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。     

Boost型DC-DC变换器无源控制研究

首先建立了Boost型DC-DC变换器平均数学模型和EL(Euler-Lagrange,EL)模型,基于变换器的无源性和EL模型,利用阻尼注入方法设计了无源控制器。由于无源控制器对变换器的输出电压控制为间接控制,可产生输出电压稳态误差;对此,提出利用输出电压与期望输出电压差对期望输入电流调整,以抑制输出电压稳态误差。具有期望输入电流调整的无源控制器,可使Boost型DC-DC变换器具有良好的动态与稳态性能。计算机仿真结果表明,本文的Boost型DC-DC变换器无源控制策略是可行的。     

多电平高压级联Boost直流变换器研究

提出一种基于三电平结构的多电平级联Boost直流变换器,采用模块化及相应载波移相调制技术,使该变换器可以灵活用于高频隔离型高压直流变换器前端及高频隔离型高压PFC中间级。基本的三电平模块是由P-cell,N-cell单元构造而成,并且能够提供2个相同输出电压同时获得1倍于开关频率的等效频率。首先详细分析了多电平级联Boost DC-DC变换器在载波移相调制下的电路工作原理及电感电流与电容电压波纹特性,并讨论出不同占空比下的输入输出电压关系以及电感电流的趋势。最后,搭建功率5.3 k W的实验装置来验证多电平级联Boost变换器的工作特性。     

二次型Boost变换器工作模式及输出电压纹波分析

根据二次型Boost变换器输入电感和储能电感的工作模式,划分了二次型Boost变换器的工作模式区域,并分析了不同能量传输模式时输出电压的纹波特性。根据储能电感电流谷值与输出电流的关系,分析了二次型Boost变换器在开关管关断期间的能量传输模式:完全电感供能模式(CISM)和不完全电感供能模式(IISM),得出了CISM与IISM的临界电感值和临界工作条件。当储能电感工作于连续导电模式(CCM)时,二次型Boost变换器既可以工作于CISM,也可以工作于IISM;当储能电感工作于不连续导电模式(DCM)时,二次型Boost变换器只能工作于IISM。对于给定输入电感、负载、电容和开关频率的二次型Boost变换器,当储能电感工作于CCM-CISM模式时,输出电压纹波最小,输出电压纹波仅由开关管导通期间输出电容电压的下降幅度决定,与储能电感无关;而当储能电感工作于DCM-IISM模式时,输出电压纹波最大,输出电压纹波随着储能电感的减小而增大。最后,通过试验装置验证了理论分析的正确性。     

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%。     

双向全桥DC-DC变换器基于电感电流应力的双重移相优化控制

通过分析双向全桥DC-DC变换器采用单移相和双重移相控制的工作原理,推导出了两种控制方式下变换器电感电流应力与传输功率、输入与输出电压调节比及移相角比之间的数学关系。为了有效降低变换器电流应力,针对不同的传输功率及电压调节比,通过寻优求得使电感电流应力达到最小的最优移相角。据此提出一种双向全桥DC-DC变换器双重移相优化控制策略,在实现输出电压闭环控制的同时使变换器电流应力达到最小。采用该优化控制策略,双重移相控制的电流应力始终小于单移相控制,并且当变换器工作在轻载且电压调节比较大时,该优化控制策略的优势更加突出。搭建了实验样机,对理论分析进行了验证,并与传统单移相控制进行了对比。实验结果验证了所提出最优控制策略的有效性与可行性。     

开关电感Boost变换器的失效机理及基于参数扰动的混沌控制方案研究

开关电感Boost变换器是新能源系统中应用较为广泛的一种高增益DC-DC变换器。由于变换器本身的特性,当电路参数的变化超出一定范围时,会发生分岔、混沌等非线性现象,造成变换器失效,此时变换器无法正常稳定运行并且工作性能下降,因此有必要控制变换器从混沌态重回稳定态。基于参数扰动混沌控制法的基本原理,设计了适用于峰值电流控制型开关电感Boost变换器的混沌控制方案。该方案可使工作于混沌状态的变换器能迅速返回周期-1态稳定工作,其输出电压增益得以提高、输出纹波显著降低,并且在输入和负载有较大扰动时变换器系统均能稳定工作。利用非线性理论对变换器失效机理进行分析和混沌控制,对于DC-DC变换器参数设计、稳定性分析和性能提升具有一定的实际应用价值。     

