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。     

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。     

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。     

I~2控制Buck变换器稳定性的研究

研究了电感电流检测电阻对电流模式控制开关变换器稳定性的改善作用。以I2控制Buck变换器为例,建立了含有输出电容等效串联电阻ESR(equivalent series resistance)的二阶离散迭代映射模型。在此基础上,通过分析输出电容时间常数和电感电流检测电阻变化时的分岔图、特征根轨迹、最大Lyapunov指数、稳定边界,深入研究了电感电流检测电阻对变换器动力学特征的影响。研究结果表明,增大电感电流检测电阻,可以使变换器在较小输出电容时间常数时稳定工作,拓宽稳定工作范围。最后,通过仿真和实验,验证了理论分析的正确性。研究结果可以推广到其他开关变换器,对开关变换器的设计和优化具有指导意义。     

考虑补偿环路谷值电流控制Boost变换器的稳定性分析

在闭环情况下,除了占空比影响谷值电流(VCM)控制开关变换器的稳定性,补偿环路反馈增益和输出电容等效串联电阻(ESR)也对其稳定性产生影响。本文以比例积分(PI)补偿VCM控制Boost变换器为例,建立了其二阶分段线性模型。基于该模型,本文通过分岔图研究了PI补偿VCM控制Boost变换器随反馈增益和输出电容ESR变化的稳定性机理。结果表明,增大反馈增益将降低变换器的稳定性,而增大输出电容ESR将提高变换器的稳定性。电路仿真结果和硬件实验结果验证了理论分析的正确性。     

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.     

V~2C控制Buck变换器输出电容ESR临界值研究

针对输出电容等效串联电阻对变换器性能具有较大影响,以V~2C控制Buck变换器为例,建立了其分段线性模型,推导了Jacobi矩阵及其特征根,给出了变换器由稳定变为不稳定时ESR的临界值。研究结果表明,V~2C控制在V~2控制中引入电感电流反馈,增大了稳定工作范围。所得结论可以对分布式发电系统中DC-DC变换器设计和器件选型提供指导。     

恒定导通时间控制二次型Buck变换器分析

分析了二次型Buck变换器的工作原理,研究了恒定导通时间(COT)控制二次型Buck变换器的实现过程,揭示了输出电容等效串联电阻对控制性能的影响,并给出了COT控制二次型Buck变换器发生脉冲簇发现象的临界输出电容等效串联电阻值。研究结果表明,当输出电容等效串联电阻小于临界值时,出现脉冲簇发现象,导致输出电压纹波增大;当输出电容等效串联电阻大于临界值时,脉冲簇发现象消失,电路正常工作。最后,通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。     

V2控制Cuk变换器建模与瞬态性能分析

将具有快速瞬态响应的V 2控制技术应用于Cuk变换器,分析了V 2控制Cuk变换器工作于电感电流连续导电模式(CCM)的原理.利用时间平均等效建模方法,推导包含输出电容等效串联电阻(ESR)的CCM Cuk变换器主电路传递函数.在此基础上,建立V 2控制和峰值电流控制CCM Cuk变换器的精确小信号模型,详细推导控制-...     

级联Boost变换器输出电压纹波分析

级联Boost变换器含有两个LC滤波器,呈现四阶动力学特性,具有宽输入电压范围的特点。其输出电压纹波与电感、开关周期、电容和负载等因素有关,其中输出电压纹波受电容等效串联电阻影响较大。采用时间平均等效原理对级联Boost变换器进行直流稳态分析,分析了两个电容等效串联电阻对输出电压纹波的影响,由理论分析可知电容C1的等效串联电阻对输出电压纹波影响较小,电容C2的等效串联电阻对输出电压纹波影响较大。采用谷值电流控制策略,保证了变换器稳定地工作在较高直流电压传输比的情况下,避免了次谐波振荡现象。实验验证了理论分析的正确性。     

考虑滤波电容ESR的Boost变换器输出纹波电压畸变机理及精确建模

Boost变换器由于受元件寄生参数的影响,输出纹波电压存在多种畸变波形,传统的忽略寄生参数的纹波电压波形分析结果单一,且误差较大,因此需要深入研究揭示纹波电压的畸变机理并建立较为精确的数学模型。研究发现开关变换器输出滤波电容的等效串联电阻(equivalentseries resistance,ESR)是引起输出纹波电压波形畸变及产生较大误差的主要原因。针对传统忽略ESR的Boost变换器输出纹波电压分析方法存在的问题,提出一种考虑滤波电容ESR的纹波电压建模方法,研究发现变换器工作在电感电流连续导电模式和不连续导电模式均存在5种类型纹波电压波形,并推导了不同模式下每种类型的输出纹波电压解析式。在此基础上进行了实验验证,实验结果验证了纹波电压畸变机理分析的正确性,同时表明建立的纹波电压数学模型具有较高的精度。     

