宽输入电压的双向DC/DC变换器的研究

为了适应不同光伏发电储能系统直流母线电压,扩宽输入电压范围,设计了一种宽输入电压的双向DC/DC 变换器.该变换器采用级联式拓扑结构,前级由四开关Buck-Boost变换电路构成, 采用脉冲宽度调制的控制策略, 后级由L-LLC谐振变换电路构成,采用脉冲频率调制的控制策略,通过调节前级变换电路的占空比和后级变换电路 的开关频率,达到扩宽输入电压范围的目的.仿真结果表明, 所提出的双向DC/DC变换器的输入电压变化范围为 100~1000V,并具有良好的稳压效果.     

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。     

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。     

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。     

一种独立光储发电系统用宽输入范围非隔离三端口变换器

针对独立光储发电系统中光伏电池输入电压的不稳定性，提出一种能够在大于和小于储能端口电压范围内工作的宽输入范围非隔离三端口变换器，可以实现光伏电池、蓄电池和负载之间的能量流动和功率平衡。该文所提变换器是由传统的Buck、Boost和Buck-Boost变换器分别与双向升降压四开关Buck-Boost(FSBB)变换器进行组合得到。FSBB用于连接光伏电池和蓄电池端口，可以削弱储能端口电压对光伏端口电压的约束，满足光伏端口宽电压输入的应用需求，增加了系统的稳定性。该文以Boost变换器和FSBB变换器进行组合为例设计实验样机，通过实验验证了该变换器理论分析的正确性和所提控制策略的可行性。     

四开关Buck-Boost变换器的三模式控制方法研究

针对四开关Buck-Boost变换器在两模式运行时,其输入输出电压接近时模式切换频繁以及开关管难以运行在极限占空比下的问题,提出了一种基于平均电流控制的Buck、Buck-Boost、Boost三模式切换策略。该策略在原有Buck、Boost两模式的基础上,通过检测输入电压单元来控制调制信号偏置电压,实现四开关BuckBoost变换器在Buck、Buck-Boost、Boost三模式下平滑切换,使开关管在宽输入电压范围内工作在有效占空比区间。通过使用平均电流控制来限制电感电流变化,确保变换器的安全可靠运行。最后搭建saber仿真模型和硬件实验平台,验证了所提控制策略的可行性。     

一种基于自适应模糊PID控制的移动电源设计

针对宽输入范围的稳压移动电源采用了四开关Buck-Boost变换器作为前端DC-DC变换器。对四开关Buck-Boost变换器的电路和它的两种控制方式进行了分析。通过比较得出了两模式控制方式比传统单模式方式具有更小的电感电流波动和更高的转换效率。针对传统的PI调节控制的不足,以其降压模式为例提出了一种新的基于参数整定的自适应模糊PI控制。通过仿真实验验证新的控制方法有超调小、响应快、抵御外界扰动能力强,稳态误差小的优点。通过这些手段保证了移动稳压电源的高效率和高性能。     

双管Buck-Boost变换器的输入电压前馈控制策略

双管Buck-Boost变换器适用于宽输入电压范围场合。采用双调制–单载波的两模式控制策略可实现其整个输入电压范围内的高效率和工作模式的自动平滑切换,其工作模式即为高输入电压区间的 Buck 模式和低输入电压区间的Boost模式。为抑制输入电压扰动对输出电压的影响,通过建立双管Buck-Boost变换器不同工作模式下的小信号模型,推导相应的输入电压前馈函数,并分析电路参数变化对前馈函数的影响,进而提出一种带输入电压前馈的两模式控制策略。采用所提出控制策略的双管 Buck-Boost 变换器,可实现工作模式和相应输入电压前馈函数的同时自动选择,及工作模式的近似平滑切换,从而保证变换器整个输入电压范围内的高效率和良好的输入暂态响应。为更好地展现所提出控制策略的优点,对带输入电压前馈和不带输入电压前馈的两模式控制策略进行比较。最后,实验室搭建一台原理样机,并对所提出的控制策略进行实验验证。     