Boost变换器的能量传输模式及输出纹波电压分析

分析了Boost变换器在开关关断期间的能量传输模式，根据流经电感的最小电流与输出电流的比较，将其分为完全电感供能模式（CISM）和不完全电感供能模式（IISM），得出了CISM和IISM的临界电感和临界条件。指出工作在连续导电模式（CCM）的Boost变换器，既可能工作在CISM也可能工作在IISM；而在不连续导电模式（DCM）的Boost变换器，必定工作在IISM。指出对于给定负载、电容和开关频率的Boost DC-DC变换器，CCM-CISM模式的输出纹波电压最小且与电感无关；CCM-IISM模式的输出纹波电压较大且随电感减小而增大；DCM模式的输出纹波电压最大且亦随电感减小而增大；CISM和IISM的临界电感即为使得变换器的输出纹波电压最低的最小电感。文中给出了实例，并用实验结果验证了理论分析的正确性。     

宽增益高效率CLLLC变换器的变频双移相调制策略

在输入电压宽范围变化时,变频调制CLLLC变换器存在开关频率变化范围宽的问题,而移相调制CLLLC变换器难以实现宽范围零电压导通（ZVS）。为了实现宽输入电压CLLLC变换器的高效率,该文提出一种变频双移相调制方法。通过同时调节开关频率、一次侧全桥和二次侧全桥之间的移相角,拓宽CLLLC变换器的增益并提高其效率。采用时域分析法求解变频双移相调制CLLLC变换器的电压增益与谐振电感电流有效值,并分析频率以及移相角对电压增益和谐振电感电流有效值的影响。最后,通过搭建一台100～300 V输入、48 V/400 W输出的实验样机,验证了理论分析的正确性。     

移相+PWM控制双Boost半桥双向DC-DC变换器软开关过程的分析

移相+PWM控制结合了移相控制和PWM控制的优点,可以减小变换器的电流应力和通态损耗,减小环流能量,提高变换器传输功率的能力,扩宽开关管零电压关断(ZVS)的范围。本文以移相+PWM控制双Boost半桥双向DC-DC变换器为研究对象,给出了变换器在各种工作模式下开关过程的等效电路模型,以及漏电感电流和结电容电压的表达式。分析了各开关管ZVS开通的条件,以及影响各开关管实现ZVS的非理想因素。最后给出了在特定功率软开关条件下的参数设计方法,通过仿真和实验证明了理论分析与参数设计方法的正确性。     

一种隔离型双向DC-DC变换器拓扑与工作模式分析

本文提出了一种新型的隔离型双向DC-DC变换器拓扑，具有简单对称的电路形式。高频变压器将变换器输入侧和输出侧之间隔离，变换器的每一侧由一个半桥电路与一个电感构成，它可以看成一个同时具有半桥特点和升压或降压变换器特点的混合电路。该变换器拓扑可有多种运行方式，本文对电路工作原理进行了简要介绍。对PWM控制和移相控制两种工作模式进行了阐述，并对移相控制下的软开关特点进行了分析。研制了实验样机，并进行了实验研究。实验结果证实了理论分析的正确性。     

三相Boost型AC/AC交流变换器的研究与实现

详细分析了三相Boost型AC/AC交流变换器的工作原理及其控制策略。通过比较各相输出电压值的大小,并结合输出电乐误差放大信号与三角载波的比较结果,可确定各开关管的工作状态。在各自1/3基波周期内,三相Boost型AC/AC交流变换器可看成是两个独立的单相Boost型AC/AC交流变换器的组合。本文对三相Boost型AC/AC交流变换器进行了仿真研究,并研制了一台原理样机。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性及控制策略的可行性。     

耦合电感单级升压逆变器

传统的两级式升压变换器通常由Boost变换器作为前级,以提升输入电压至合适的母线电压,防止输入电压较低时无法输出所需的交流电压。当升压比要求很高时,Boost变换器的占空比就会接近极限,过大的占空比会恶化Boost变换器的二极管反向恢复问题,增加开关管的开关损耗,降低效率。提出一种新型单级升压逆变器,在典型三相桥前加入包括耦合电感在内的无源网络,通过对耦合电感的设计和逆变桥直通时间的控制,可以使逆变器在直流输入电压较低时仍实现中间母线电压幅值的较大提升,输出稳定的交流电压。理论分析和实验结果表明该单级升压逆变器具有良好的性能。     

