基于混杂自动机的准谐振变换器建模及分析

准谐振变换器作为一个高阶、强耦合、多工作模态的非线性系统,其连续时间变量与离散状态量相互作用,因此是一个混杂系统。本文运用混杂系统相关理论建立了四阶准谐振变换器在连续工作模式下的混杂自动机模型,并根据其开关工作状态及输出电压稳定条件,设计了一种基于PI调节器的PFM控制策略。基于Matlab/Simulink的Stateflow工具包搭建了仿真平台,分析了在不同负载参数下系统的输出响应特性。最终通过仿真和实验验证了所提出的建模方法的有效性。     

一种新型准Z源三电平Boost直流变换器的研究

针对共地三电平Boost直流变换器的飞跨电容电压严重偏离1/2输出电压及准Z源Boost直流变换器的开关器件电压应力大等问题,提出一种新型准Z源三电平Boost直流变换器结构,并采取交错调制作为变换器控制策略,更好实现增益宽、电压应力小等特性;利用MATLAB软件,仿真验证了所提变换器可有效解决飞跨电容偏离1/2输出电压、开关器件的电压应力大于1/2输出电压等问题。     

一种精确调节的零电压开通三路输出直流-直流变换器

多路输出直流-直流变换器广泛地应用于各种电子设备。该文的目的是提供一种所有输出均可精确调节的零电压开通3路输出直流-直流变换器。其中第1路输出和第2路输出分别由2个不对称半桥电路来调节,第3路输出由这2个不对称半桥电路之间的相移来调节。所有的主开关管都可以实现零电压开通,因此该3路输出直流-直流变换器可以以较高的效率工作于较高频率。文中探讨了该3路输出直流-直流变换器的工作过程、零电压开通条件及闭环控制设计。用一台输入电压为400 V,输出分别为48 V/10 A、5 V/20 A、12 V/5 A的实验样机来验证该零电压开通3路输出直流-直流变换器的优越性,在100 kHz工作频率满载输出时转换效率为93.36%。     

用于超级电容储能系统的三电平双向直流变换器及其控制

传统两电平DC-DC变换器开关器件承受电压应力高,输出电流纹波大。本文采用一种三电平双向直流变换器控制超级电容的能量流动,有效提高了超级电容充放电效率和输入电压等级。分析了三电平双向直流变换器的工作原理及其控制策略,在Matlab/Simulink平台上搭建仿真模型,验证了三电平双向直流变换器拓扑的优点,并实现了对直流网压、飞跨电容电压以及超级电容充放电电流的控制;样机实验表明了该变换器及其控制的合理性和有效性。     

一种交错并联反激式三电平DC-DC变换器

本文在传统反激变换器基础上,引入三电平技术,并针对传统反激三电平DC-DC变换器电源两端并联的分压电容不均压的问题,提出了一种交错并联反激式三电平DC-DC变换器。该变换器具有电路拓扑简洁,输出只需电容滤波,减小输出滤波器,提高了变换器功率密度等优点。深入分析了该变换器的工作原理及工作过程,推导了其输入输出关系,和传统的反激两电平变换器相比,可以得出该并联交错三电平反激变换器能减小输出电容,降低功率开关管电压应力等结论。最后设计了闭环控制策略,并基于saber对电路进行仿真,验证了该拓扑的正确性和输出电容小、功率开关管电压应力低等特点。     

改进型Zeta式三电平AC/AC变换器

为进一步提高高压电能变换领域输出波形的质量,基于多电平技术的相关原理,提出了无中间直流环节的改进型Zeta式三电平AC/AC变换器,进一步介绍了该变换器的电路结构、电路拓扑和高频控制策略。利用仿真软件Pspice建立了改进型Zeta式三电平AC/AC变换器的电路仿真模型,给出了该变换器闭环控制的主电路图,对其进行了闭环控制仿真验证,得出了闭环控制电路各部分的输出波形,并在输入端交流信号波动的情况下测试了输出端的稳压性能。结果表明:该改进型Zeta式三电平AC/AC变换器的拓扑结构简单,设计原理正确,控制方法简单可行,有较好的稳压功能。     

基于谐振式三电平半桥直流变换器的电力变压器拓扑结构

针对现有的几种典型电力电子变压器(PET)拓扑结构对电网电压暂升骤降的变化抑制能力较弱,无法保证负载电压的恒定,提出一种基于谐振式双侧三电平半桥直流变换器的电力变压器拓扑结构.该系统输入级使用三相三电平 PWM 变换器,有效确保了交流电网输入的电流和电压维持波形正弦及直流侧电压恒定,功率因数可调,降低了电路元件的耐压等级.隔离级采用 LC谐振式的半桥三电平 DCＧDC变换器,该变换器可有效降低电路损耗,提高电能 质量.在此基础上,结合系统的工作特征在本系统输入级、隔离级和输出级引入闭环控制策略,提高了电路的稳定性,保证了系统的输出电压的恒定,抑制了输入级电压突变对输出的影响.仿真结果验证了该方案的可行性和有效性。     

