三相混合钳位五电平PWM整流器的研究

二极管钳位型多电平PWM整流器由于其诸多优势得到广泛的研究与应用,但直流母线电容电压不均衡问题将其应用一直局限于三电平拓扑。针对这一问题,采用一种混合钳位五电平拓扑应用于PWM整流器,分析该整流器在特有的交替混合PWM调制方式下的电路工作模态,开关电容电路等效电容的计算及适用于该变换器的双环控制算法。实验结果表明,该五电平整流器实现了直流母线电容电压的均衡与稳定,有效抑制了交流侧输入电流的畸变,实现了功率因数校正。     

基于双混合钳位式变流器的永磁直驱风力发电系统控制策略

针对大功率双三电平永磁直驱式风力发电系统,采用一种新型的混合钳位式三电平结构,在分析了其工作原理的基础上,对混合钳位式三电平变流器的64种电压空间矢量分别在能量馈入和馈出情况下对中点电位和钳位电容电压的影响特性进行分析,得出中点电位平衡调制策略;又对钳位电容的充放电回路进行分析,推导出钳位电容电压在能量馈出和能量馈入情况下,分别采用不同的电平状态切换的调制方式实现钳位电容电压的平衡。在对永磁同步发电机(PMSG)和混合钳位式整流器的数学模型研究的基础上,给出了对机侧变流器和网侧变流器分开控制的策略。在Matlab/Simulink平台下搭建相应的仿真模型,通过仿真与实验验证了所提算法的正确性,并且具有较好的动、静态性能。     

基于背靠背三电平电压变换器的直驱式风力发电系统

直驱式风力发电系统由2个背靠背二极管中点钳位型三电平电压变换器构成,机侧变换器采用间接转矩向量控制,通过调节永磁同步发电机的转速,实现风能最大跟踪;网侧变换器采用电网电压定向的向量控制,实现d、q轴电流解耦控制,使d轴电流控制有功功率,q轴电流控制无功功率。针对直驱式风力发电系统中能量流向以及二极管中点钳位型三电平的特点,提出了一种只需检测上、下电容电压,首发向量全部为负短向量,利用冗余电压向量控制中点电压平衡的方法。为提高该系统抗电网电压波动能力,采用软件锁相环,实现电网电压的同步。仿真结果表明,该控制策略实现了最大风能跟踪和功率因数为1的逆变。     

混合钳位型四电平和五电平逆变器拓扑结构和控制策略

为了提高传统二极管钳位和飞跨电容多电平变换器的电平数并减少钳位器件的数量,同时避免五电平有源中点钳位拓扑中开关器件的直接串联,提出一种混合钳位四电平逆变器拓扑及其扩展五电平拓扑结构。为实现悬浮电容和母线中点电压的平衡控制,提出一种改进的载波移相PWM策略,通过微调PWM脉冲占空比实现悬浮电容和母线中间电容的平衡控制。在此基础上为实现上、下母线电容电压的平衡控制,提出一种基于最优零序电压注入的平衡控制策略。研制了一台实验样机并通过实验验证了该拓扑及控制策略的有效性和可行性。     

三电平逆变器直流侧电容电压平衡问题

针对中性点接地的单相二极管钳位型三电平变换器在非理想条件下直流侧分压电容容值不相等,电容电压不平衡问题,分析了电容电压不平衡产生的机理.在三电平有源中点钳位变换器的基础上辅以悬浮电容,2个直流侧分压电容与悬浮电容在高频脉宽调制下交替形成双向导通回路.该控制方法有效地保持了直流侧电容电压平衡和悬浮电容电压的稳定,大幅减小所需直流电容的容值,同时悬浮电容为内管提供有效的钳位电路.仿真和实验结果表明,该电容电压平衡控制方法有效.     

基于双变压器的复合式谐振三电平零电流开关变换器

针对分布式光伏发电接入中压直流配电网的应用场合,提出了一种基于双变压器的复合式谐振三电平变换器。新型变换器是在传统中性点钳位型三电平电路的基础上,通过添加一个辅助电路实现了基础三电平电路的固定占空比运行,变换器工作于电流断续模式。其中,基础三电平电路传输大部分功率,而辅助电路采用脉宽调制方式,可以实现基础三电平电路在全负载范围内的零电流开关,从而显著降低变换器的开关损耗。重点讨论了辅助变压器变比和谐振电容对开关管电流、谐振电压峰值、谐振电感值大小的影响,提出了相应的参数设计指导原则。最后,制作了一套300～1 500 V/2 kW原理样机对所提变换器的性能进行了验证。     

