多变换器模块化串并联组合系统

多变换器串并联组合系统在很多场合都有广阔的应用前景。以输入并联输出并联组合系统为基础,提出适合其他三种组合(输入并联输出串联、输入串联输出并联以及输入串联输出串联)的多变换器模块化串并联组合系统。其特点是不但单个变换器模块可以正常独立工作,而且还可以将多个变换器模块仅通过母线联接的方式进行串并联组合,不需要外加任何电路,就可以组成新的变换器系统,真正实现组合系统的模块化结构。同时,针对多变换器串并联组合系统中模块可能出现故障的问题,进一步提出了具有容错功能的模块化结构,即当某个模块出现故障时,系统仍然能够维持正常工作。仿真和实验结果验证了该结构的有效性。     

相同移相角控制的串–并型移相全桥组合变换器

在高输入电压/低输出电压的电压变换应用场合,通常采用输入端串联/输出端并联(input-series output-parallel,ISOP)组合型直流变换器来降低功率开关器件的电压应力,但须确保、控制输入端串联均压与输出端并联均流。针对移相全桥变换器模块构成的ISOP组合变换器提出相同移相角控制技术。该控制技术无需专门的均压或均流控制环,故控制系统简单、可靠。针对变换器各模块参数不一致的工况,应用小信号模型与稳态直流模型,分析各模块输入端串联实现自动均压与输出端并联实现自动均流的机理,并且指出影响模块均压/均流精度的参数差异性。采用现有技术降低模块参数的差异性,足以保证相同移相角控制的ISOP组合变换器取得良好的均压/均流精度。仿真与实验均验证了该控制方案的可行性与可靠性。     

DC/DC变换器无均流线均流控制方法

对DC／DC变换器无均流线均流控制方法进行了研究。利用变换器输出端传递的交流信号来实现均流控制具有其它均流控制方法所不具备的优点。非常适用于大量模块并联时的均流控制。对采用这种均流控制的并联电源系统进行了介绍，并对均流控制方法的基本原理进行了详细的分析。为验证这种控制方法，对采用3个模块的并联系统进行了仿真试验。     

输入并联输出串联AC/AC变换器的研究

传统两电平AC/AC变换器的开关管电压应力高,输出电压和输入电流谐波含量较高。针对此问题,基于多模块串并联组合变换器的相关技术,提出了一种输入并联输出串联(IPOS)电流源高频交流环节AC/AC变换器。为保证该变换器的正常工作,研究并提出了一种均压控制策略。此控制策略实现了该变换器在4种工作模式下的输出均压和输入均流。实验结果验证了该变换器的工作原理和控制策略的正确性,该变换器适用于较低输入电压和较高输出电压交流电能变换场合。     

输入并联输出串联变换器系统的控制策略

将多个直流变换器模块在输入侧并联和输出侧串联,得到输入并联输出串联直流变换器,它可以降低开关管的电流应力和输出整流二极管的电压应力,适用于高输出电压、大功率的场合.为了保证该变换器的可靠工作,必须确保各模块的输出电压均衡.本文从能量守恒的角度出发,揭示了该变换器中各模块的输出均压和输入均流之间的关系,指出可以直接控制各模块的输出电压以使它们均衡,也可以采用输入均流控制来实现输出均压.提出一种新的输出均压的控制方法,它对系统输出电压控制闭环没有影响.同时采用交错控制,可以有效减小输入滤波电容和输出电容.论文最后给出了仿真和实验结果,验证了该方法的有效性.     

输入串联输出并联的直流变换器控制策略研究

输入串联输出并联型直流变换器能降低开关管的开关应力,适用于高输入电压、大功率的直流变换场合。为了保证该变换器的可靠工作,必须确保其输入分压电容均压和输出电流均流。文中首先从能量的角度出发,分析了输入串联输出并联型直流变换器的输入均压和输出均流之间的关系,指出输出均流控制不能保证输入均压,而输入均压控制可以确保输出均流;然后提出一种新的输入均压的控制方法,在保证输入均压和输出均流的同时,该方法可以实现输入电压的均压控制与输出电压的调节相解耦,有利于分别独立设计各个输入电容电压和输出电压的闭环控制,同时交错控制下的电流纹波抵消效应使输出滤波电容得到了减小;仿真和实验结果验证了该方法的有效性。     