四管Buck-Boost变换器的改进型三模式变频软开关控制策略

四管Buck-Boost变换器(FSBB)具有无源元件少、开关管电压应力低、输入输出电压同极性、控制自由度多等优势,非常适用于宽输入电压的预调节器.该文对传统三模式控制的中间模式进行优化,提出一种改进型三模式控制策略,降低了导通损耗,提升了变换器工作效率.为进一步提高功率密度、降低高频硬开关带来的开关损耗和电磁干扰,该文提出变频控制策略,能够在全电压范围内实现软开关.分析表明,改进型三模式控制可优化变频范围,与变频软开关控制具有很好的契合度.在实验室研制了一台输入80～160V,输出125V/300W的原理样机,验证了所提控制策略的正确性,并通过效率对比和损耗分析证明所提控制策略有利于FSBB实现高效率和高功率密度.     

四开关Buck-Boost变换器的多模式模型预测控制策略

四开关Buck-Boost变换器具有多种工作模式,适用于宽电压范围变换的场合,如何选择适合的工作模式以及实现平滑的模式切换是其需要解决的关键问题。该文提出一种四开关Buck-Boost变换器的多模式模型预测控制策略,根据电压变换需求确定了四种工作模式,在传统Buck和Boost模式的基础上加入两种扩展模式,消除Buck和Boost模式在输入电压和输出电压接近时存在的控制死区,利用模型预测控制方法的预测机制实现各工作模式的电流预测控制,同时,根据下一控制周期内不同工作模式的占空比预测结果,选择最适合的工作模式。仿真和实验结果表明,所提控制策略可以有效地选择四开关Buck-Boost变换器最适合的工作模式以及实现较平滑的模式切换,而且具有良好的动态响应性能。     

双沿调制的四开关Buck-Boost变换器

与传统的Buck-Boost变换器相比,四开关Buck-Boost变换器具有输入输出同极性、开关管电压应力低等优点。该文针对四开关Buck-Boost变换器在通信电源分布式系统中的应用,提出三模式双频双沿调制的控制策略。该控制策略将变换器分成Buck单元和Boost单元,此两单元分别采用后沿调制和前沿调制,并且在Buck-Boost工作模式时,开关频率由Buck以及Boost模式的200 kHz降到40 kHz,以提高变换器的效率。实验室制作了一台48 V(33~75 V)输入48 V/6.25 A的样机,对所提出的控制策略进行验证。试验结果表明所得结论正确。     

整合式单开关两路恒流输出LED驱动电源

提出了一种整合式单开关两路恒流输出LED驱动电源。该LED驱动电源由非隔离Buck-Boost和Buck变换器通过一个有源开关整合而成,简化了控制环路。采用恒导通时间COT(constant on-time)控制,消除了Buck功率因数校正PFC(power factor correction)变换器输入电流的死区。因此,该驱动电源的输入电流谐波很容易达到IEC61000-3-2 C类法规的限值。利用其中的无源均流网络,仅须控制其中一条输出支路的电流,即可实现对另外支路的均流控制,简化了控制电路。该变换器结合了Buck-Boost变换器功率因数高与Buck变换器效率高的特点,所提出的LED驱动电源在电压全范围应用下实现了高效率和高功率因数。最后,搭建了一台56 W的两路输出实验样机,效率达到93.5%,验证了理论分析的正确性。     

一种新型Buck-Boost变换器

提出了一种新型Buck-Boost变换器,与传统的Buck-Boost变换器相比,该电路利用开关电容网络,能在相同的输入电压和开关管占空比情况下具有更好的降压效果.对该新型Buck-Boost变换器的工作原理进行了分析,并通过仿真和实验验证了该方案的可行性.实验表明,该新型Buck-Boost变换器能够实现较好的降压效果,输出效果良好.     

