宽电压范围高速低压发电机交直变换器的平均电流控制策略

基于双管Buck-Boost变换器,提出一种高速低压发电机交直变换器的平均电流控制策略。高速低压发电机的输出电压宽,低频电压纹波大,难以直接应用于低压直流供电系统,需要对发电机的输出电压进行稳压变换。同极性的双管Buck-Boost变换器适用于宽电压范围输入场合。基于平均开关模型,建立双管Buck-Boost变换器同步工作模式的非理想低频小信号模型,推导关键的传递函数,分析输入参数变化、负载变化以及右半平面零点对控制环路稳定性的影响,提出高稳定性和低输出纹波的宽输入电压平均电流控制策略。通过SABER仿真软件,验证宽电压输入双管Buck-Boost变换器平均电流控制的可行性,设计一台10倍输入电压变化范围的原理样机并进行实验测试,验证了所提出控制策略的可靠性和有效性。     

考虑滤波电容等效串联电阻的输出本质安全型Buck-Boost变换器分析与设计

应用于煤矿、石化等危险环境的Buck-Boost变换器不仅要满足本质安全要求,同时还要满足电气性能指标如纹波电压的要求.现有本质安全开关变换器参数设计依据理想纹波电压表达式,但实际上受寄生参数如电容等效串联电阻(ESR)的影响,按照理想公式设计的电容无法满足纹波电压指标要求,通常要选择2～4倍的裕度,这样会增加变换器短路时爆炸风险.电容的ESR不仅会引起开关变换器纹波电压波形畸变,同时还对纹波电压的大小有重要影响,为了更好地指导本质安全Buck-Boost变换器的参数设计,该文分析电容ESR引起变换器纹波电压畸变的机理,建立考虑电容ESR的Buck-Boost变换器纹波电压精确数学模型及峰值电感电流模型,基于此模型提出在输入电压、负载电阻及电容ESR变化的动态范围内本质安全型Buck-Boost变换器的参数设计方法.实验结果表明,选择1.2倍裕度的电容即可满足Buck-Boost变换器纹波电压及输出本质安全要求,有效地提高了变换器的本质安全性能.     

考虑ESR的DC-DC型开关变换器的研究

电容的寄生参数串联等效电阻（ESR）是电容的一个重要参数,它对电路的性能有较大影响,特别是当电容用于DC-DC型开关变换器中输出电压滤波时对输出电压的纹波影响较大,由于电容的ESR存在,它增加了DC-DC型开关变换器动态小信号数学模型的一个零点,在分析和设计DC-DC型开关变换器系统中应予以重视。文中以Buck型开关变换器为例,分析讨论了电容串联等效电阻对Buck型开关变换器的输出纹波电压及动态小信号数学模型的影响,利用psim软件对所得的结论进行了仿真验证。所得到的结论对DC-DC型开关变换器其它拓扑的滤波电容的选择和控制系统设计有参考价值。     

Boost变换器的参数选择与非最小相位分析

为了提高Boost变换器的暂态性能,减小非最小相位反应引起的负调对系统的影响,利用脉冲波形积分法建立了Boost变换器工作在电感电流连续模式下的小信号数学模型,获得了系统输入-输出以及控制-输出的传递函数,为Boost变换器暂态性能优化提供了理论依据。利用该模型分析了电感、电容、负载、占空比、频率等参数对系统暂态性能和系统非最小相位引起的负调电压的影响。研究结果表明:较大的电感、最重负载、较大的占空比使得系统的零点更靠近原点,系统的非最小相位反应即负调现象更加明显;不同的电容值会影响系统的暂态性能和输出电压纹波,对负调反应没有影响。给出了提高系统暂态性能和减小非最小相位反应的参数选择思路,为Boost变换器优化设计提供了理论依据。仿真和实验结果验证了参数选择设计的合理性。     

光伏发电系统宽电压开关变换器参数设计

光伏电池输出电压特性较软使得系统中DC-DC开关变换器需要有宽范围的工作电压,而开关变换器参数合理设计是其安全可靠工作的前提条件。本文以独立光伏发电系统中广泛应用的Buck-Boost变换器为例,分析了其工作原理,讨论了电感和电容对变换器工作模式和输出纹波电压的影响。在此基础上给出了宽输入和宽输出电压范围的电感、电容参数设计方法。通过仿真分析,验证了宽电压范围Buck-Boost变换器参数设计的合理性。     