内环钳位式新型五电平逆变器系统

在交流电动机调速领域,多电平变换器的应用越来越广泛,在各种多电平拓扑结构中,二极管钳位型多电平拓扑结构在中低压领域的应用最为广泛。但是随着电压等级的升高,开关数量的增加,钳位电容电压的平衡问题也成为该结构突出的难题。本文提出了一种新颖的内环钳位式新型五电平逆变器结构,该结构基于传统的二极管钳位型五电平拓扑结构,在其内环悬浮电容节点上接入一组独立的直流电压源,通过最优控制的算法,实现了五电平拓扑结构中所有钳位电容电压在全负载范围内稳定可控。本文对所提出的五电平拓扑结构进行了仿真及实验研究,仿真和实验结果验证了新方案的可行性。本文提出的方法为二极管钳位型多电平结构解决电容电压平衡问题提供了一个新颖的思路,对该结构的深入研究具有重要的实用意义。     

一种对称式三电平LLC谐振变换器控制策略

针对燃料电池输出特性软、电压范围变化宽的特点,通过脉宽调制(PWM)控制使对称式三电平LLC谐振电路工作在三电平升压模式、三电平降压模式和倍频模式,实现高、中、低3种增益模态,拓宽了变换器增益范围.为解决对称式三电平LLC拓扑直流侧电容均压问题,提出一种通过控制初级上、下桥臂相位差实现所有模式下分压电容电压均衡的策略....     

二极管钳位型双Buck三电平逆变器输入均压解耦控制

输入电容均压是多电平逆变器的关键问题,多电平调制与输入均压耦合,造成多电平变换器电路结构与控制繁杂、调节速度慢。利用双Buck电路包括2个Buck桥臂、并按电流半周期工作的特点,提出一种二极管钳位双Buck多电平结构,在任一时刻,由其中一个Buck桥臂实现逆变,而另一个Buck桥臂工作于逆向Boost状态,对输入分压电容充电,逆变控制与钳位电压均衡控制可完全解耦。在电平数较多的情形下,该方法有助于减少器件数量,降低系统复杂度,提高可靠性。对三电平情形进行了仿真与实验验证。     

一种开关电容和二极管钳位组合的多电平拓扑

传统的二极管钳位型多电平拓扑存在直流母线电容电压不平衡的问题。提出一种开关电容和二极管钳位组合式的多电平拓扑,介绍了其结构组成和工作原理。该拓扑将开关电容电路和二极管钳位电路有机地结合起来,充分利用两部分电路的工作特点,不但具有平衡直流母线电容电压的功能,而且可以用多种升压方式实现升压输出,同时使用的元器件数量较少。最后通过一个五电平电路的仿真和实验验证了本拓扑的有效性。     

电容箝位型3电平复合全桥DC/DC变换器

研究了一种新型电容箝位型混合3电平全桥变换器,该变换器初级包含有一个3电平桥臂和一个2电平桥臂。3电平桥臂中每个开关器件承受Uin/2的电压应力,而其他开关器件承受Uin的电压应力,电路可在很宽的负载范围内实现零电压开关(ZVS)。分析了该电路的基本工作原理、输入输出特性,通过分析表明该电路在输出滤波器前采用3种电平构造输出波形,可有效减小输出滤波电路中的谐波含量。通过搭建一套实验装置验证了电路的工作原理,实验结果表明该电路工作原理正确,可以正常工作。     

一种新型大功率ZVZCS三电平DC-DC变换器

三电平直流变换器因其主开关器件电压应力仅为Vin/2且具有拓扑结构简单和软开关特性好等优点,受到工业界和学术界的广泛关注。基于IGBT的零电压零电流开关ZVZCS(zero-voltage zero-current switching)三电平DC-DC变换器是大功率高压直流变换的主流方案,具有通流能力强、软开关负载范围宽和原边通态损耗低等优点。但目前ZVZCS三电平直流变换器仍存在原边电流复位困难和整流二极管电压应力高等问题,限制了该类变换器在大功率场合的应用。提出一种新型ZVZCS飞跨电容型不对称PWM半桥三电平DC-DC变换器,采用电压可变电流复位电路,在保证主开关器件宽负载范围实现软开关的同时不增加副边整流二极管的电压应力,且复位电路中的MOSETs全负载范围ZVS(zero-voltage switching)关断和ZCS(zero-current switching)开通。此外,该电路在飞跨电容两端串联一个双向开关,防止原边电流复位后反向,该双向开关在全负载范围可实现ZVS关断和ZCS开通,因此增加的损耗可以忽略。讨论了电路的结构、工作原理和特性,设计了一台6.5 kW实验样...     