一种新颖的双频Boost变换器

提出了一种新颖的双频Boost变换器拓扑结构。该拓扑结构高频为三电平Boost单元,低频为两电平Boost单元。与传统的双频Boost变换器相比,该变换器具有高频开关电压应力低、滤波电感小等特点。与三电平Boost变换器相比,该变换器可以降低开关损耗,提高效率。本文对该变换器的工作原理和性能进行了详细分析,对主要参数进行计算,并给出了控制策略和仿真结果。仿真结果证明了理论分析的正确性和有效性。     

半主动混合储能双向直流变换器的精确建模

为了优化设计双向直流变换器（BDC）的控制系统,对双向直流变换器进行了精确建模。选用带有输入和输出滤波电路的半桥式Buck/Boost变换器作为建模对象,分析了变换器的工作原理,采用状态空间平均法分别建立了大信号模型和小信号模型,并理论推导了各个扰动电量到输出电压扰动的传递函数。最后在Simulink下建立了半主动混合储能系统,验证了建模的正确性。     

双Buck/Boost集成双有源桥三端口DC-DC变换器

在传统的双有源桥变换器的基础上集成两个双向Buck/Boost电路,提出了一种双Buck/Boost集成双有源桥三端口DC-DC变换器,该变换器实现了桥臂开关管的复用,提高了功率密度。以光伏-蓄电池混合发电系统为例对该变换器拓扑进行分析,采用移相+PWM进行控制,通过控制移相角实现输入与输出端口间功率传输,通过调节占空比来匹配输入端口电压等级,以实现光伏端口的最大功率点跟踪和平衡蓄电池端口的能量传递。分析了该变换器的工作原理、稳态与软开关特性,该变换器较大程度地改善了传统移相控制下DAB在移相角较小时的软开关条件,使得在宽工作范围内能够实现所有功率开关管的软开关。最后建立300W实验样机进行方案验证。     

基于OCC的单相三电平Boost型PFC

本文提出一种基于单周控制OCC(One-Cycle-Control)的单相三电平Boost型PFC，具有以下特点：恒频控制，控制简单、可靠，控制效果好；与两电平变换器相比，可以减小Boost电感，有利于变换器动态性能和效率的提高；开关器件应力降为输出电压的一半。结果验证了相关理论分析的正确性。     

对称控制全桥谐振PWM软开关变换器

针对传统对称控制全桥变换器不能实现软开关而导致变换器效率较低的现状,提出了对称控制全桥谐振PWM(FB-RPWM)变换器,详细分析了FB-RPWM变换器的工作模式及其稳态特性。分析结果表明:FB-RPWM变换器虽然采用对称控制,却仍在全负载范围内实现了所有桥臂开关管的零电压开通(ZVS)和输出二极管的零电流关断(ZCS),且其输入输出电压传输比与负载、开关频率和占空比无关,呈现出直-直变压器(DCX)的工作特性。与移相全桥(PSFB)变换器相比,FB-RPWM变换器减小了两个开关管的关断电流,且变压器一次侧采用隔直电容,实现了励磁电感电流的零直流偏量,降低了变压器损耗,进一步提高了变换器的效率。最后,搭建了一台400V输入、50V/10A输出的实验装置,验证了理论分析的正确性。     

多绕组同时供电直流变换器型多输入逆变器

提出多绕组同时供电直流变换器型多输入逆变器电路结构与拓扑族及其主从功率能量管理移相控制策略,对其控制策略、稳态原理特性和主要电路参数设计准则等关键技术进行深入分析研究,获得重要结论。该电路结构是由Boost型多绕组直流变换器和Buck型逆变器两级级联而成,主从功率能量管理是指第1,2,…,n-1路输入源输出最大功率,第n路输入源补足负载所需的功率。1 000V·A DC-AC全桥式多输入逆变器的仿真和实验结果表明,该变换器具有高频电气隔离、电压匹配能力强、功率密度高、多路输入源可同时向负载供电、占空比调节范围宽、多模态平滑切换等优点。     

一种新型电流型移相全桥软开关变换器

提出一种适用于多路输出应用场合的新型电流型移相控制全桥PWMDC—DC变换器,它能够利用辅助电路和寄生参数分别实现上下四个主开关管的零电压和零电流工作。且辅助开关管也可以零开关工作。本文分析了它的工作原理以及实现软开关的条件,最后在Pspice中验证理论的正确性和可行性。