基于简化统一模型的DC-DC开关变换器数字优化控制策略

在DC-DC开关变换器大信号运行过程中,变换器的运行模式并不是唯一的。为得到适用于电感电流连续导通模式(CCM)和不连续导通模式(DCM)下DC-DC开关变换器易于实现的数字控制策略,提出了一种基于变换器简化统一离散模型的数字优化控制策略。通过将基于两种运行模式的统一离散模型系数矩阵中的幂指数函数进行线性化处理,得到变换器简化的统一离散模型;基于简化模型的电压电流特性,设计优化目标函数;根据模型的递推状态,最小化目标函数进行优化控制决策;由模型根据递推状态和优化控制进行模型运行模式决策,模型的输出为实际系统提供优化轨迹;根据实际变换器系统与模型输出的偏差来修正优化控制,以补偿实际系统中因寄生参数引起的控制偏差。以Boost变换器为例,建立了变换器的简化统一离散模型,求取了优化控制量,采用数字PI控制器调节控制修正量。仿真和实验结果验证了控制策略能在启动过程中实现对变换器输出电压的快速、无过冲控制,及各种扰动工作条件下对变换器输出电压准确、快速的控制。     

基于谐振式三电平半桥直流变换器的电力变压器拓扑结构

针对现有的几种典型电力电子变压器(PET)拓扑结构对电网电压暂升骤降的变化抑制能力较弱,无法保证负载电压的恒定,提出一种基于谐振式双侧三电平半桥直流变换器的电力变压器拓扑结构。该系统输入级使用三相三电平PWM变换器,有效确保了交流电网输入的电流和电压维持波形正弦及直流侧电压恒定,功率因数可调,降低了电路元件的耐压等级。隔离级采用LC谐振式的半桥三电平DC-DC变换器,该变换器可有效降低电路损耗,提高电能质量。在此基础上,结合系统的工作特征在本系统输入级、隔离级和输出级引入闭环控制策略,提高了电路的稳定性,保证了系统的输出电压的恒定,抑制了输入级电压突变对输出的影响。仿真结果验证了该方案的可行性和有效性。     

多电平变换器简化虚拟矢量PWM及应用

二极管钳位型变换器存在着直流母线电容电压不平衡的问题,对于多电平(>3)拓扑,传统空间矢量PWM在单位功率因数且调制比高于0.55时无法实现中点电压平衡,已有的虚拟矢量PWM随着电平数的增多计算负担急剧增加。针对这一问题,该文提出一种简化虚拟矢量PWM算法,通过组合2个或多个相邻的开关状态来定义新的虚拟开关状态,使得每个虚拟开关状态下流过所有中性点的电流相等,从而保证理想稳态条件下中点电压的自平衡。另外,简化虚拟PWM将任意电平的空间矢量图转换为三电平空间矢量图,简化了子扇区的辨识和占空比的计算。对五电平二极管钳位型变换器的仿真和实验结果表明,简化虚拟矢量PWM可以在全调制比和全功率因数范围内实现直流母线中点电压平衡,验证了该算法的有效性。     

基于多线圈变压器的DC-DC变换器闭环控制策略

级联式DC-DC变换器因具备高耐压能力的优势,被广泛应用于高压直流输电。在级联式变换器中,将多个模块中的独立变压器整合为一个共享磁芯回路的多线圈变压器,可自动均衡模块电容电压,降低系统复杂程度。针对基于多线圈的级联式DC-DC变换器提出了一种闭环控制策略,为设计移相闭环控制器,采用周期平均法及小信号动态分析法对系统进行建模,引入校正环节改善了系统的稳态和暂态性能,实现了级联式DC-DC变换器输出电压的稳定控制。最后,在Matlab/Simulink环境中搭建了系统仿真模型,验证了所提级联式DC-DC变换器闭环控制方法的可行性。     

