系统辨识新方法及在开关变换器建模中的应用

提出了一种由阶跃响应曲线辨识系统传递函数的新方法—— 差分方程参数拟合法。方法由线性定常系统的辨识研究而提出,而后应用于开关变换器的小信号动态建模。文中用此方法对BOOST变换器进行建模,并将所建模型与采用状态空间平均法建模进行对比,验证了此方法所建模型的精确性     

降压型变换器动态响应特性分析

根据降压型开关变换器的工作原理,利用状态空间平均法以及欧拉公式建立了降压变换器的动态响应小信号数学模型,根据模型分析了降压型开关变换器的动态响应特性,探讨了动态响应的时间与器件之间的关系,依据小信号数学模型设计了补偿校正网络对动态响应进行改善,补偿后系统良好的动、静态性能验证了数学模型的准确性.     

多电平Buck变换器的解耦控制与闭环设计

多电平直流变换器利用飞跨电容使得输入电压在串连的各开关管之间均分，以降低开关管的电压应力。但该变换器是一个多输入多输出，强耦合的非线性系统。该文建立了多电平Buck变换器的小信号模型，并采用一种新提出的控制方法将该变换器解耦成多个单输入单输出系统，然后进行控制闭环的设计。论文采用三电平Buck变换器进行了实验验证。实验结果表明，所建立的小信号模型是正确的，基于该模型设计的补偿网络可以使变换器具有较快的动态响应。实验结果也表明输出电压闭环和飞跨电容电压闭环是相互解耦的。     

基于交错并联软开关双向变换器的研究与分析

基于有源钳位软开关的双向变换器在直流微电网、电动汽车等场合中被广泛应用,为了研究交错并联软开关双向直流变换器的工作效率以及动态响应性能,本文采用基于有源钳位两相交错并联双向Buck/Boost变换器电路拓扑,通过对该变换器不同模式下的工作模态进行分析,并采用状态平均法详细推导了交错并联软开关双向变换器的稳态模型和交流小信号等效模型,最终进行实验验证,结果表明：该电路拓扑中的所有开关管都能在零电压条件下开通,并且交错并联型拓扑结构可以有效地降低输出电感的电流纹波,使得系统的工作效率相比于常规双向变换器拓扑有所提高,最终通过仿真模型验证了本文所建立的小信号模型的正确性,结合负载动态实验得到该系统补偿后的动态响应性能较好。     

开关变换器及其控制环路的建模综述

对开关变换器及其控制环路的建模方法进行归纳与总结。将开关变换器的建模方法分为连续建模和离散建模,或基于电路分析的建模和基于数学推导的建模。在此基础上,结合控制环路的建模,将开关变换器及其控制环路的建模方法分为平均建模、离散建模和考虑边频的建模3大类。根据此分类,系统分析平均法、离散时间法、采样数据法、描述函数法、多谐波小信号法以及谐波状态空间法的原理和特点,揭示各种建模方法的区别与联系,以及优缺点和适用性。以应用最为广泛的平均法为例,首先采用时间平均等效电路建模方法,得到基本开关变换器的等效电路模型,推导用于频域特性分析的8个完整的功率级传递函数。其次,针对电流型控制的平均小信号模型无法揭示次谐波振荡,以及传统采样保持系数无法适用于不同平均小信号模型的问题,提出通用的采样保持系数。最后,给出综述结论并进行研究展望。     

不连续导电模式V2C控制Boost变换器分析

采用平均开关模型方法建立了不连续导电模式(DCM)V2C控制Boost变换器的小信号模型,得到了相应的交流小信号传递函数,并对DCM模式V2C控制、电流型控制和电压型控制Boost变换器进行了仿真研究.分析和仿真表明在DCM模式下V2C控制方法比电流型控制方法具有更好的动态响应特性.     

