一种新型三电平双向DC-DC变换器

三电平桥式电路中开关管承受的电应力比普通桥式电路中开关管承受的电应力减小一半,结合三电平电路结构的优点,省去了传统三电平双向DC-DC变换器中的一对飞跨电容,提出了一种新型三电平双向DC-DC变换器。该新型三电平双向DC-DC变换器使电路中开关管电应力减小,谐波成分降低。利用交错移相的控制策略进行控制,使得新型变换器中所有开关管均能实现零电压开关(ZVS)。通过2.4 kW的样机试验验证,提出的新型三电平双向DC-DC变换器性能优良,与传统的双向DC-DC变换器相比,效率有了显著提升。     

三管推挽双向DC-DC变换器电流应力优化控制*

为提高三管推挽双向全桥变换器运行效率,提出了一种峰值电流应力优化控制策略。首先,分析了TPBFC变换器扩展移相控制(Extended Phase shift Control,EPS)下的基本运行模态,推导了系统传输功率与峰值电流应力表达式。进一步,采用拉格朗日函数构建了变换器传输功率与峰值电流应力的约束模型,推导了各运行模态下满足峰值电流应力最小的移相比组合。在搭建的500 W样机上的实验表明,采用所提出的方法使变换器峰值效率提升了2%。     

一种新型非调节隔离DC-DC变换器

提出一种新型非调节隔离DC-DC变换器,也称为DC-DC变压器(DCX)。DCX变换器表现出理想变压器的工作特性,其电压传输比与负载、开关频率和占空比无关。该隔离变换器的变压器一次侧为带隔直电容的不对称半桥(AHB)电路架构,二次侧由变压器二次侧漏感、谐振电容和整流二极管组成。该变换器实现了一次侧开关管的零电压开通(ZVS)和实现二次侧二极管的零电流关断(ZCS),消除了二次侧整流二极管的电压尖峰振荡和反向恢复损耗,同时将整流二极管电压钳位在输出电压,从而减小了二极管的电压应力。与传统AHB变换器相比,消除了二次侧滤波电感,变换器的重量与体积减小,且输出二极管电压应力不受占空比的影响。最后,通过一个输出功率为72W的48V/12V DC-DC变换器实验电路,验证了理论分析的正确性。     

三端口隔离DC-DC变换器软开关特性

三端口隔离三有源桥(TAB)DC-DC变换器作为新能源接入的一种积极探索与尝试,在分布式光伏接入、新能源汽车及多电压等级直流用电需求等领域得到了广泛关注.软开关能力作为TA B应用的关键优势之一,可以有效地降低开关损耗、提升变换效率.然而,由于开关管数量增多,TAB的工作模式及移相控制方法较双有源桥(DAB)DC-DC变换器出现了成倍增加的现象,现有DAB的零电压开通(ZVS)已不利于推广至TAB.该文在分析TAB工作原理的基础上,从开关管驱动信号出发,将TA B的等效电路进行了分解,构建双电源作用下电感电流的统一表达式.基于叠加定理,TAB每个开关管开通时刻的电感电流均可以由多个双方波电压源作用下的电感电流相加得到,并且不受移相控制方法的影响,计算简便.基于TA B等效电路的分解模型,该文绘制不同移相控制方法下TAB的全开关ZVS区域,并对其进行讨论分析.最后搭建实验平台,验证了该方法的可行性与有效性.     

基于能源路由器的隔离双向DC-DC变换器研究

介绍了隔离双向DC-DC变换器的工作原理,分析系统容量与连接电抗之间的关系,给出高频变压器的参数选择设计方案。结合该变换器的控制特点以及蓄电池充放电的要求设计出有效的移相控制策略。在PSCAD中建立仿真模型,分析该变换器作为能源路由器的一部分在各种工况下的运行状态。仿真结果验证了设计方案的正确性和可行性。搭建了一套样机,在样机上得到了较为理想的实验波形。     

一种高频隔离LLC谐振双向直流变换器的实现

针对高压大功率应用场合,将LLC谐振槽引入高频隔离三电平半桥(TLHB)双向直流变换器,提出一种新的拓扑结构。该拓扑具有LLC谐振和TLHB双向直流变换器的优点,可采用低耐压的开关器件,在全负载范围内实现了功率开关管的零电压开关(ZVS)和零电流开关(ZCS),从而提高了开关频率,降低了开关损耗,提高了工作效率。分析了TLHB LLC谐振双向直流变换器的工作原理,给出了谐振槽参数的设计方法,实验结果证明了理论分析的正确性。     

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。     

双重移相控制下的双向全桥DC-DC变换器最小电流应力分段优化控制

为了减小双向全桥(dual-active-bridge, DAB)DC-DC变换器的电流应力,提升变换器的效率,提出了一种DAB变换器在双重移相控制下的电流应力分段优化控制策略。该策略首先分析了DAB变换器的结构及其功率特性,推导得到了电流应力与传输功率、移相角之间的关系。然后针对输入输出电压不匹配的情况,对DAB变换器的电流应力进行了分段优化,通过将传输功率分段得到了DAB变换器在不同传输功率范围下的最优移相角。将所提控制策略与传统双重移相控制策略对比分析,发现所提控制策略具有更小的电流应力和回流功率,减少了变换器的导通损耗,提升了变换器的效率。当负载发生突变时,DAB变换器的动态性能得到了大幅提升。最后基于所提控制策略搭建了实验样机,实验结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