Buck-Boost变换器线性与非线性复合控制

针对一类Buck-Boost变换器,提出一种线性与非线性复合控制算法.在负载电流发生大的阶跃变化时,使用非线性电容电荷平衡控制算法,保证动态过程中输出电容上的放电量和充电量相等,并使动态过程中电容充放电量最少,在相应的时间点来控制开关管的动作,使Buck-Boost变换器快速恢复到稳态,从而优化动态性能的目的;在变换器处于稳定工作状态时,采用常规的线性电压模式控制.本文给出了非线性电容电荷平衡控制算法的详细计算公式,并利用FPGA数字控制平台实现所提的控制算法.最后的仿真实验和样机实验,验证了所提的线性与非线性复合控制算法能够提高Buck-Boost变换器的动态性能.     

DC/DC变换器滤波电容老化预测方法

针对DC/DC变换器的滤波电容器老化的预测,首先推导DC/DC变换器滤波电容器的等效模型,然后推导DC/DC变换器的等效串联电阻等效电路,进而提出一种预测滤波电容器老化的方法,将负载电压依次通过带通滤波器、均方根模块和低通滤波器处理,最后根据输出的响应规律分析电容器老化情况。Buck变换器、Boost变换器和Buck-Boost变换器的仿真结果都表明该预测方法不仅能预测DC/DC变换器滤波电容器老化的情况,还能估算出电容老化导致故障产生时的临界状态,表明该预测方法具有可行性。     

基于纹波补偿的恒定导通时间控制Buck变换器

针对恒定导通时间(COT)控制的Buck变换器,在输出滤波电容的等效串联电阻(ESR)较小时出现次谐波震荡问题,提出了一种基于纹波补偿的恒定导通时间控制技术。通过引入输出滤波电容的等效串联电阻(ESR)的纹波电压补偿,使反馈电压的纹波得以增强,从而改善系统的稳定性。仿真和实验结果表明,采用提出的方法,当输出滤波电容的等效串联电阻(ESR)较小时,系统仍然具有较强的稳定性。     

燃料电池系统宽范围输入电压变换器设计

燃料电池输出特性较软使得其系统中单向DC/DC变换器需要较宽的输入电压,从而限制了该变换器的应用。文章利用双管Buck-Boost级联电路可根据输入电压的大小自动切换升/降压工作状态来获得合适的恒定的输出电压的优点,对该级联电路设计了基于平均电流控制的电压、电流双闭环控制环路,从而实现其在宽范围输入电压下得到恒定的输出电压,可为燃料电池系统后级变换器提供稳定的输入电压,并降低其设计和优化的难度,还有效解决传统单管Buck-Boost电路开关管电压应力过高的问题。仿真和小功率样机的实验研究验证了所提采用双闭环控制环路的升降压变换器在宽范围输入电压下均具有良好的性能。     

Buck-Boost变换器的环路补偿及仿真

设计DC-DC变换器时为了使其满足静态和动态指标的要求,一般需要设计良好的补偿网络,而变换器输出滤波电容的等效串联电阻ESR对补偿网络的影响是不可忽略的。为了探究等效串联电阻对补偿网络的影响,该文采用波特图法对工作在连续工作模式(CCM模式)下的Buck-Boost变换器的稳定性进行分析,并讨论了有无ESR时补偿器的设计方案,结果显示ESR不同,选用的补偿方案也不同;然后利用Matlab工具对补偿后的BuckBoost变换器进行仿真,验证补偿网络设计的正确性。     

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.     

一种双绕组感应发电机及其励磁控制

提出了一种带定子励磁补偿绕组的3／3相双绕组感应发电机系统，其采取自激电容器与由电力电子开关构成的主动励磁调节器相结合的励磁方式，在转速及负载发生变化时，仍能维持感应发电机的输出电压恒定。并对系统进行了静、动态性能实验，对所提出的感应发电系统及其励磁控制方式进行了验证。     

电网电压不对称时直驱型永磁风电机组控制策略

在电网电压不对称时,直驱型永磁同步风电机组采用对称控制方法将造成直流侧电压的波动。根据风电机组变流器输出瞬时功率与直流电容电压波动之间的关系,提出一种保持网侧变流器输出功率恒定的控制策略。讨论了风电机组并网对系统不平衡度的影响,以及网侧变流器控制系统的实现。仿真结果表明,电网电压不对称时该控制策略能够保证直流电容电压保持恒定,三相输出电流为正弦波形。     

Buck变换器的全扰动观测补偿策略

无人驾驶船舶的服务器供电变换器在重载下容易引起输入滤波器谐振.分析了Buck变换器动态能量回馈引起谐振的作用机理,提出了一种基于全扰动观测补偿的电压振荡抑制策略.根据Buck变换器的输出电压、电感电流和占空比计算输入电压和负载电流的扰动量,并通过带通滤波器前馈到电流环中,改变Buck变换器在谐振频率附近的输入输出阻抗....     