多电平直流变换器的解耦控制与闭环设计

多电平直流变换器利用飞跨电容使得输入电压在串连的各开关管之间均分,以降低开关管的电压应力。但该变换器是一个多输入多输出,强耦合的非线性系统。本文建立了多电平Buck变换器的小信号模型,并利用文献[7]提出的控制方法将该变换器解耦成多个单输入单输出系统,然后进行控制闭环的设计。论文采用三电平Buck变换器进行了实验验证。实验结果表明,本文所建立的小信号模型是正确的,基于该模型设计的补偿网络可以使变换器具有较快的动态响应。实验结果也表明输出电压闭环和飞跨电容电压闭环是相互解耦的。     

多电平直流变换器建模与闭环设计

多电平直流变换器利用飞跨电容使得输入电压在串连的各开关管之间均分，以降低开关管的电压应力。但该变换器是一个多输入多输出，强耦合的非线性系统。本文建立了多电平直流变换器的小信号模型，并利用文献[7]提出的控制方法将该变换器解耦成多个单输入单输出系统，然后进行控制闭环的设计。论文采用三电平直流变换器进行了实验验证。实验结果表明，本文所建立的小信号模型是正确的，基于该模型设计的补偿网络可以使变换器具有较快的动态响应。实验结果也表明输出电压闭环和飞跨电容电压闭环是相互解耦的。     

V2控制Buck变换器分析

该文在简要介绍开关变换器的V^2控制方法的基础上，建立了V^2控制Buck变换器的小信号模型，得到了对应的y参数模型，在此基础上对该y参数模型进行了改进，利用改进的y参数模型对V^2控制Buck变换器和电流型控制Buck变换器进行了分析、比较，分别对V^2控制和电流型控制Buck变换器进行了频域和时域仿真，仿真结果验证了V^2控制方法比电流型控制方法具有更好的动态响应的研究结果。     

基于双向全桥DC-DC变换器增广状态控制系统研究

双向全桥DC-DC变换器广泛应用于电动汽车、新能源发电等具有能量双向流动的储能系统中。首先,在双向全桥变换器单移相控制模式基础上,应用离散采样建模方法建立了双向全桥变换器的离散小信号模型;然后,根据变换器的离散小信号模型,设计了具有无静差的增广状态反馈控制系统,通过配置系统的闭环期望极点位置使系统的阶跃响应无超调,通过仿真,验证数字闭环控制器的有效性;最后,分析了状态反馈系数矩阵对变换器系统中主要参数的敏感程度,仿真结果表明相同反馈系数下,不同系统参数对系统输出瞬态响应的影响。     

开关变换器两端口网络建模、分析及设计

本文基于状态空间平均法,系统地给出开关变换器低频小信号传递函数推导算法。同时借助PWM开关模型,建立开关变换器平均模型。并根据小信号频域特性测试原理,给出一种借助电路仿真软件时域数值仿真数据作傅里叶分析,进而获得到低频小信号传递函数幅频相频曲线的建模方法。最后应用Agilent网络分析仪4395A在一台电压控制型Buck变换器原理样机上完成频域环路增益传函测试,验证了以上三种方法的正确性与一致性,并指出该方法可以推广至实际频域小信号传函测试较困难的场合,甚至是尚无精确模型的电路拓扑场合,供评估系统稳定性及动态性能使用。     

基于切换系统理论的三相变流器建模及其稳定性分析

功率开关的动作使得三相变流器成为一典型的切换系统,它同时包含连续和离散两种动态,常规的建模方法都是从线性系统理论出发,通过平均化、坐标变换或小信号线性化等方法得到系统的近似线性化模型.本文在考虑变流器的混杂系统特征基础上,直接从切换系统理论出发,建立了三相变流器的切换系统模型,并针对整流器和逆变器分别给出了相应的切换系列.该模型完全精确,不存在任何近似,更能真实反映变流器的实际物理工作过程.通过引入线性切换系统的稳定性判定法则,对三相变流器的切换过程的稳定性进行了分析.仿真和实验结果与理论分析具有很好的一致性,验证了本文所提方法的有效性.     

矩阵变换器直接开关函数调制策略的研究

对矩阵变换器开关器件调制策略的研究，提出了基于直接开关函数调制策略实现矩阵变换器功率器件控制信号的原理；建立了输入侧滤波器的仿真模块，以改善矩阵变换器输入侧的电流波形；建立了离散化的开关函数仿真模块，以适用于数字仿真和工程试验；建立了开关信号发生仿真模块，以实现功率器件控制信号的输出；将各个仿真模块进行组合得到矩阵变换器的整个仿真模型。然后通过Matlab／Simulink软件仿真，给出了主要的仿真波形。仿真的结果表明该矩阵变换器采用直接开关函数的调制策略是切实可行的，该调制策略不仅使功率器件控制信号的方法具有清晰易懂、简单有效的优点，而且实现了矩阵变换器良好的输入输出电气特性。     

电流型全桥软开关变换器的离散映射建模与仿真

介绍了高频电流型全桥软开关功率变换电路,该电路是一个高阶、多模态的非线性动态开关系统,传统的平均化建模方法以及定周期离散映射方法已不适用这类开关电路的精确动力学行为分析.本文提出了一种适合于软开关电力电子电路的基于离散映射模型的建模方法,并根据电路的拓扑建立了其离散映射模型,在此基础进行了仿真分析,其结果已被成功应用于非接触电能传输系统中,并达到了令人满意的实际效果.为一般的软开关电路建模与非线性分析提供了建模方法.     

