磁集成式双向DC/DC变换器的DCM模式分析

现有的关于双向DC/DC变换器的研究大多是分析在continuous current mode(CCM)的工作模式,而双向DC/DC变换器的discontinuous current mode(DCM)的工作模式少有人研究。然而,DCM模式被广泛应用在双向DC/DC变换器中,而且轻载时变换器的效率对延长装置的使用寿命至关重要。详细分析了双向DC/DC变换器Buck工作模态的DCM工作模式,此分析方法也可以扩展到N相双向DC/DC变换器。控制脉冲由TMS320F2812产生,闭环控制采用误差动作影响小、增量式与最近采样值无关和进行切换时,冲击较小的增量式PI算法,这样可以使输出电压和电流更加稳定。通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。     

双向DC/DC变换器轻载损耗和效率最优化分析

双向DC/DC变换器的轻载效率问题一直是困扰设计者的一大难题。为在轻载情况下减小损耗,提高效率,对以交错并联为拓扑结构的双向DC/DC变换器工作中的功率损耗进行了综合性地分析和研究。以两相Buck+Boost交错并联双向DC/DC变换器运行在Buck模式下作为模型,分析和推导了电感电流断续模式(DCM)和电感电流连续模式(CCM)下的功率损耗公式,对其在轻载情况下的工作频率进行最优化调整,从而给出了使损耗达到最小化的设计准则。通过实验验证了理论分析的正确性,为多相交错并联双向DC/DC变换器提高轻载效率的设计提供了理论基础。     

DCM模式下交错并联磁集成双向DC/DC变换器的稳态性能分析

针对目前交错并联磁集成双向DC/DC变换器工作在DCM模态下的分析不全面这一研究现状,以两相电感进行耦合的两相交错并联磁集成Buck/Boost双向DC/DC变换器为例,在轻载时关断MOS管,利用MOS管的体二极管具有单向导电的特性,避免电感电流出现负值,从而降低变换器的能量损耗,提高变换器的效率。首先深入分析了运行在Buck状态下的双向DC/DC变换器的DCM模态的稳态性能。其次,分析了变换器的工作状况转换条件,求出各模态转换的临界负载电流。并通过引入的变比与其他参数之间的关系具体分析变换器在各种工作情况(CCM/DCM)下每相相电流的变化规律,同时找出变换器的总输出电流的变化规律。最后,通过仿真和实验的具体数据验证理论分析的可靠性。     

交错并联磁集成双向DC/DC变换器的设计准则

双向DC/DC变换器中大功率储能电感的设计是一件困难而具有挑战性的工作,提出研究双向DC/DC变换器的交错并联磁集成理论以克服这一困难。将三相Buck+Boost双向DC/DC变换器的所有相电感集成为一个耦合电感,对磁集成后变换器运行在Buck模式下的稳态电流纹波和暂态响应速度进行深入研究,给出三相Buck+Boost交错并联磁集成双向DC/DC变换器运行在Buck模式下的设计准则,即在设计这种变换器时,应根据占空比的大小及稳态相电流纹波和暂态总输出电流响应速度的技术要求,利用该文所给出的设计公式和设计区域选择磁集成耦合电感的反向耦合系数。仿真和实验验证了理论分析的正确性。     

三电平DC／DC变换器的拓扑结构及其滑模控制方法

首先阐述了三电平DC／DC变换器拓扑的推导过程，给出了6种非隔离三电平DC／DC变换器和5种隔离三电平DC／DC变换器拓扑结构；分析了三电平DC／DC变换器中，如何设计滤波电路的参数以提高其动态品质；最后以Buck三电平变换器和Buck—Boost三电平变换器为例，分析了滑模控制在三电平DC／DC变换器中的应用前景。     

Buck DC/DC变换器的输出纹波电压分析及其应用

为使Buck变换器以较小的电感达到期望的输出纹波电压指标并满足本质安全要求,在输入电压?负载构成的平面上,按电感的取值将Buck变换器划分成四个工作区域,求出其在各个区域的输出纹波电压极大值;指出在变换器输出电流最大的情况下,如果电感的取值使得变换器在输入电压最低时处于连续导电模式(CCM),而在输入电压最高时处于不连续导电模式(DCM),则输出纹波电压极大值最高;最小负载电阻和最高输入电压所对应的CCM和DCM的临界电感,即为整个工作范围内使输出纹波电压极大值最低的最小电感.实验结果验证了理论分析的正确性.     

