一种全桥负载串联谐振逆变器谐振频率跟踪和输出功率控制方法

针对全桥负载串联谐振逆变器的谐振频率跟踪和输出功率调节问题,分析了全桥负载串联谐振逆变器6种工作状态下负载阻抗角、移相角和直流母线电流的关系,给出了直流母线电流极性平均值与逆变器工作频率、移相角、电路参数的关系式和逆变器输出功率表达式,提出了基于直流母线电流极性平均值u的频率跟踪及功率控制方法。由于移相角等于零时u最大值U对应于谐振频率,用U作为参考信号,u作为反馈信号,得到逆变器谐振工作频率,周期性使移相角为零,实现了谐振频率跟踪;由于逆变器工作于谐振频率时,输出功率只与移相角有关,所以用给定功率P*作为参考信号,输出平均功率P作为反馈信号,得到逆变器的移相角,实现逆变器的输出功率控制。仿真和实验结果表明了该方法的可行性和有效性。     

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。     

感应耦合电能传输系统输出功率调节方法

高效调节输出功率是感应耦合电能传输系统的关键问题之一。文章分析了调幅、调频、移相以及能量注入控制四种基本功率调节方法的工作原理及其特征。根据移相控制改变逆变器移相角调节输出功率的特点,提出了一种新型基于谐波的移相控制功率调节方法,推导了从基波切换为各次谐波的移相角以及各次谐波工作下合理的移相角范围。该方法采用谐波替代基波传递功率,在输出同样功率情况下可降低器件开关频率。本文以3次谐波为例,通过实验验证了新型功率调节方法的有效性。     

一种用于SS谐振无线电能传输系统变频移相控制下实现恒压和ZVS的参数设计方法

无线电能传输是一种方便灵活的电能传输方式。以串联-串联SS(series-series)谐振无线电能传输系统为研究对象,通过变频移相控制实现了后级的恒压输出与前级逆变器的零电压开通。首先基于无线电能传输系统的交流等效电路对系统特性进行分析,提出一种在采用变频移相控制下能够同时实现恒压与零电压开通的频率区间存在性判断方法。基于此判断方法,根据相角裕量与系统安全要求对谐振网络参数进行限定,保证了系统在当前设计参数下能够在相应工作指标下正常运行。最后搭建了一套250 W无线电能传输装置,对系统分析的正确性与参数设计的合理性进行验证。     

非接触供电移相控制系统建模研究

在非接触电能传输(CPT)系统中,基于串联DC/DC环节功率调节的方法,既增加了系统的成本及控制难度,又降低了系统的效率及可靠性.本文提出电流型CPT系统的移相控制策略,通过调整全桥逆变器的桥臂直通时间就可以有效地控制系统的传输功率,克服了串联DC/DC环节带来的不足.通过对系统谐振网络进行阻抗分析以及稳态等效电路分析,推导出了系统关键参数设计的计算公式,以及一次侧谐振电压、导轨电流及耦合功率与移相角的函数关系,为系统设计和分析提供了理论依据.     

3种谐振式无线电能传输系统的电路法模型及其特性

针对无线电能传输(wireless power transfer,WPT)系统处于不同负载、耦合系数和频率的运行状况进行分析,基于T型等效电路和二端口网络,得到了SS、LCL和LCC3种谐振网络的传递函数模型。将3种谐振网络的传输特性进行分析,实验结果表明3种谐振网络均为恒流输出,其中LCC网络具有随负载和耦合系数变化呈单调增的关系,有效地解决SS和LCL网络中存在传输功率过小等问题,并抑制系统处于偏谐振或低耦合状态下出现功率过载的情况。最后搭建了一台基于移相全桥(phase shift full bridge, PSFB)控制的LCC型WPT实验样机,能适应宽负载变化范围,当逆变器处于不同的移相角下均能保持零相角(zero phase angle, ZPA)的条件,使得系统具有较高的传输效率。     

基于多谐波阻抗模型的CLLC谐振变换器轻载多移相控制分析与设计

CLLC谐振变换器具有双向功率传输、自然软开关、宽范围电压输出等优势,但轻载运行时,存在输出电压失调和传输效率降低等问题。文章基于多谐波阻抗模型,对CLLC谐振变换器的多移相控制进行分析,设计适用于轻载运行的双移相控制,有效解决轻载输出电压失调问题,提升轻载功率传输效率。首先,建立CLLC变换器的多谐波阻抗模型,求解多移相控制下的轻载输出电压增益与谐振电流有效值;然后,分析不同移相角对输出电压值和谐振电流值的影响,并据此设计双移相控制,实现可靠的轻载电压增益调节,同时降低轻载运行的损耗;最后,搭建一台21.5V/400V,200W的全桥CLLC谐振变换器实验样机,实验结果证明所提多谐波阻抗模型的正确性和轻载运行下双移相控制的有效性。     