四象限变流器的一种统一性建模及分析方法研究

四象限变流器(4QC)在电力有源无功与谐波补偿、FACTS和电气传动等系统都获得了广泛的应用。鉴于状态空间平均建模方法通常对于类似于4QC半桥单元这种仅具有两种电路开关状态的变流器拓扑的建模研究比较简便，而对于开关状态比较多的情况，直接应用该方法将变得十分复杂，该文根据任意多相PWM型4QC乃至各类变流器拓扑大都具有多单元对称组合的结构特点，通过研究多相拓扑与半桥单元之间的内在联系以及相间对称结构与控制关系，建立一种适用于多相4QC的具有一般性的统一数学模型，并在此基础上通过大量的理论推导分析，得出一组适合多相4QC的单元组合统一性分析结果。通过单相和三相4QC特例及仿真结果，进一步表明了这种单元组合统一性建模和分析方法的正确性与可行性。该方法也可以拓展到其它各类变流器拓扑的建模和分析研究。     

带补偿网络的Buck变换器小信号模型

针对典型的Buck变换器,采用状态空间平均法建立了主电路的小信号模型,计算出降压开关电源功率级的主要传递函数,建立起适用于该系统的完整的框图.在此基础上,针对线性反馈控制的Buck变换器,讨论了传统线性反馈控制对开关电源性能的影响.最后,通过OrCAD的建模,分析并完成系统设计.     

模块化多电平变换器模拟仿真技术

为降低实时仿真器的成本,提高仿真性能,提出了一种针对功率变换器的实时模拟仿真方法,该方法具有天然的实时处理开关信号及模拟信号的能力,且其仿真速度与系统规模及复杂性无关。以电子模拟开关和运算放大器为核心,分别模拟实现了功率变换器数学模型中的开关函数和数学运算,并针对模块化多电平变换器(MMC)设计了MMC模拟仿真方法及电路,同时研发了MMC模拟仿真平台。通过仿真和实验验证表明了所提方法的可行性和有效性。     

VSI-PWM rectifier/inverter system with a reduced switch count

A current-controlled VSI-PWM rectifier and inverter with capacitor DC link is regarded as one of the most important structures for three-phase to three-phase power conversion. This type of power converter normally requires twelve switches for the rectifier and an inverter composed of self turnoff switch such as a bipolar transistor or an IGBT with an anti-parallel diode. In this paper, a new three-phase to three-phase AC/AC power converter for AC motor drives is proposed. The proposed power converter employs only eight switches and has the capability of delivering sinusoidal input currents with unity power factor and bidirectional power flow. This paper describes the feasibility and the operational limitations of the proposed structure. A mathematical model of the system is derived using the generalized modulation theory and experimental results for steady-state and dynamic behavior are presented to verify the developed model     

A fully soft switched high step-up SEPIC-boost DC-DC converter with one auxiliary switch

This paper proposed a new single-ended primary inductor converter (SEPIC)-boost DC-DC converter that uses only one auxiliary switch to create soft switching condition for all semiconductor devices. The auxiliary circuit comprises one power switch (S_a), one resonant inductor (L_r), one resonant capacitor (C_r), and one diode (D_o2). The auxiliary switch (S_a) controls the resonance during switching instants. The converter has simple structure and its control circuit remains pulse width modulation (PWM). Besides, the proposed converter has high voltage gain without using any transformer or coupled inductors. In addition, the auxiliary switch is not located in the main power path. Moreover, using soft switching techniques is the best way for reducing the size, weight, and volume of the converter. Furthermore, reduction of input inrush current and voltage stress for the main switch is obtained by using SEPIC-boost structure. A laboratory prototype converter is designed and implemented. The experimental results presented confirm the theoretical and features of the proposed converter.