Hybrid DC–DC converter with high efficiency,wide ZVS range,and less output inductance

In this paper, a new soft switching direct current (DC)–DC converter with low circulating current, wide zero voltage switching range, and reduced output inductor is presented for electric vehicle or plug‐in hybrid electric vehicle battery charger application. The proposed high‐frequency link DC–DC converter includes two resonant circuits and one full‐bridge phase‐shift pulse‐width modulation circuit with shared power switches in leading and lagging legs. Series resonant converters are operated at fixed switching frequency to extend the zero voltage switching range of power switches. Passive snubber circuit using one clamp capacitor and two rectifier diodes at the secondary side is adopted to reduce the primary current of full‐bridge converter to zero during the freewheeling interval. Hence, the circulating current on the primary side is eliminated in the proposed converter. In the same time, the voltage across the output inductor is also decreased so that the output inductance can be reduced compared with the output inductance in conventional full‐bridge converter. Finally, experiments are presented for a 1.33‐kW prototype circuit converting 380 V input to an output voltage of 300–420 V/3.5 A for battery charger applications. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

新型双钳位三电平PWM整流器双平衡调制策略研究

针对传统二极管钳位三电平整流器存在桥臂内侧开关关断过电压及直流侧中点电位偏移的问题,对一种新型高压、大功率双钳位三电平整流器进行了研究.分析了其工作原理及双钳位工作机制,推导出其在旋转坐标系下的数学模型,根据电流路径不能突变的特点,提出了能够同时满足直流侧电容及钳位电容电压平衡的"双平衡"调制方法.并通过MATLAB仿...     

一种改进型抑制SiC MOSFET桥臂串扰的门极驱动设计

由于传统驱动中SiC MOSFET在高开关频率的情况下其寄生参数造成的桥臂串扰更加严重,而现有的抑制串扰驱动电路大多是以增加开关损耗,增长开关延时和增加控制复杂度为代价抑制串扰。因此,根据降低串扰产生过程中驱动回路阻抗的思想,提出一种在栅源极间增加PNP三极管串联二极管和电容的新型有源密勒钳位门极驱动设计,并分析其工作原理,对改进驱动电路并联电容参数进行计算设计。最后,搭建了直流母线电压为300V的同步Buck变换器双脉冲测试实验平台,分别与传统串扰抑制电路,典型串扰抑制电路的正负向串扰电压尖峰抑制效果和开通关断速度做对比分析。实验结果表明,提出的串扰抑制驱动电路正负向电压尖峰分别比传统和典型串扰抑制电路降低了80%和40%,同时减少了32%的器件开关延时。     

Boost型三电平AC/AC变换器

针对高输出交流电压的升压场合,研究Boost型三电平AC/AC变换器。相比于Boost型两电平AC/AC变换器,该变换器通过增加开关管数量和引进飞跨电容,构造了中间电平,可使开关管的电压应力降低一半,滤波器重量体积大大减小。其拓扑可以看成是两个输出电压极性相反的Boost型三电平DC/DC变换器组合而成,该变换器输入输出电压同相位,其飞跨电容电压等于输出电压的一半。详细分析其电路工作原理,给出一种新颖的控制策略,可对输出电压和飞跨电容电压同时进行控制;研制一台原理样机,给出了实验波形与测量结果。实验结果证实了理论分析的正确性和控制策略的可行性。     

三电平直流变换器的交错式PWM方法

三电平结构可将开关管的电压应力箝位于输入电压的一半,因此在高输入电压场合得到了广泛应用。为保证三电平变换器的正常运行,输入分压电容和隔直电容上的电压必须基本平衡,而实际电路中驱动电路延时不一致等问题可能导致电压失衡。本文提出了一种具有更强均压能力的脉冲宽度调制PWM(pulse width modulation)方法 ,该方法通过交错使用两种传统的PWM方法实现。交错式PWM方法将隔直电容电压与输入分压电容电压解耦,同时保证前者一直维持在理想值附近,大大简化了采样电路和均压策略,因此只需要调节驱动信号间的相位差便可以实现电压平衡。实验结果验证了所提调制方法和均压策略的有效性。     

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。     

Zero-switching-loss inverters for high-power applications

The development of zero switching loss inverters has attracted much interest for industrial applications. Two topologies for realizing zero switching losses in high-power converters are proposed. The actively clamped resonant DC link inverter uses the concept of a lossless active clamp to restrict voltage stresses to only 1.3-1.5 supply voltage. For applications demanding substantially better spectral performance, the resonant pole inverter (RPI), also called the quasi-resonant current mode inverter, is proposed as a viable topology. Using only six devices rated at supply voltage, this circuit transfers the resonant components to the AC side of each phase and thus requires additional inductor and capacitor (LC) components. On the other hand, the RPI is capable of true pulsewidth modulation (PWM) operation at high frequency as opposed to discrete pulse modulation operation found in resonant DC link invertors     

双钳位三电平逆变器平衡控制方法研究

对一种新型二极管、电容双钳位三电平逆变器拓扑结构进行了研究。根据电流通路不能突变的特点，提出了一种通过开关状态切换实现钳位电容电压平衡的控制方法。并提出了通过对288种“七段式”电压空间矢量组合对中点电位影响特性进行分析的方法，实现了直流侧中点电位的平衡控制。最后，采用Matlab搭建了对比仿真模型，并基于TMS2812+Xinlinx CPLD/FPGA控制结构搭建了绕线电机实验平台，仿真和实验结果均证实了所提方法的正确性。