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。     

三重移相控制下DAB变换器全局优化控制策略及分析

该文通过分析三重移相(triple phase shift,TPS)控制下双主动全桥(dual active bridge,DAB)变换器的等效电路,推导出传输功率以及电感电流有效值与控制量输入之间的统一模型,并根据控制量之间的关系,划分DAB变换器的6种工作模式。然后,通过揭示控制量的扰动对于传输功率及电感电流有效值的影响,提出针对电流有效值的全局最优化条件,统一不同功率段和不同工作模式的优化问题。全局最优化条件的解即为电感电流有效值最小的控制策略。最后搭建实验平台进行验证,实验结果证明了文中理论分析的正确性和控制策略的有效性。     

基于相位延迟的三电平Boost变换器中点电位平衡控制策略

针对三电平Boost变换器存在的中点电位偏移问题,提出一种基于电感电流纹波的小信号建模方法,完成了三电平Boost变换器关于输出电压和偏差电压的精确建模。根据不同占空比区间内相位延迟的边界条件,推导出偏差电压增益特征系数的不同解析表达式。对不同带宽的双环控制方案进行了优化设计,并分别采用PID和PI控制器对双控制环进行串联补偿,改善了输出电压环的动态性能,消除了偏差电压环的控制误差。最后,借助仿真和实验对理论分析的正确性和中点电位平衡控制策略的有效性进行了验证。     

一种新颖控制模式的双向DC/DC变换器研究及设计

对于非并网风电分布式发电系统,双向DC/DC变换器需要跟踪风电发电系统能量流动方向,从而实现对蓄电池充放电控制。从输入阻抗的角度,提出一种能量流向判断模型,并给出判断准则。模型采用变换器输入电压外环和电感电流内环双环控制策略,能够自动检测能量流动方向。此外,对电感电流限制值与输入电压大小关系进行研究,推导出电感电流限制条件,当不满足该条件时输入电压均不能稳定在给定值。最后,对上述提出的模型和控制方法进行仿真,结果验证了理论推导的正确性和模型的可行性。     

微电网磁耦合双向直流变换器控制策略

首先对多相交错并联磁耦合双向Boost-Buck变换器进行耦合电感的优化设计研究,推导出耦合电感通用设计准则,然后以两相Boost-Buck变换器Boost工作模态为例,采用小信号建模方式推演出状态变量到控制变量的传递函数,根据两相交错并联磁耦合Boost变换器的开环特性,设计出相应的补偿网络,提出基于改进电流内环控制策略的优化多项式控制理论,并设计出优化多项式控制器对系统参数加以优化整定,最后通过仿真和实验,证明所提控制策略较之传统控制方式提高了系统的稳态性能和动态特性,同时采用磁耦合电感设计有效改善输出相电流纹波峰值,提高了变换器转换效率。     

抛物线法PWM电流控制新技术

给出一种用于电压型PWM变换器的非线性电流跟踪控制方法——“抛物线”法,该方法采用一种带复位的抛物线波形与电流跟踪误差直接比较,产生开关频率基本恒定的PWM信号,能在一个开关周期内使变换器电流精确跟踪电流指令值。该抛物线波形的形状由时间与开关周期之比减去该比值的平方决定,其幅值与开关周期及主电路直流侧电压成正比,与串联电感成反比。详细分析了该方法的动静态稳定性,结果表明采用固定开关频率的方法容易产生次谐波振荡,而采用双向抛物线函数的改进方法具有较好的收敛性。给出了该方法的多种电路实现方案。仿真和实验验证了该方法的有效性。     

三相双有源桥DC/DC变换器辅助电感参数设计

三相双有源桥(DAB)DC/DC变换器因为其单机功率大,功率密度高,滤波电容小等优点而成为研究的热点。其中,变换器中辅助电感的参数选取对于变换器的安全可靠运行极为关键。针对这个问题,从回流功率、电流应力、电流有效值这些影响因素出发,得出等效串联电感(包括变压器漏感和辅助电感)与三者之间的影响及制约规律,并从中推导出三相DAB DC/DC变换器辅助电感的设计依据和设计方法。最后,搭建了一款15 kW的工程样机进行实验验证,实验结果验证了所提辅助电感参数设计方法的有效性。     

不同耦合系数下的交错并联电流连续模式Boost功率因数校正变换器的传导电磁干扰

分析采用耦合电感的交错并联Boost功率因数校正变换器工作于电感电流连续模式时,耦合系数的变化对传导电磁干扰(EMI)的影响。将变换器中两开关管的漏源极电压作为传导干扰噪声源,分析变换器的共模噪声和差模噪声的传输路径,并且推导出噪声传输路径的等效电路。讨论传导噪声源在工频周期里不同谐波频率点的幅值变化,给出噪声源随频率变化的趋势,继而得到变换器在不同耦合系数下共模干扰和差模干扰的频谱图。在确定的耦合电感磁心的情况下,设计滤波器时,为了使功率密度最大化,推导出变换器的临界耦合系数。最后通过实际测试验证了理论分析的正确性。     

永磁同步电机有限控集模型预测电流控制预测误差分析

在采用有限控集模型预测电流控制策略的永磁同步电机驱动系统中,预测模型使用的电机参数尤其是定子电感可能与实际值并不匹配,会造成模型预测控制算法存在预测上的误差,进而影响系统稳态控制性能。针对该问题,首先定义了预测误差作为评价指标,然后推导出电流预测误差的数学模型,理论分析表明预测模型使用的d、q轴电感值正向偏差和负向偏差对于d、q轴电流预测误差会产生不一样的影响,且负向偏差影响更大。实验结果验证了上述关于电流预测误差的理论分析,同时对相应的电流稳态跟踪误差进行了实验分析,显示出预测误差对于稳态跟踪性能的影响。得到的预测误差数学模型和分析结论能够为模型预测算法预测误差的降低和控制性能的提升提供理论指导。     

具有开关电感单元的电感磁集成Buck变换器

为了提高传统Buck变换器的降压能力、降低二极管电压应力及减小变换器损耗,将开关电感应用传统Buck变换器中,提出了一种具有开关电感的电感集成Buck变换器。利用开关电感替代传统Buck变换器中的储能电感,并对开关电感进行了耦合集成。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,研究了电感串联等效电阻对变换器电压增益影响,并分析了二极管电压应力与电感电流纹波的大小。与传统Buck变换器相比,具有开关电感的电感集成Buck变换器的电压增益、二极管电压应力和电感电流纹波都减小到传统的1/(2-D)倍。样机实验结果验证了理论分析的正确性,表明具有开关电感的电感集成Buck变换器具有优良的综合性能。