基于FPGA的比例积分滑模控制DC/DC变换器研究

针对DC/DC Buck变换器的动、静态性能要求,从Buck变换器状态方程出发,设计电感电流、输出电压及其积分的线性组合滑模面,并利用该滑模面证明比例积分滑模控制的存在条件及稳定性条件,构建基于FPGA控制的Buck变换器实验平台并加以验证。据此,实现所提出的算法对Buck变换器的控制。理论分析和实验结果表明,所提出的比例积分滑模变结构控制比传统的双闭环PI控制在系统参数变化、供电电压变化以及外部干扰情况下,都具有更好的鲁棒性,具有控制精度高和动态响应速度快的特点。     

基于离散演化映射的DC/DC变换器混合逻辑动态建模

针对传统DC/DC变换器模型存在计算量大、进行了大量近似、不能反映电流纹波特性等不足,有机结合哈密顿原理和混杂系统理论,提出基于离散演化映射的DC/DC变换器混合逻辑动态建模方法。以Buck变换器为例,首先采用变分积分器对其进行离散化得到离散演化映射模型,然后基于混杂系统理论将CCM和DCM模式进行统一,进而得到混合逻辑动态模型。结果表明,所建立模型计算量小、精确度高,能完整描述系统的各个工作状态且能反映电感电流纹波等动态特性,为DC/DC变换器建模方法提供了新的思路。     

基于断续导通模式下的PCS中双向DC/DC变换器的研究

为获得较高的功率密度和减小开关损耗,将PCS中双向DC/DC变换器设计在断续导通模式(DCM)下,并采用交错并联结构弥补DCM下电压电流纹波较大的缺陷。分析研究变换器采用不添加额外半导体器件的控制型软开关技术,实现开关软通断,减小开关损耗。最后推导了实现软开关的死区时间、电容、电感等设计公式。通过实验,验证了理论分析的正确性。     

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。     

大负载和变电压输入下大功率DC-DC变换器的一种新型控制策略

由于DC/DC开关变换器具有许多优良的特性,近年来得到了许多应用。基于变结构控制的滑模控制方式可被应用于各种开关变换器的控制,电流模式控制方式只是特定地应用于DC/DC变换器的控制。然而,在大负载电流和输入电压波动的情况下,这些控制方式的补偿能力明显不足。文章综合这两种控制策略提出了一种新的控制策略和获得动态参考电流的方法,并进行了仿真分析。结果证明,这种动态参考电流的获得方法能够减轻大负载电流和输入电压波动的影响。     

A practical design sliding mode controller for DC–DC converter based on control parameters optimization using assigned poles associate to genetic algorithm

This paper presents a simple and systematic approach to design sliding mode controller for buck converters. DC/DC switching converters have been used in many applications in recent years. The Sliding Mode Control (SMC) based on Variable Structure System (VSS) theory has been examined for buck switch mode converter type. To obtain a sliding regime, the appropriate sliding surface is selected by assigning poles combined with genetic algorithm. The associated practical problems and the proposed solutions are detailed; like fixed frequency by using pulse width modulation (PWM) as solution and overshoot limitation of the inductor current by using current limiter. A simple and easy to follow design procedure is also described. Simulation results are presented to illustrate the design procedure. The simulation results of the proposed SMC strategy are compared with the adaptive terminal sliding mode control (ATSMC) and PID-SMVC strategies. It is shown that the proposed SMC exhibits a considerable improvement in terms of a faster output voltage response during load changes.     

