磁集成电压调整模块中磁路耦合的反馈精确线性化解耦控制

试图利用微分几何理论实现磁集成电压调整模块非线性解耦控制.首先分析集成磁心磁路的耦合关系和等效磁路,由此建立了磁集成电压调整模块两输入两输出仿射非线性模型,并基于微分几何理论推导出对应的非线性坐标变换矩阵和非线性反馈规律表达式,得到变换器的状态反馈精确线性化模型.实验表明,磁集成电压调整模块非线性控制策略克服了磁集成中磁路耦合的影响,比现有非解耦PI控制有更好的动态品质和稳态特性,同时容易实现各相电流均流控制和磁路集成的控制解耦.     

一种新型单元耦合阵列化可变耦合度集成磁件的研究及应用

集成电感的研究对开关变换器实现小型化、轻量化具有重要意义,而且对变换器稳态和动态特性有显著改善,传统整体磁芯集成磁件存在设计复杂、成本较高、局部温升较高导致变换器损耗增加和效率降低等不足,该文通过对传统整体磁件进行等体分割,分析其磁路等效原理,提出一种单元耦合结构阵列式。分析了电感集成原理,给出了阵列式集成电感的单元位置拓扑和单元组合结构拓扑,并分析给出了自感互感单元匝比和磁阻比与电感耦合度的关系。通过耦合度范围对比,所提出的阵列式集成电感的集成耦合度与设计准则完全一致。建立了集成磁件仿真模型,仿真结果表明采用阵列式磁芯结构的集成耦合电感的两相电压调理模块(voltage regulating module,VRM)相比传统集成耦合电感具有更好的稳态特性和动态特性。设计耦合电感实验样机分别应用于两相交错并联双向DC-DC变换器和四相VRM,实验结果和仿真一致,证明了所提出的阵列式集成电感不仅具有实用性,而且比传统整体磁芯结构耦合电感具有更好的特性。     

平面VRM新型阵列结构高频磁集成研究

高频磁集成电压调理模块(VRM)的集成电感直接影响其稳态特征、效率和输出特性。以改善变换器高频特性、消除直流偏磁和对称化为研究目标,提出一种基于单元耦合磁芯及其柔性组合概念的新型矩阵式对称化高频集成电感。通过逆向推演拓扑复用原理,等效切割传统耦合电感磁芯及绕组,采用物理磁场和电气场、路相结合并融合磁路-电路等效对偶变换模型的多尺度分析方法,探究集成磁件可消除直流偏磁、可自由调节耦合度、可任意拓展集成相数的机理,推导出集成磁件高频对称化设计准则。最后设计两相和四相样机进行实验,证明该矩阵结构集成电感理论分析的正确性和应用于高频VRM的输出特性优势。     

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。     

输入电流低纹波的超高增益非隔离DC-DC变换器EI北大核心CSCD

高电压增益DC-DC变换器广泛应用于清洁能源发电系统。输入电流低纹波有利于延长可再生能源模块和变换器的使用寿命。提出一种集成三绕组耦合电感和倍压电路的超高增益DC-DC变换器。变换器拥有输入电流连续、电压增益高、开关管电压应力小、无源钳位及输入输出共地等优点,特别适合作为并网电路前级DC-DC变换器,应用于清洁能源发电系统。独特的三绕组耦合电感和倍压电路构成的升压结构,使变换器在较小的耦合电感总匝比和合适的占空比下实现了很高的电压增益。和相同电压增益的基于两绕组耦合电感的变换器相比较,增加的降压绕组(n_(2)<1)不但没有增加耦合电感的感量和磁芯体积,反而减少了耦合电感的总电感和磁芯大小。因此在实现相同的升压比时,所提变换器比现有相近结构的变换器耦合电感总感量小,磁芯体积小,相应的耦合电感损耗小,功率密度高。开关管和钳位二极管的低电压应力为选择低导通损耗的开关器件和超快恢复二极管提供了便利,减小了开关管导通损耗和二极管反向恢复损耗。论文详细分析变换器的工作模态、稳态性能、各元器件的电压和电流应力,提出变换器的元器件设计指导准则,最后用实验室样机进行验证,实验结果和理论分析非常契合。     

基于磁路耦合的电力电子变压器直流变换技术

针对模块串联型电力电子变压器中变压器数量多、绝缘要求高的问题,设计了一种基于磁路耦合变压器的多有源桥直流变换器结构,能够提高模块化程度和减少高频变压器端口数目,提升系统功率密度.该变换器采用多磁芯高频变压器,变压器原边具有多绕组结构,对应多模块的串联,以满足输入高电压等级的要求;副边则采用单一绕组,对应全桥或多个全桥电...     

