和降低稳态纹波,利用多副磁芯组合,提出了一种应用于四相VRM的阵列式集成电感。在不考虑漏磁通影响的情况下,分析阵列式集成电感参数对VRM性能的影响;建立了磁件的等效电路,对阵列式集成电感与分立电感进行了电路仿真分析比较,仿真和试验结果验证了理论分析的正确性。     

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。     

增强型Z源逆变器的直流链电压直接控制策略

增强型Z源逆变器与传统Z源逆变器相比不仅具有很强的升压能力,而且很大程度减小Z源网络电容、开关器件电压应力.但Z源逆变器现有控制策略是通过测量电容电压构建闭环间接控制直流链峰值电压,而Z源网络电容电压并不能准确反映直流链电压的动态特性.为了提高增强型Z源逆变器的直流链电压动态响应速度和控制精度,借助于数学建模,提出一种直流链电压直接控制的闭环控制策略,通过直接测量直流链峰值电压来提高系统的控制精度,采用电感内环、直流链峰值电压外环的双闭环控制提高了系统的动态响应速度,有效地抑制非最小相位特性对系统地影响.仿真和实验结果证明控制器对输入和负载扰动具有很好抑制能力.     

Analysis and control of a single switch wider step-down gain DC–DC converter for low-voltage applications

This paper presents a point-of-load transformerless DC–DC converter having a wider step-down conversion ratio. In comparison with quadratic/stacked buck converter variants, the presented topology exhibits nonpulsating source current, more effective switch utilization at small voltage gains, and reduced current stress on components. Its comprehensive steady-state analysis is carried out under continuous and discontinuous modes of inductor currents, and design criteria to select L-C components are established. State variable dependency feature in the topology, imposing a reduced fourth-order dynamics, is discussed and subsequently verified from its average model. A fixed frequency sliding mode controller is then designed with a step-by-step evaluation of sliding surface existence, reachability, and stability conditions. The equivalent control law devised in this scheme is duly constituted from source side inductor current dynamics and load voltage error information, so it facilitates simple realization as well as better transient response. Remarkable operational characteristics of the presented converter are studied analytically and demonstrated with experimental observations on a laboratory prototype.     

含VSC-MTDC的交直流混联电力系统暂态稳定评估

多端柔性直流输电(VSC-MTDC)接入电力系统后,其灵活的调控特性和拓扑结构会改变系统的故障响应。文章旨在研究不同拓扑结构和控制方式下多端柔性直流输电系统对系统暂态稳定性的影响。首先构建了四端柔性直流输电系统,在不同故障下对不同拓扑的故障极限切除时间进行统计分析,得出VSC-MTDC拓扑结构与暂态稳定性的关系;在此基础上研究了控制方式对暂态稳定性的影响,依次将四个换流站设置为定直流电压端,综合近端、远端线路故障分析控制方式对暂态稳定性的影响。     

固态断路器多IGBT串联混合均压电路设计

固态断路器需多IGBT串联切断短路故障电流,针对多IGBT存在电压分配不均、局部电压过高、损耗大等问题,提出一种混合式均压控制电路拓扑结构。分析固态断路器多IGBT均压影响因素,研究均压拓扑性能。优化缓冲电路结构,改进充放电型缓冲电路,减小损耗;引入双阈值钳位控制电路,改善IGBT过电压;提出被动均压与辅助反馈主动均压结合的混合均压控制策略,加快响应速度,实现均压动态自适应调节。制作样机,进行固态断路器设计拓扑和控制的仿真及实验验证,结果表明：混合式均压控制电路可减小IGBT电路超调量,具备更强的抑制过电压能力,提升响应速度。     

可控串补装置的动态建模及数字仿真研究

可控串补（TCSC）动态建模是暂态特性分析和控制策略研究的基础。该文用逻辑开关函数法建立了能系统描述TCSC变拓扑电路暂态全过程的解析数学模型，分析了电容电压暂态特征分量的作用及特点，并通过数字仿真研究了不同同步信号下TCSC的暂态响应过程，揭示了电容电压同步下产生超调振荡主要是由ω0分量的暂态过程引起的，并提出以电容电压基波分量作同步信号。仿真结果表明，TCSC的容性调节过程快速且无超调。     

串联型电压暂变补偿新拓扑及其控制方法研究

提出了一种简化的无变压器无储能电容的串联型电压暂变补偿主电路拓扑,并分析了其控制策略。新拓扑可使电路体积减小,成本更低;通过微调指令电压与负载电流的夹角可以达到控制母线电压幅值的目的;通过给指令电压施加一个微小的直流偏移电压,可以达到控制直流上、下母线电压的平衡的目的。介绍了改进的简化主电路拓扑,详细分析了其工作原理和控制方法。仿真结果验证了该方案的可行性和分析的正确性。     

基于PCC暂态电压稳定性分析的T-PAPF补偿装置研究

为解决单独使用有源电力滤波器补偿谐波与无功时所需有源容量较大所带来工业经济成本过高这一实际问题,文章将并联型有源电力滤波器(PAPF)与晶闸管投切滤波器(TSF)结合构成T-PAPF补偿装置。分析装置的拓扑结构及基本原理,对系统参数及控制策略进行设计,利用求解系统主导不稳定平衡点(CUEP)的方法对装置公共连接点(PCC)的暂态电压稳定性进行分析,并利用Matlab对系统进行仿真。仿真结果表明TPAPF的投入增强了PCC暂态电压稳定性,极大地降低了网侧谐波含量并提高了系统的功率因数,很适用于非线性负载的补偿,并能有效降低有源补偿的容量,提高了工程的经济性。     

Auto-tuning charge balance control for improving transient response on buck converter

Load transient and dynamic voltage scaling (DVS) are commonly seen in the operation of the system processor. These two functions usually encounter large output voltage transient, which is hard to be quickly settled. Charge balance control is one of the prior choices that enables the converter to operate at its optimal charge/discharge slew rate so as to achieve fast transient response. The effectiveness of the optimal performance generally requires precise knowledge of the circuit parameters for charge balance computation. However, parameter drifting due to the manufacturing process may affect the performance, which is hard to implement a power integrated circuit (IC) for wide range applications. Different from the original approaches, this paper proposes an auto-tuning charge balance control (AT-CBC) to optimize load transient response and DVS of the buck converter. The auto-tuning mechanism can save the preknowledge of the output filter and avoid complex calculation in digital control. The function of AT-CBC is validated by a field-programmable gate array (FPGA) controlled buck converter. Experimental result shows that the output voltage can be settled within 3 μs for the 750-mA load step transient. For the 0.3-V DVS transient, the output voltage can be settled within 4 μs.