感应电能传输系统基于阶梯波合成技术的谐波消除和脉冲密度功率调节方法

为提高感应电能传输系统输出功率,满足轨道交通大功率供电需求,该文采用一种基于三重级联的多电平逆变器拓扑结构,通过阶梯波合成消除3次、5次谐波的同时提出采用脉冲密度调节输出功率的方法。首先,建立谐波消除方程,分析在只消除3次谐波的条件下,调节脉宽或移相角调节输出功率时存在的输出功率调节范围小或电压谐波失真值较大的问题。为提高系统工作效率,选择同时消除合成输出电压中的3次和5次谐波,并计算出最优脉宽和移相角。为实现在消除3次和5次谐波条件下输出功率的调节,提出一种基于阶梯波合成技术的脉冲密度调制策略。在研制的基于三重隔离变压器级联拓扑结构的感应电能传输样机上验证该方法的可行性和有效性。测试结果表明,提出的方法可降低谐波在IPT系统中产生的额外损耗,特别是降低轻载时功率器件的开关损耗,进一步提高系统的工作效率。     

基于有源阻尼的并网逆变器多谐振PR控制

由于LCL滤波器对电流高频谐波有较好的滤除效果,被越来越多地用于逆变器并网。针对LCL型并网逆变器固有的控制谐振和并网电流低频谐波含量高的问题,提出一种基于有源阻尼的多谐振比例谐振(PR)控制器,在保证稳定性的前提下,实现对输出电流中特定频率谐波的抑制。理论分析、仿真和实验结果证明所提控制算法能在保证并网逆变器稳定运行的同时,明显降低输出电流中的低频谐波含量,达到提高并网逆变器输出电流电能质量的目的。     

基于二极管钳位五电平技术的LCL型感应电能传输系统谐波分析

感应电能传输(IPT)系统通常采用单相全桥逆变器作为交流电源,受功率半导体器件容量和成本限制,输出功率受限。为实现IPT系统的大功率输出,将二极管钳位五电平逆变技术应用到IPT系统中,并详细分析二极管钳位五电平逆变技术在IPT系统中的工作原理。利用逆变器输出电压的傅里叶级数表达式及电路拓扑,建立基于谐波与移相角、脉宽的关系表达式,得到五电平逆变器的最优工作点。与全桥逆变拓扑相比,所提控制策略能消除逆变器输出电压的3次、5次谐波,降低电压谐波总畸变率,同时增加IPT系统的输出功率。最后,构建一个五电平IPT的实验系统,实验结果验证了该方法的正确性与有效性。     

基于谐波移相闭环控制的无线电能传输技术

基于谐波的移相控制利用谐波进行功率传递,是无线电能传输中一种新型功率控制方法,可以克服传统移相控制在轻载工况下效率低的问题。该文建立考虑谐波的感应耦合无线电能传输(ICPT)系统数学模型,分析不同开关频率和移相角下的输出功率变化特性,研究考虑逆变器死区影响下的谐波切换方法,最后提出了一种采用电流平均值进行谐波电流检测的方法,研究并实现了基于谐波移相控制的一次电流闭环控制策略。仿真和实验均验证了基于谐波移相闭环控制的有效性,既能有效提高轻载下无线电能传输的效率,又具有较好的控制特性。     

基于移幅键控的磁耦合谐振式无线电能和信号同步传输方法

在无线电能传输系统中,信号无线传输同样重要。仅用一套线圈就实现电能与信号无线传输(即无线电能与信号同步传输)是无线电能传输技术产业化必须解决的首要问题,也是当前无线电能传输技术研究的热点问题之一。在四线圈结构的磁耦合谐振式无线电能传输系统基础上,结合移幅键控(ASK)调制与解调方式,提出一种新型的无线电能与信号同步传输方法,并设计其调制、解调电路和同步传输线圈。最后搭建相关的实验系统验证了所提同步传输方法的可行性和有效性。     

10kW高频输出逆变器的研制

采用了一种基于移相控制的高频输出全桥逆变器.移相全桥变换器产生高频的准方波,通过串并联谐振滤波器输出THD小的高频交流正弦波.详细分析了开关管实现软开关的条件和串并联谐振式滤波器对输出电压THD,ZVS实现条件和输出电压外特性的影响.研制了一台输出500V/118kHz/10kW的实验样机;给出了实验波形;验证了其工作原理.     