基于集成磁件的光伏升压移相全桥DC/DC变换器

研究一种基于集成磁件的光伏升压移相全桥 DC/DC 变换器,将集成磁件引入到光伏升压型移相全桥变换器中,即将实现软开关的电感和高频变压器集成在一个磁芯上以减小体积,并采用移相的控制方式实现软开关以提高效率.通过磁路分析,推导出了基于耦合系数的集成磁件表达式,根据耦合系数取值范围的不同,得出了2种集成方式.再根据集成磁件的表达式分析了变换器的开关模态,即集成磁件可实现超前开关管和滞后开关管的零电压开通,并给出了集成磁件的设计依据.该变换器效率及升压比高,结构紧凑,最后通过实验样机进行原理验证.     

交错并联磁集成开关电感双向DC/DC变换器

提出一种具有开关电感的交错并联磁集成双向DC/DC变换器,利用开关电感替代传统双向DC/DC变换器中的储能电感,并将所有电感集成为一个耦合电感,充分减小了磁性器件的体积,优化了变换器暂稳态性能。分析了变换器的工作模态,推导得到了变换器电压增益表达式,通过对变换器暂稳态电感的研究对其暂稳态性能进行了深入探讨,并通过推导得出该类变换器耦合电感耦合度的设计准则,同时提出了一种该变换器耦合电感的设计方法。交错并联磁集成开关电感双向DC/DC变换器Boost模式的电压增益是传统变换器的(1+D)倍,使输入输出电流纹波得到减少,同时提高了变换器的动态响应速度。     

多相并联磁集成电压调整模块的电路建模研究

针对磁集成磁路耦合和建模分析的难点,提出了一种基于回转器-电容模型的磁集成建模方法。在该模型中,磁性参数中的磁导类比于电路中的电容,绕组励磁类比于电流控制电压源型回转器。文章首先利用回转器-电容模型对两相电压调整模块进行建模研究,并推导出具体的磁集成自感和互感表达式;然后根据该建模方法推导出多相并联磁集成的电路模型,并利用相似矩阵对角化原理求解得到通用模型表达式;文章最后比较了利用回转器-电容模型的磁集成电压调整模块的仿真与实验结果。研究表明,该模型与实际应用相吻合,能仿真磁集成电路的稳态和动态特性,为磁集成建模提供了一个新的研究思路。     

耦合电感倍压解耦磁集成高电压增益变换器

为实现更高的电压增益,提出一种耦合电感倍压解耦磁集成高电压增益变换器。该变换器通过设计耦合电感匝数比和调节占空比来实现高电压增益,采用磁集成磁件设计方案,减少了变换器磁件的体积和数量。该文首先分析变换器器件的应力,给出变换器电压增益与占空比之间的变化关系;然后,利用磁路-电路对偶分析法推导得到耦合电感与输入电感解耦集成磁件的磁路模型,获得了输入电感与耦合电感之间的解耦磁集成设计准则;最后,搭建一台额定功率为300W的实验样机,对所提出的变换器和解耦集成磁件设计理论进行实验验证,验证了理论的正确性。变换器的效率达到93%以上,在光伏发电系统中具有一定的实用性。     

应用于四相电压调整模块的阵列式集成磁件

为了提高电压调整模块(VRM)的输出动态响应速度并降低其稳态电流纹波,利用多副磁心组合的方法,提出了一种应用于四相VRM的阵列式集成磁件。在不考虑漏磁通影响的情况下,分析了阵列式集成磁件参数对VRM性能的影响,建立了阵列式集成磁件的等效电路模型,并对磁件的平面化结构进行了电磁场有限元分析;在考虑漏磁通影响的情况下,对等效电路进行了修正;在稳态等效电感和动态等效电感相同的条件下,对阵列式集成磁件和分立磁件的等效电路进行了比较,并进行了电路仿真、实验。仿真结果验证了理论分析的正确性,实验结果表明使用阵列式集成磁件的四相VRM动态效果较好。     

