三态Boost型DC/DC变换器的数学模型及其输入/输出反馈线性化非线性控制方法

针对传统的Boost型DC/DC变换器存在不稳定的零动态问题,Viswanathan K.提出了一种改进拓扑结构的三态Boost型DC/DC变换器。考虑到现有文献均采用小信号模型和相应的线性控制方法,难以发挥该三态Boost变换器的优势,为此,在建立三态Boost型DC/DC变换器大信号状态空间数学模型的基础上,根据其多变量、非线性特点,基于输入/输出反馈线性化提出一种新颖的非线性控制方法。自制的样机实验结果表明:与传统的PI控制方法相比,该新型非线性控制方案具有明显的优势,不仅输出电压的调节范围较宽、稳态偏差小,而且动态性能也明显改善。     

交错控制双Boost型DC/DC变换器

提出一种交错控制双Boost型变换器,其包含有2个Boost单元,对应开关管的驱动信号相位差180°。对其在1个开关周期内的6种开关模态的开关通断情况和主要电压、电流的变化情况进行了详细介绍,并对变换器的性能特点进行了深入分析。实验结果表明该变换器具有以下特点:控制简单可靠,有现成的控制芯片可用;有源和无源器件都能实现软开关,不增加开关的电流、电压应力;与传统的Boost型DC/DC变换器相比,在输入、输出条件相同的情况下,输入电感和输出电容都可以减小,这是因为其输入电感电流和输出电压纹波频率都为开关频率的2倍,达到了倍频的效果。     

基于模糊控制的交错并联双向DC/DC变换器研究

为了提高交错并联双向DC/DC变换器输出电压及均流的控制精度和动态性能,提出了电压、电流双环控制均采用模糊控制理论的模糊PI控制器。以研究交错并联DC/DC变换器工作原理为基础,详细介绍了电压、电流双环的模糊PI控制器的设计方法。通过仿真,对比了采用模糊PI控制和常规PI控制的仿真波形,验证了双环均采用模糊PI控制能提高输出电压和电感电流的响应速度、减小超调,从而实现电压及均流的精确控制。     

基于电流模式的DC／DC升压变换器非线性PI控制

为改善DC／DC升压变换器的控制性能,在电流模式控制的基础上,设计一个非线性PI控制器对输出电压进行调节。控制器包含两部分,一部分为电感电流的比例控制,可以保证被控系统的稳定运行;另一部分为电容电压的线性比例控制和非线性积分控制,可以保证输出电压准确跟随期望电压。该控制器保留了电流模式控制的优点,结构简单,易于实现,并能克服系统非最小相位特性对控制性能的影响。同时,由于引入了输出电压的非线性积分,可以有效缩短过渡过程,提高稳态精度,并对参数变化有着很强的鲁棒性。对某DC／DC升压变换器的实验结果表明,所提控制器是可行的。     

基于倍压单元耦合电感高增益DC/DC变换器

提出一种基于倍压单元的新型DC/DC高增益变换器.在传统Boost变换器的基础上引入倍压单元,提高变换器电压增益,并把2个储能电感进行磁集成,减小变换器体积和电感电流纹波.分析了该变换器的工作原理以及工作模态,推导了输出电压增益公式、各二极管和开关管的电压应力以及电感电流纹波.与传统Boost变换器相比,电压增益提高了...     

滑模与PI调节三相AC/DC PWM变换器非线性控制

针对三相AC/DC PWM变换器,提出了非线性滑模直流输出电压控制和PI调节方式的输入电流调节方案.基于在同步d,q参考坐标系下的状态坐标变换,设计采用非线性滑模控制调节输出电压动态,使其跟踪线性参考模型;采用PI调节器调节d轴输入电流为零,以得到功率因数λ=1的控制.在提出的控制方案中,输出电压的瞬态动态可通过线性参考模型调节,参考模型具有理想的动态行为.实验结果验证了所提出的控制方案的有效性.     