一种高电压输入的PFC电路的分析与实现

详细分析了一种适用于高电压输入的功率因数校正电路,它具有电压跟随型变换器Buck鄄Boost的特点,同时具有低电压应力、检流方便、效率高等优点。经仿真和实验结果验证,该电路与Buck鄄Boost变换器一样,在断续工作状态下自身具备完美的功率因数校正功能。     

两开关伪连续导电模式Buck-Boost功率因数校正变换器

提出两开关伪连续导电模式(pseudo continuous conduction mode,PCCM)Buck-Boost功率因数校正(power factor correction,PFC)变换器及其控制策略。利用两开关PCCM Buck-Boost PFC变换器电感惯性模态所提供的一个额外控制自由度,可实现单位功率因数控制,并明显改善传统单开关Buck-Boost PFC变换器、两开关连续导电模式(continuous conduction mode,CCM)Buck-Boost PFC变换器和两开关不连续导电模式(discontinuous conduction mode,DCM)Buck-Boost PFC变换器的性能。与两开关DCMBuck-Boost PFC变换器相比,两开关PCCM Buck-Boost PFC变换器减小了电感电流纹波。仿真与实验结果表明,两开关PCCM Buck-Boost PFC变换器的负载动态响应速度明显快于传统的两开关CCM和DCM Buck-Boost PFC变换器。     

宽输入电压范围下隔离型全桥Boost变换器的高效率控制

本文提出了一族隔离型的Buck-Boost变换器以适应宽输入电压范围并要求隔离的应用场合,以全桥(Full-Bridge,FB)Boost变换器作为其典型电路之一在文中展开分析。考虑占空比的丢失,提出了基于移相控制的双沿调制策略以减小整个输入电压范围内的电感电流脉动。为实现变换器可靠高效的工作,提出了三模式双频控制策略。三模式双频控制策略下,输入电压被分为低、中、高三个电压区间,分别对应于FB-Boost变换器的Boost、FB-Boost和FB三个工作模式。由于FB-Boost模式下电感电流脉动较小,可以降低该模式下Boost单元的开关频率以减小开关损耗,进一步提高效率。为验证设计和控制策略的有效性,搭建了一台输入电压250～500V,输出电压360V,额定功率6kW的原理样机,整个输入电压范围内变换器都具有较高的效率,最高效率为97.2%。     

Buck-Boost式三电平单级AC/AC变换器

提出了Buck-Boost式三电平单级AC/AC变换器电路拓扑,该变换器适用于高压场合,具有开关管的电压应力低、单级功率变换、变换效率高、三电平波形、实现升降压输出、输出电压THD较小、负载能力强等优点。该变换器的开关管电压应力是两电平的1/2,大大降低了在高压场合对开关管的电压应力要求。同时,研究了适用于该变换器的电压瞬时值反馈控制策略,该策略能够快速响应输入及输出电压的变化;并根据输出电压、电流的极性,分析了该变换器负载时的四种工作模式;以及该三电平变换器在CCM和DCM模式下的输入输出特性和外特性。实验结果充分证实了该变换器的正确性和先进性。     

基于参数扰动的混沌控制方案在Buck-Boost变换器中的应用研究

分布式直流微电网中,直流母线与大电网的接口变换器通常选择具有升、降压功能的DC-DC变换器,如Buck-Boost变换器,来提升或降低光伏阵列或其他储能单元的输出电压,使之与直流母线电压匹配。Buck-Boost变换器作为一个强非线性系统,在输入电压、参考电流等电路参数变化时容易产生分叉、混沌等非预期情况,使变换器性能变差甚至不能正常运行。基于峰值电流控制型Buck-Boost变换器的频闪映射模型,分析了变换器的非线性动力学现象。基于参数扰动的混沌控制原理,设计了一种适用于峰值电流控制型BuckBoost变换器的混沌控制方法 ,该方法可使进入混沌状态的变换器重新回到周期态,并使变换器的稳态性能、输出纹波等得到显著改善。