基于DAB的ISOP型蓄电池测试电源控制策略

针对传统测试电源多采用单向能耗式结构,存在充放电测试速度慢、能耗高的问题,提出以双有源桥(DAB)作为基本模块的输入串联、输出并联(ISOP)型直流变换器构成测试电源,并在充电的不同阶段提出ISOP-DAB变换器的恒流控制和下垂限压控制策略;提出的基于DAB的ISOP型蓄电池测试电源可以提高充放电速度、降低能耗,同时避免采用工频变压器造成的测试装置体积大、质量大的问题。研究测试电源中ISOP-DAB变换器的工作原理和建模方法,得到ISOP-DAB变换器的小信号电路应用等效模型。对比ISOP-DAB变换器的输入均压控制策略,选择模块化控制方法进一步研究,实现多模块的输入均压和输出均流的同时兼顾实现分段充电方式。最后,通过仿真实验验证了所提方法的有效性。     

输入串联输出串联型双向DC/DC变换器自适应均压控制策略研究

多模块输入串联、输出串联(input-series output-series,ISOS)型双向DC/DC变换器尤其适用于如直流电网等输入、输出电压等级都较高的场合,模块间的输入/输出侧能否均压是制约其可靠运行的关键问题。提出了一种基于输入/输出侧电压双下垂的自适应均压控制策略。该控制策略利用电感电流补偿值与输入/输出电压之间的下垂特性实现了自适应均压控制,但下垂控制会带来不可避免的静差问题。补偿改进控制策略消除了静差并进一步提高了系统模块化程度,改进后,输入/输出侧均压效果和动态性能良好。利用小信号建模分析系统稳定性,通过根轨迹分析得到控制参数稳定范围,最后通过仿真和实验验证了策略的可行性。     

组合式交流变换器研究

输入串联、输出并联变换器,能降低变压器输入侧开关管的电压应力和输出侧开关管的电流应力,适用于高输入电压、低输出电压电能变换场合.基于模块化思想,提出了一种输入串联、输出并联组合式电流源高频环节交流变换器,研究了其工作原理和控制策略,此控制策略实现了该变换器的均压均流控制.通过样机实验验证了输入串联、输出并联电流源高频环...     

输入串联输出并联DC/AC逆变器系统的控制策略

输入串联输出并联逆变器系统适用于输入电压高、输出电流大的直流/交流变换场合,要保证该逆变器系统正常工作,就必须保证输入电压均压与输出电流均流。提出一种采用负载电流反馈的输入均压输出均流控制策略,该控制策略根据各模块间的输入电压偏差直接调节各模块的输出电流幅值,使输入电压高的模块输出电流增大,输入电压低的模块输出电流减小,从而实现输入均压。与采用输出滤波电感电流反馈的方法相比,采用负载电流反馈时,即使输出滤波电容不匹配,也不影响输出均流效果。同时,还分析输入均压环与系统输出电压环的关系,给出输入均压环和系统输出电压环的设计准则。最后以一台由2个模块组成的输入串联输出并联逆变器原理样机验证该控制策略的有效性以及环路设计的正确性。     

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。     

基于飞跨电感的高升压比级联式DC/DC变换器

高升压比DC/DC变换器在微电源并网、不间断电源以及车载电源等场合均有广泛应用。飞跨电感模块,既具有升、降压能力,又可以实现能量双向流动。利用多个飞跨电感模块输入、输出端串、并联组成共正极、共负极和不共地3种不同结构的级联式高升压比DC/DC变换器,其均可在较合适的占空比下维持较低的电流应力,获得高电压增益。模块间采用载波移相调制可以减小模块输入侧电流纹波、变换器输出电压纹波和输出滤波电容容值。详细介绍了飞跨电感模块和DC/DC变换器的结构及工作原理,并以其中不共地变换器拓扑为例通过仿真和实验验证了其正确性。所提变换器具有电压增益便于调节、扩容方便和应用范围广等优点。     