电解电容器等效串联电阻特性及其对应用的影响

等效串联电阻(ESR)是电解电容器的重要参数之一,它不仅影响到电解电容器自身的运行特性和寿命,而且对电解电容器所在的电路运行参数影响极大。本文分析了电解电容器的等效串联电阻ESR的温度特性和频率特性,以及ESR对电路性能的影响。     

峰值电流控制变换器斜坡补偿电路的优化设计

指出工作于DCM的变换器是稳定的,而工作于CCM且占空比D>0.5的峰值电流控制变换器需要进行斜坡补偿。论述了由单只电阻与电容简单串联构成的最佳斜坡补偿电路,分析了斜坡补偿系数与D的关系及斜坡补偿电路对振荡器参数的影响,论述了电流前沿尖峰滤波参数设计和斜坡补偿网络各元件参数的优化设计方法。文中给出了以UC3843控制的反激变换器设计实例,实验结果验证了理论分析的正确性和方案的可行性。     

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。     

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...     

整流模式下BWPT系统功率变换器的等效输入阻抗分析

由于功率变换器的等效负载阻抗对双向无线电能传输(BWPT)系统的特性分析有影响,因此对该等效负载阻抗进行计算有重要意义。文中首先建立了采用双向全桥功率变换器和LCC补偿的BWPT系统模型;然后,构建了工作于整流模式的功率变换器的等效电路,并对其整流工况进行了分析;进而,推导了双向功率变换器等效负载阻抗的计算方法;最后,搭建了试验平台,对建立的模型和提出的方法进行了验证。结果表明:工作于整流模式的双向功率变换器的等效负载阻抗包含电阻和电抗两部分,且它们的值与开关器件并联电容、补偿电感以及负载有关,所提出的方法能有效地对该等效阻抗进行计算,进而有助于准确地分析系统特性。     

利用分数阶阻抗模型准确估算钽电容寄生电阻

电容的等效串联电阻(ESR)等寄生参数受频率影响,但传统的RC串联等效模型难以反映这一点;另外,现有研究表明,实际的电容具有分数阶特性。为此首先建立了钽电容的分数阶等效阻抗模型,用于准确估算电容的ESR,并用于分析Boost变换器中电容ESR造成的电压突变。在Boost电路的仿真中使用该分数阶电容模型,并用实验验证。仿真结果与实验结果比较一致,证实了该模型的有效性。     

具有可变增益恒压特性的双线圈无线电能传输系统补偿网络设计与分析

为了实现具有恒压特性的双线圈无线电能传输(WPT)系统中补偿网络的优化设计,该文在变压器T网络模型基础上定义等效耦合系数k_r与等效变比n₁,为双线圈WPT系统的高阶补偿网络设计与分析提供一种新方法。首先建立变压器T网络等效模型,给出具有恒压特性的串联-串联(S-S)型双线圈WPT系统元件参数表达式。其次结合等效耦合系数与等效变比,提出具有可变增益恒压特性的串联/并联-串联(SP-S)型与串联/并联-串联/并联(SP-PS)型双线圈WPT系统的补偿网络参数确定的新方法。在此基础上,考虑寄生电阻对系统传输特性的直接影响,以WPT系统的电压增益稳定性与传输效率为指标,得出不同等效参数下传输特性表达式,推导出在线圈偏移情况下最佳等效参数k_r与n₁的表达式,为WPT系统的补偿网络的优化设计提供理论依据。最终通过实物实验验证所提系统的恒压输出特性及其参数设计方法的正确性和有效性。     

V2C 控制 Buck 变换器输出电容 ESＲ 临界值研究

针对输出电容等效串联电阻对变换器性能具有较大影响,以 V2C 控制 Buck 变换器为例,建立了其分段线性模型,推导了 Jacobi 矩阵及其特征根,给出了变换器由稳定变为不稳定时 ESＲ 的临界值。研究结果表明,V2C 控制在V2控制中引入电感电流反馈,增大了稳定工作范围。所得结论可以对分布式发电系统中 DC － DC 变换器设计和器件 选型提供指导。     

三相交错并联双向直流变换器无电流传感器均流控制

针对三相交错并联双向直流变换器均流策略中,控制环路多、电流检测电路设计复杂的缺点,基于传统单闭环电压型控制方法,提出一种无电流传感器均流控制策略。以变换器降压模式为例,根据戴维宁定理建立其等效电阻电路模型,通过分析相间电流与等效电阻、有效占空比的关系,明确了相间电流不平衡的主要原因是阻抗失配。为了消除其引起的电流不均衡,以任意一相为基准,推导出其余两相应补偿的占空比?D。同时给出了无电流传感器均流控制系统控制环路的设计方法,采用数字控制技术对控制器离散化处理,并对开关节点处占空比失配进行了补偿,避免因电流传感器精度低和设计不足对变换器的影响。仿真和在25 kW样机的实验结果表明,在各种失配与不同负载下,均流性能表现良好,稳压精度高,验证了理论分析的正确性与可行性。