耦合电感倍压单元的高增益DC/DC变换器

根据二次型Boost变换器、耦合电感和倍压单元,提出耦合电感倍压单元高增益DC/DC变换器。通过在后级Boost电路单元中引入耦合电感,以降低开关管的电压应力;耦合电感次级连接倍压单元,通过输出端叠加以提高变换器的电压增益。由二极管和电容组成的无源无损吸收电路可减少由漏感引起的开关管两端的电压尖峰。详细分析了该变换器的工作原理及工作特性。最后,通过实验结果验证了理论分析的正确性。     

基于二阶滑模的双向Boost DC/DC变换器研究

此处以航空静止变流器前级双向DC/DC变换器为对象,研究了一种既可实现功率流双向流通又可实现以电流为横坐标、以电压为纵坐标的平面直角坐标系内四象限运行的双向Boost DC/DC变换器。首先对该双向Boost DC/DC变换器分象限进行模态分析;然后,采用变结构理论分析法对主功率拓扑进行建模分析,分别对四象限Super-Twisting(ST)控制器进行设计和滑模面可达性证明。在Matlab/Simulink环境下,进行试验验证,并与比例积分(PI)算法进行对比分析。结果表明:双向Boost DC/DC变换器单象限运行性能良好;二阶滑模算法ST控制变换器在输出负载和输入电压源发生大扰动下具有很强的鲁棒性和良好的动态品质。     

DC/DC升压变换器串级控制

为改善DC／DC升压变换器的控制性能，设计了一种串级结构的控制器。控制器的外环采用PI控制算法，以电容电压为被控量，内环则采用积分增益可调的PI控制算法，以电感电流为被控量。该种结构的控制器不但有效解决了系统非最小相位特性给控制器设计带来的难题，而且可使被控系统获得良好的动态特性，并对系统参数变化有着很强的鲁棒性。对DC／DC升压变换器的仿真结果表明，该控制方案是可行的。     

交错并联磁集成软开关双向DC/DC变换器的研究

交错并联磁集成软开关技术可以减小变换器输出电流纹波,提高动态响应,减小开关损耗。介绍了一种交错并联磁集成双向DC/DC变换器电路拓扑结构,该变换器具有开关器件电压应力低,输入输出电压变比大的优点。分析了变换器在Boost和Buck模式下的工作模态,并推导了稳态工作时的基本方程,获得了稳态电压增益,通过等效电感分析了输出稳态纹波与动态响应和集成电感耦合系数的关系,并给出了设计范围,利用阵列式磁芯设计了耦合电感,并给出了设计方法。采用交错并联磁集成技术,减小了输入输出电流纹波;给出了软开关的实现条件,可以实现所有开关管的零电压开关(ZVS)导通,减小了开关损耗。研制了原理样机,通过实验验证了理论分析的正确性。     

含耦合电感倍压单元的高增益DC/DC变换器

提出一种含耦合电感倍压单元的高增益DC/DC变换器。变换器的电压增益可通过调节耦合电感的匝比得到进一步提升。由输入电感和辅助电容可组成输入电流纹波吸收电路,通过合理配置电容参数可实现输入电流的零纹波,从而可降低滤波电感体积。变换器引入耦合电感倍压单元后,开关管不直接箝位于输出高电压,因此可实现开关管的低电压应力。此外,由箝位二极管和储能电容形成的电压尖峰吸收电路可有效降低漏感引发的开关管电压尖峰。分析了变换器的工作机理和稳态特性,并推导了零输入电流纹波满足条件和参数优化方案。最后,通过一台功率为100 W的实验样机进行了可行性验证。     

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。     

基于LCL滤波器的蓄电池双向DC/DC变换器的研究

针对LCL型滤波器在DC/DC储能变换器的应用中,流过滤波电容的电流难以准确测量的问题,提出了一种电容电压内环反馈控制方法。首先依据蓄电池对充放电电流的要求,对LCL滤波器的参数进行了设计,以蓄电池侧电流为控制对象,加入滤波电容电压微分的反馈环节,增加系统阻尼,提高系统的稳定性。将LCL型滤波器应用到DC/DC储能变换器中,相比于传统的L型滤波器,可以大大减小滤波电感值,减小蓄电池充放电电流纹波,延长蓄电池寿命。最后通过仿真和实验验证了该方案的正确性和有效性。     