LC移相补偿在无线传能系统性能提升中的应用

为提高无线电能传输系统中电能传递的功率和传递的效率,文中对LC谐振式无线传能电路中采用移相控制技术后的能量传输情况做了研究。简单介绍了LC移相补偿的原理,在Simulink平台下仿真了移相控制下发射端和接收端之间的耦合磁场随移相角的变化情况,并通过实验测量了不同移相角下的电压、电流参数。由仿真和实验结果可知当在区间0-π⁄2时,增加移相角度,接收端功率增加;当移相角度为π⁄2时,接收端功率达到最大,在区间π⁄2-π时,增加移相角度,接收端功率减小;当移相角度为π时,接收端功率降为最低。综上可知移相控制在无线传能系统中可以提升其传输功率。     

基于全桥/半桥切换的IPT系统效率优化研究

此处提出了一种基于全桥/半桥切换的串串(SS)补偿感应式无线供电(IPT)系统,在保障负载功率需求的同时,通过切换逆变器的工作模式,即可改变接收线圈中的电流大小,从而减少轻载条件下系统变流器开关损耗及线圈损耗,提升系统能量传输效率。针对两种逆变器工作模式下的IPT系统进行数学建模与分析,通过控制接收端有源整流器的移相角及交流电压电流相角差,在维持系统输出电压稳定的同时实现系统变流器零电压开关(ZVS)操作。     

谐振耦合式电能无线传输系统效率研究进展

谐振耦合式电能无线传输技术是有别于感应耦合式电能无线传输技术的一种新型技术,能实现供电设备和用电设备之间的中等距离电能传输。介绍了谐振耦合式电能无线传输技术的工作原理,对影响谐振耦合式电能无线传输系统传输效率的因素进行了分类研究,并给出了提高系统传输效率的方法。指出在实际应用中,要实现系统的最大效率传输,就要确定合适的电路工作方式、谐振频率和线圈参数。     

一种混合调制型三路输出DC-DC变换器

提出一种基于LLC谐振电路和移相全桥电路的混合调制型三路输出DC-DC变换器,根据LLC谐振电路与移相全桥电路不同的调制原理,采用脉冲频率与移相混合的调制方式实现三路输出的调节。该文提出的变换器可以等效成一个输入并联-输出串联结构的LLC谐振电路和两个移相全桥电路,由于LLC谐振腔的存在,开关管可以在全负载范围内实现零电压软开通;移相全桥电路的辅助电感无需特别设计,可以减小由辅助电感引起的占空比丢失的问题。本文对提出的变换器的工作原理与工作特性进行了详细的分析,并通过一台输出功率1.4kW的原理样机,验证了所提出变换器的有效性。     

基于复合式增益配置的双频无线电能传输系统

在无线电能传输的实际应用中,有不少设备需要使用双输出通道结构分别为其高压功率电路和低压控制电路进行供电,比如无人潜航器.传统双逆变器双通道无线供电系统硬件成本相对较高,在紧耦合条件下单逆变器对称移相的双通道无线供电系统部分输出增益无法实现.文中提出了一种基于复合增益配置的双频无线电能传输系统,基波通道输出电压和三次谐波...     

基于最大效率追踪的BWPT协同控制方法研究

针对电动汽车双向无线充电(BWPT)场景,建立了非对称参数下的系统功率及效率模型,并提出了一种适用于BWPT的系统拓扑,在双向全桥和双边LCC的基础上,加入额外的一级四开关管双向DC/DC电路。并在此基础上提出了电能双向无线传输时的恒流与最大效率追踪协同控制方法。通过控制逆变器移相角满足充电和馈电时的恒流输出要求,并通过改变DC/DC变换器的占空比实现对系统最大效率的主动跟踪。然后进行了BWPT的仿真实验,仿真结果证明系统在负载变化时能够在恒流的同时保持在最大效率点运行。最后设计了BWPT系统实验,实验结果证明了所提拓扑的可行性和协同控制策略的有效性。     

基于直流侧电流检测的逆变器开路故障诊断方法

针对变频驱动系统中的逆变器开关管开路故障,应用开关函数的双傅里叶变换技术,分析逆变器的直流侧电流在正常运行、单管开路故障及一相开路故障时的频谱：逆变器正常运行时,其直流侧电流频谱的低频部分只包含直流成分;逆变器单管开路故障时,其直流侧电流频谱的低频部分会出现调制信号的频率成分;逆变器一相开路故障时,其直流侧电流频谱的低频部分除了直流成分外,还会出现调制信号的二次谐波成分。通过检测直流侧电流的频率成分就可实现逆变器单管开路故障及一相开路故障的故障诊断。实验结果验证了该方法的正确性和有效性。