新型三相-单相交流发电系统拓扑结构及其控制策略仿真研究

针对传统三相-单相交流变换器拓扑结构复杂且需要额外的滤波器等的不足,基于永磁同步电机开绕组的特点,提出了一种新型三相-单相交流发电系统拓扑结构。分析了通过对双变换器直流侧电容电压的控制实现单相交流输出的工作原理,并在此基础上提出了一种通过永磁同步电机的正序电流和零序电流分别实现变换器直流侧的电容电压和单相交流输出电压解耦控制的新型控制策略。该策略采用MATLAB构建系统仿真模型,在不同发电机转速和负载情况下对系统进行了仿真分析,验证了该新型三相-单相交流拓扑无需使用额外的滤波电路即可实现高质量的单相交流电压输出,其幅值、频率均可以灵活调节,且具有优异的动态特性。     

用于风电并网的VSC-HVDC网侧换流器改进控制策略

在风电经基于电压源换流器的柔性直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSCHVDC)系统并网的系统中,保证直流电压稳定是风电并网系统中稳定能量传输的关键。由于系统两侧换流器输入和输出的有功功率不平衡,VSC-HVDC系统直流输电线会出现过电压或欠电压现象,影响风电并网系统的稳态运行。为了抑制直流电压波动,提高系统的动态响应速度,提出一种负载电流前馈控制策略。在网侧换流器直流电压外环控制环节中,通过引入负载电流前馈控制策略,来抵消直流电压发生波动的部分,使输出直流电压在负载突变时的波动减弱。通过对直流电压外环动态性能的分析,得出电压外环控制器参数整定公式以及前馈控制传递函数。根据直流侧电容设计要求,分析电压外环控制器对直流侧电容参数选取的影响。最后,利用MATLAB/Simulink软件进行了仿真验证,研究结果表明,该控制策略能改善系统的动态响应性能,减小直流电压波动,实现有功功率的稳定输出。     

Modular-structured resonant converter for multilevel converters in micro grids

In this work, an isolated modular resonant circuit with effective voltage regulation is presented as front-end for multilevel inverter system to interface renewable sources of energy with micro grid. Inputs of each module of the converter are connected to low-voltage DC sources. Modular-structured module outputs may be linked in sequence or parallel to attain the desired DC link capacitor voltage for multilevel inverter. The proposed converter overcomes imbalance in the capacitor voltage of diode-clamped inverter structure. Interleaved phase shift of 90° is supplied among the gate pulses of all four modules that minimizes the input-side current ripples. An effective zero voltage switching (ZVS) is achieved over wide load range using duty cycle and frequency-duty cycle double control method to improve system performance at light load condition. Adopting powder core magnetics and low forward voltage insulated-gate bipolar transistors (IGBTs) reduces magnetic and conduction loss. A 12-kW prototype of the designed modular resonant converter was verified by experimentation with a different-level diode-clamped inverter structures.     

输入串联输出并联的双全桥变换器输入电容均压问题的研究

高输入电压的变换器可以采用一种输入串联输出并联的拓扑。ISOP拓扑的关键问题是输入电容的动态均压。该文提出对两个输入电容的压差进行检测,通过输出电压反馈和压差前馈方式实现均压的新控制方式。为提高动态响应特性,高频变压器采用了两原边两副边四绕组共铁芯的磁集成结构,分析了这种结构的工作原理。同步信号保证双全桥中的开关器件能够实现ZVS。控制策略上采用了电压环、压差环和限流环的三环控制方式。这种结构与控制方式可以保证将低压IGBT安全可靠地用于高输入电压的工况下,而且保证有良好的动态均压效果。给出了小信号模型和PID控制的仿真结果。制作了一台样机以验证理论分析。实验结果表明所采用的方法使变换器具有良好的动态均压与负载均分特性。