DC/DC变换器的滑模变结构控制

给出了ＤＣ／ＤＣ变换器滑模控制基本原理,并以Buck型ＤＣ／ＤＣ变换器为例,给出了滑模控制器的设计过程,通过仿真证实了滑模控制的优点。     

基于精确反馈线性化的直流微电网双向直流变换器反步滑模控制

直流微网中母线电压的变化对负载有很大的影响。储能系统通过双向直流变换器调节直流母线电压的过程中,占空比会大幅度变化,使变换器呈现严重的非线性,导致母线电压不稳定。针对这一问题,将精确反馈线性化与反步滑模控制相结合应用于双向直流变换器中,解决了变换器的非最小相位特性和变结构特性,保证了系统在不确定性和非线性条件下、外界干扰情况下的鲁棒性和稳定性。首先分析了变换器的状态方程,通过坐标变换推导出精确反馈线性化模型,并在此模型上设计了反步滑模控制器。最后利用PSCAD软件进行仿真,验证了所提控制方法的有效性及优越性。     

一种新颖的软开关双向DC/DC变换器

提出了一种新颖的双向DC/DC变换器,降压时采用移相控制ZVZCS-PWM全桥功率变换,控制简单,效率较高,升压时采用带变压器隔离的Boost变换器,利用Boost变换器与推挽变换器的级联,通过一种控制策略,去掉冗余元件,得到一种新颖的升压电路拓扑.这种升压变换器通过Boost和隔离变压器的两级升压,适合应用在初、次级电压等级相差较大的场合.升压时,通过引入耦合电感能量反馈辅助电路,实现所有开关管的软开关.重点分析了双向DC/DC变换器升压时的工作过程,并研制出一台实验样机,实验结果与理论分析一致.     

谐振双向DC/DC变换器频率跟踪控制

谐振双向DC/DC变换器具有开关损耗低、适合高频化等特点。探讨了谐振双向DC/DC变换器频率跟踪控制方案,以实现串联谐振变换器谐振回路的低环流和开关的零电压开通和低电流关断。分析了频率跟踪控制方法的原理,设计了带频率跟踪控制的谐振双向DC/DC变换器的控制框图,并从提高变换器效率的角度给出了频率跟踪控制角的优化设计思路以及控制角的过零检测实现方法。最后搭建了一台5kW的实验样机,对理论分析和设计进行了初步的实验验证。     

基于R-S-T控制的复合电源双向DC/DC变换器设计

为了提高复合电源双向DC/DC变换器工作过程中的动态特性,提出一种用于三通道交错并联双向Buck/Boost变换器的R-S-T控制策略。分析该变换器在Buck/Boost模态下工作过程,建立了交流小信号模型并得出控制变量到状态变量的传递函数,在此基础上设计了双向DC/DC变换器的R-S-T控制系统。相较于传统的PI控制,R-S-T控制策略具有更好的动态和稳态响应特性,最后运用Matlab/Simulink软件对该变换器系统进行仿真。结果表明,基于R-S-T控制的复合电源双向DC/DC变换器具有响应速度更快,超调量更小,鲁棒性更强的特点。     

用于太阳能LED路灯系统的新型双向变换器

在已有的太阳能路灯系统中,通常没有考虑发光二极管(Light Emitting Diode,简称LED)工作时蓄电池的工作状态,从而导致LED器件的使用寿命缩短,影响了整个系统的正常工作.现提出一种新型DC/DC电路,用于控制蓄电池的充放电,从而实现LED的恒流工作,保证了太阳能LED路灯系统的可靠工作.此外,它能用于光伏电池的最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracker,简称MPPT)控制,从而充分发挥光伏器件的效能.实验结果验证了所提方法的有效性.     

基于DSP控制的双向DC/DC变换器研究

分析了由Buck/Boost双向变换器与双向半桥直流变换器构成的级联式双向DC/DC变换器原理;研究了适用于Boost变换器的无源软开关电路.在数字控制的硬件平台基础上,提出了一种一端稳压、一端稳流的控制策略,实现了能量双向流动的自由转换.最后给出了实验波形;验证了理论分析.     

直流微网中双向直流变换器的控制

将自适应控制与基于精确反馈线性化的滑模控制相结合应用于双向DC/DC变换器中,随着超级电容电压变化和负载的改变实时校正控制器参数。既解决了变换器的非最小相位特性和变结构特性,又能够减小系统的误差和提高系统的响应速度,更好地发挥超级电容稳定直流微网母线电压的作用。论文首先给出了变换器的状态方程,然后通过坐标变换推导出精确反馈线性化模型,并在此模型的基础上设计了自适应滑模控制器。最后利用Matlab/simulink软件进行仿真验证,并与未引入自适应的控制效果进行比较,结果表明引入自适应后的控制效果较好。