应用于高频辅助变流器的DBSRC变换器IGBT开路故障分析及容错运行研究

随着电力电子技术的进步,以双向全桥串联谐振变换器(dual bridge series resonant DC-DC converter, DBSRC)为核心的新一代高频车载辅助变流器发展迅速,并逐步走向实用化。为了提高基于DBSRC变换器的高频辅助变流器的可靠性,首先利用模态分析法(operation mode analysis, OMA)对移相闭环控制下DBSRC发生IGBT开路故障展开研究,分析并阐明了DBSRC输入、输出侧故障后的运行机理及特性。其次,提出一种基于输出功率调整的高频车载辅助变流器容错运行策略,在不改变DBSRC拓扑及移相控制方法的条件下通过实时监测辅助变流器输入电压并动态调节辅助变流器的输出功率,将谐振电流应力及谐振电容电压应力限制在安全阈值内,实现容错运行。最后通过仿真与实验对故障特性分析的准确性与该容错运行策略的有效性进行验证。     

基于自适应PSO的微电网双向DC-DC变换器前馈自抗扰控制

针对传统PI控制光储微电网系统双向DC-DC变换器存在的直流母线电压波动大、充放电有效性差、抗干扰能力弱等问题,设计了一种基于自适应粒子群优化(APSO)的双闭环控制策略。首先,建立双向DC-DC变换器的数学模型。其次,设计了包括电压环线性自抗扰控制(ADRC)、电流环PI控制的双闭环控制系统,并在电压环中加入前馈控制以增强控制系统的鲁棒性。然后,针对自抗扰控制器参数难以整定的问题,提出了一种基于APSO算法的参数优化系统,该算法引入了自适应惯性权重因子,使惯性权重在粒子群迭代过程中可以动态调整以获得更佳的寻优效果。最后,设计一种带罚函数的时间乘以误差绝对值积分(ITAE)指标作为适应度函数,实现了前馈线性自抗扰控制(FF-LADRC)系统控制参数的自主寻优。MATLAB仿真结果表明,所提控制策略能够有效减小直流母线电压波动,提升储能系统的充放电性能,解决了线性自抗扰控制器参数整定问题。     

输入串联输出并联全桥变换器的无电流传感器均压均流控制策略

输入串联输出并DC-DC换器常用在输入高电压输出大电流场合,但是这种结构存在输入均压与输出均流问题。本文深入分析输出均流的实现条件,指出只要能满足系统稳定,就能实现输出均流。通过建立系统模型,推导出系统的稳定条件,并在此基础上提出了电压前馈控制策略,实现无电流传感器的输入均压与输出均流。最后通过Matlab仿真,并制作了样机,表明此控制策略的正确性。     

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。     

全桥三电平直流变换器的最佳开关方式

该文提出了一种新的关于直流变换器三电平拓扑变换的分析方法。应用该方法得到了零电压开关全桥三电平直流变换器，同时提出了加入箝位二极管的改进型变换器。该变换器使用了以能量传输最大、滤波电感电流纹波最小、开关管实现软开关等为条件寻找到的最佳开关方式，克服了传统零电压开关全桥直流变换器中开关管电压应力高、滤波电感电流纹波大、整流二极管存在寄生振荡等缺点，所以其变换效率更高，响应速度更快，进一步拓宽了它的应用范围。最后通过一个开关频率为50kHz、额定输入电压为600V、输出功率为2．8kW的实验样机加以验证分析结果。     

基于参数扰动的混沌控制方案在Buck-Boost变换器中的应用研究

分布式直流微电网中,直流母线与大电网的接口变换器通常选择具有升、降压功能的DC-DC变换器,如Buck-Boost变换器,来提升或降低光伏阵列或其他储能单元的输出电压,使之与直流母线电压匹配。Buck-Boost变换器作为一个强非线性系统,在输入电压、参考电流等电路参数变化时容易产生分叉、混沌等非预期情况,使变换器性能变差甚至不能正常运行。基于峰值电流控制型Buck-Boost变换器的频闪映射模型,分析了变换器的非线性动力学现象。基于参数扰动的混沌控制原理,设计了一种适用于峰值电流控制型BuckBoost变换器的混沌控制方法 ,该方法可使进入混沌状态的变换器重新回到周期态,并使变换器的稳态性能、输出纹波等得到显著改善。     

抑制三电平矩阵变换器共模电压调制策略

与传统AC-DC-AC功率变换器相比,矩阵变换器作为一个通用的功率变换装置,能够轻易实现N个相位到M个相位的变换。矩阵变换器可以产生理想的输入输出波形、没有中间储能环节、能量双向流动、快速的动态响应等优点。三电平矩阵变换器能够提高电压传输效率、实现多电平电压波形输出、突破电压传输比0.866的限制。针对三电平矩阵变换器调制过程中存在的共模电压问题,提出了基于电容钳位三电平矩阵变换器的改进空间矢量调制算法,根据不同的调制系数选择不同的调制策略,能够将三电平矩阵变换器的共模电压减小到最小。通过实验和仿真平台验证该简化策略的可行性和正确性。