用于SC/BA的DC/DC变换器鲁棒建模与控制设计

超级电容/电池(SC/BA)通常用于可再生能源波动功率的抑制,其一般通过双向DC/DC变换器接入直流系统,并控制直流母线电压的稳定。首先建立了一种新型DC/DC变换器的多胞模型,将SC/BA输入电压波动以及负载不确定性纳入鲁棒模型设计;进而采用基于线性矩阵不等式方法的最优线性二次型控制,设计了系统鲁棒最优二次型控制器。实验结果表明,相比传统比例积分(PI)控制,所提控制方法具有良好的鲁棒性,可以保证宽范围输入电压工况下DC/DC变换器输出电压稳定运行,且具备良好的动态性能。     

并行电流模式控制的ZVZCS PWM DC/DC全桥变换器

由于数字化与软开关技术二者的融合可以改善电源的控制精度,减小电源的体积,提高电源的效率和功率密度,传统的DC/DC变换器的控制方法动态响应较慢,数字实现起来比较复杂。提出了一种采用并行电流模式控制方法,先进的拓扑,并结合了ARM处理器的零电压零电流(ZVZCS)全桥DC/DC变换器全数字控制系统。该控制方法是基于离散域推导的,将检测到的输入电压、电感电流和输出电压进行数字运算得到占空比信号从而控制PWM输出,易于数字实现。仿真和样机的实验结果表明了理论分析的正确性和数字控制策略的可行性。     

基于多模式控制的储能用双向Buck-Boost DC/DC变换器

由于各种分布式能源的大量接入，电网需要加入储能单元以平抑潮流的波动。储能系统中，为了在宽输入、输出电压范围的情况下实现高效双向电能转换，探讨一种基于多模式控制的双向Buck-Boost DC/DC变换器。当输入电压显著高于输出电压时，变换器工作在Buck模式，采用谷值电流控制。当输入电压显著低于输出电压时，变换器工作在Boost模式，采用峰值电流控制。当输入电压接近输出电压时，变换器工作在Buck-Boost组合模式，采用移相控制来实现平滑过渡。为了实现高精度的输出和快速的动态响应，控制环路采用二型补偿器。通过Buck模式和Boost模式小部分重叠工作的方式，消除了传统Buck-Boost变换器在模式切换时存在的断续现象。制作的1 kW实验样机具有97.5%的峰值效率以及Buck模式与Boost模式平滑切换的特点。     

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。     

电动汽车中新型双向DC/DC变换器建模分析*

非隔离型双向DC/DC变换器广泛应用于混合直流供电系统中,针对电动汽车超级电容与蓄电池的混合供电系统,以新型交错并联型Buck/Boost变换器为研究对象,采用状态空间平均法,建立了Boost状态连续模式(CCM)下的交流小信号模型,得到了电路模型的开环传递函数。分析幅频特性曲线可知,变换器低频段斜率为0 d B/dec,系统存在稳态误差,中频段穿越频率过高,系统超调量较大,高频段以-20 dB/dec斜率变化,高频抗干扰能力较差。基于此,为变换器设计了平均电流补偿网络,理论分析系统的稳定性、动态响应速度和高频抗干扰能力都得到提高。同时仿真验证可知:当输入及负载跳变时输出电压在10 ms内都能快速稳定,且输出电压波动不超过1.5%,满足电动汽车储能系统要求。     

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。     

高升压比悬浮交错三电平DC/DC变换器研究

提出一种高升压比悬浮交错三电平DC/DC变换器。该变换器不仅可以实现高升压比,显著减小变换器输入电流纹波,而且开关管承受的电压应力仅为输入电压和输出电压之和的四分之一。首先对变换器工作模态进行分析,推导了变换器电压增益。然后分析了悬浮交错三电平DC/DC变换器飞跨电容电压控制原理,给出了一种飞跨电容均压闭环控制方案。最后通过实验验证了理论分析的正确性。