应用于多相电压调节器的单元耦合与矩阵组合的阵列式集成电感

集成电感对多相电压调节模块(VRM)稳态和动态特性有重要影响,合理的耦合度可以提高VRM的输出动态响应,并能够降低每一通道的稳态纹波。提出一种利用小电感单元进行矩阵组合的阵列式集成电感,分析电感集成原理,给出阵列式集成电感的单元位置拓扑和单元组合结构拓扑,并分析自感互感单元匝比和磁阻比与电感耦合度的关系。通过电路方程推导了多相VRM耦合电感的等效稳态与暂态电感,获得多相VRM集成电感耦合度的设计准则。耦合度范围对比表明,所提出的阵列式集成电感的集成耦合度与设计准则完全一致。利用设计准则设计四相阵列式集成电感,实验样机测试结果验证了设计准则的正确性。将实验样机应用于四相VRM,实验结果表明应用阵列式集成电感的VRM具有良好的稳态和动态特性,证明了所提出的阵列式集成电感具有实用性。     

阵列式集成电感四相VRM的研究

为了提高VRM的输出动态响应和降低稳态纹波,提出了一种用于四相vRM的阵列式集成电感.在不考虑漏磁通影响的情况下,分析阵列式集成电感参数对VRM性能的影响;建立了磁件的等效电路,对阵列式集成电感与分立电感四相VRM进行电路仿真比较,仿真结果验证了理论分析的正确性.试验结果表明阵列式集成电感四相VRM动态响应性能较好.     

平面型VRM消除直流偏磁集成磁件研究

为消除四相电压调整模块(VRM)的直流偏磁和提高其动态响应速度,提出利用"场"、"路"结合的方法,在此基础上阐述了集成磁件消除直流偏磁的原理并且部分集成磁件设计了薄膜化。电路仿真和电磁场有限元仿真分析验证表明,集成磁件的直流偏磁得以消除,交错变换器的动态响应得到了改善。     

两相电压调整模块的无源控制

针对多相交错并联型电压调整模块稳态时各相电流纹波大、动态响应难以满足最新VRM标准要求的问题,以两相Buck型VRM为例,依据切换线性系统理论和无源控制,采用了凸组合方法,建立了两相VRM的切换仿射线性系统模型,并推导出其无源控制策略.仿真结果表明,应用无源控制方法的两相VRM的闭环系统,稳态工作点上两相电流保持均流,各相的电流纹波小,保证了系统的大范围稳定,与传统PI控制方法相比能够明显改善负载变化所引起的动态过程,提高了系统的动态品质.     

三相交错并联VRM的状态反馈线性化控制

以三相非隔离式交错并联VRM为研究对象,应用微分几何理论实现三相VRM的非线性解耦控制.首先在统一的开关脉冲函数下,建立三输入三输出仿射非线性模型;基于微分几何理论得到三相VRM的状态反馈线性化解耦控制规律;最后给出了仿真对比实验,结果表明基于状态反馈线性化控制的交错并联VRM有良好的动态品质和稳态特性.     

新能源发电系统用多相耦合交错型双向DC-DC变换器及控制研究

本文重点研究新能源发电系统用双向DC-DC变换器及其控制策略,提出一种多相耦合交错型磁集成Buck-Boost变换器应用于新能源发电系统中储能系统能量双向传递。首先对多相磁集成双向DC-DC变换器进行耦合电感研究,分析两相耦合Buck变换器等效电感并给出电感耦合设计准则;针对电感耦合交错型变换器的多开关状态、高阶化及电感电容复杂扰动的特点提出一种平均值电路法建立其小信号模型,并推导出状态变量到控制变量的传递函数;根据变换器开环稳态特性,进行补偿网络设计,提出基于趋近律的自适应电流控制策略并设计基于电流环补偿控制器。最后通过仿真和实验表明,本文提出的控制方法较传统PI控制可同时改善系统稳态及暂态性能。     

四相VRM中无直流偏磁集成磁件

以消除直流偏磁和提高变换器输出性能为目的,提出了应用于四相电压调整模块的立体式集成磁件结构。利用"场"、"路"结合的方法分析了集成磁件消除直流偏磁的原理;推导得到集成磁件等效电路;并给出集成磁件的电磁设计方法。最后通过Saber仿真、3D Maxwell仿真和样机实验,验证了所提耦合磁件结构的可行性及交错并联变换器具有较好的输出性能。