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。     

一种可拓展双输入高增益DC/DC变换器

针对光伏发电系统中光伏电池板集成汇流的需求,提出了一种可拓展双输入高增益DC/DC变换器。该变换器采用了一种新型拓扑结构,可在实现输入输出电压高增益变换的同时降低了开关器件的电压应力。此外,所提变换器还具有可拓展性,可以根据不同的光伏电池板数量和输出电压要求对端口进行扩展,从而降低系统的复杂性和成本。首先详细介绍了所提变换器的拓扑结构,并推导出变换器在不同工作模态下的运行原理。然后,对该变换器的增益特性、开关器件的电压和电流应力、关键器件的参数选择和损耗计算等方面进行了深入的理论分析。最后,搭建了一台输出功率为1 kW的实验样机,并进行了实验测试。实验结果验证了所提变换器理论分析的正确性和可行性。     

全桥隔离DC/DC变换器的直接功率控制方法

以无工频变压器电力牵引传动系统为应用背景,对其中的全桥隔离DC/DC变换器开展研究。在电力牵引传动系统中,单相网侧脉冲整流器直流输出电压中含有二倍电网频率的电压脉动,该二倍频脉动可能会引起电机中的拍频现象。因此,为减小该二倍频电压脉动对DC/DC变换器输出电压的影响,研究全桥隔离DC/DC变换器在输入电压动态变化时的高性能控制方法非常必要。为提高全桥隔离DC/DC变换器在输入电压脉动以及突变情况下的动态响应性能,基于单相移控制方法,提出了一种直接功率控制方法,并进行了详细的分析。最后,基于RT-LAB和赛灵思XC3S500E的半实物仿真平台和基于TMS320F28335控制器的实物实验平台对所提出的控制方法进行验证,半实物仿真和实物实验结果表明:在输入电压突变、输入电压含有脉动和波动的情况下,该直接功率控制算法能有效提高输出电压的动态性能,减小输入电压扰动对输出电压的影响。     

利用状态平均法对DC/DC变换电路的分析

提出了一种分析DC/DC变换电路分析方法。对该分析方法的原理和具体运用进行了详细说明。装置电路在电流连续的情况下,分别给出了DC/DC变换器的稳态工作和小信号扰动的条件下,DC/DC变换电路的输入电流、电压和输出电流、电压的关系表达式。在已有分析的基础上,借助计算机仿真软件,对所分析的DC/DC变换电路进行了开环条件下的仿真。并把使用状态平均法分析得到的结论和使用计算机仿真软件得出的仿真结果进行比较,两者的结论是完全吻合的。说明使用状态平均法对DC/DC变换电路进行分析是完全可行的。     

5V/90A全砖体积DC/DC模块电源研制

为提高低压大电流DC/DC模块电源同步整流电路的利用率,解决宽范围输入电压等问题.提出了新的Boost+Full-bridge犁两级拓扑结构:第1级足由单相或者多相Boost构成的调压电路.将输入的宽范围电压升至某个值;第2级是50%占空比的全桥电路,将中间总线电压变换至电源输出电压,输出电压信号经隔离反馈网络得到调节第1级电路占空比的控制信号,从而使系统实现闭环控制.为了验证该拓扑结构的性能,将其作为24V额定输入、5V/90A输出模块电源的主电路拓扑,制作了全砖体积(117mm×56mm×12mm)实验样机.结果证明该拓扑具有低损耗、低EMI等特性,非常适用于低压大电流输出场合.     

DC/DC数字AVP控制器的设计与实现

提出一种用于DC/DC变换器的数字自适应电压定位(Adaptive Voltage Position,简称AVP)控制器,与一般的控制器相比,它能让变换器使用更小的输出电容,因此可有效降低成本.控制器用现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,简称FPGA)实现.变换器的开关频率为1MHz,输入电压为12V,输出电压可调节范围为0.875～1.875 V.当负载在0.2～10 A之间突变时,输出电压的变化为40mV.实验结果证明了设计的正确性.     

直流变换器并联系统动态均流的非线性控制

基于微分几何理论，该文针对并联直流变换器提出了一种新颖的非线性动态均流控制策略。文章首先利用开关脉冲分段函数建立了两相交错并联变换器两输入两输出仿射非线性模型，推导出对应的非线性坐标变换矩阵和非线性状态反馈规律表达式，得到状态反馈精确线性化模型。接着文章利用二次型最优控制对线性化模型进行动态均流控制设计，得到精确线性化的状态反馈规律，建立了一种基于微分几何理论的非线性均流控制策略。研究表明，两相并联直流变换器通过状态反馈精确线性化得到的非线性均流控制策略，比现有PID均流控制有更好的动态均流特性，同时具有较好的动态和稳态品质。