双重移相控制与传统移相控制相结合的双有源桥式DC-DC变换器优化控制策略

为减小双有源桥式DC-DC变换器的功率损耗,提出一种双重移相加传统移相控制的优化控制策略,保证漏感电流有效值最小,同时使得所有开关管实现零电压开通(ZVS)软开关。首先分析变换器在传统移相和双重移相下的传输功率特性和软开关范围。在此基础上,通过建立漏感电流有效值、传输功率及软开关条件的数学模型,得出一条最优控制轨迹。该轨迹确保变换器工作于最小电流有效值状态且可以实现ZVS软开关,从而显著减小系统的导通损耗和开关损耗,实现了双有源桥变换器的优化控制。实验结果验证了理论分析的正确性和控制策略的有效性。     

一种新颖的软开关双向DC／DC变换器分析与设计

提出了一种双向DC/DC变换器,低压侧采用电流型半桥拓扑,高压侧采用电压型半桥拓扑。并采用了一种新的相移控制方式,即通过控制占空比来改变移相角从而控制电流和功率。所提拓扑解决了电流型拓扑固有的启动问题和电压尖峰问题,低压侧实现了ZCS,高压侧实现了ZVS。详细分析了变换器正、反向换流和实现软开关的工作原理,最后通过模型仿真、样机实验验证了理论分析的正确性。     

谷值电流控制三电平Buck变换器

三电平Buck变换器能使开关管的电压应力减小为输入电压的一半,使电感电流脉动频率为开关频率的两倍,减小滤波器的尺寸.为了实现以上的优点,使变换器具有较高的功率密度,必须保持飞跨电容的电压为输入电压的一半.为此,采用谷值电流控制的方法,通过平衡电感电流来调节飞跨电容上的电压,实现飞跨电容电压稳定.建立三电平Buck变换器谷值电流控制的小信号模型,以获得小信号传递函数模型,进而对其补偿网络进行了设计.仿真验证了理论的正确性和控制策略的可行性.     

低压大电流DC-DC变换器原理分析

主要介绍的是应用于电池放电中的低压大电流DC-DC变换器。首先,就其工作原理做了详细的分析说明,在此基础上,进行了仿真和实验,并对结果进行了分析。可以得出本拓扑适合应用在低压大电流的结构中。与之前广泛应用的能量从半桥侧传递到倍流侧不同,其重点在于将倍流拓扑当作双Boost拓扑进行放电,即能量从倍流侧传递到半桥侧,可实现输入输出电压相差倍数大,而且最大限度地提高了放电的效率。     

双向全桥DC-DC变换器高效能控制研究与实现

针对变换器传统单移相控制的不足之处,分析了双重移相控制下双向全桥DC-DC变换器的功率传输特性。在变压器匝比不为1的条件下,建立了双重移相控制下变换器的通用低频小信号模型。对比了单移相控制方式,仿真结果显示了双移相控制有较小的功率损耗。最后,搭建了实验样机,实验结果证实了该控制方式的高效性和可行性,拓宽了变换器变比的选择范围,具有一定工程应用价值。     

基于移相控制统一模型的双有源桥DC-DC变换器基波环流优化控制策略

为充分利用双有源桥DC-DC变换器的容量,减小无功功率,提升工作效率,提出一种基于变换器移相控制统一模型的基波环流优化控制策略。通过引入基波移相比对变换器的所有移相控制方式进行统一描述,并采用傅里叶分解法建立全桥交流电压及电感电流的统一模型。该统一模型降低了多控制变量下变换器多模态分析的复杂性,适用于不同移相控制的所有工作模式,具有普适性。基于频域分析法和功率因数角,构建变换器传输功率及无功功率的统一数学模型。在此基础上,提出考虑无功基波分量的环流优化控制策略,并对传导损耗进行建模与分析。该策略简单有效,能够很好地减小变换器无功功率和改善系统效率,更有利于工程实际的应用。搭建了实验平台,对比了所提基波环流优化控制策略与传统移相控制方式下变换器的功率因数及变换效率,仿真和实验结果验证了理论分析的正确性和所提控制策略的可行性。     

多重化双向DC-DC变换器电流纹波分析

在电能变换装置中,通过并联DC-DC变换器来增大功率是常见的方法;而其电流纹波对装置的体积和重量有重大的影响。在时域内依据单个DC-DC变换器和多重化双向DC-DC变换器电流波形特征,在单个DC-DC变换器电感电流连续状态下导出了多重化双向DC-DC变换器与单个DC-DC变换器电流的脉动率比与占空比的定量表达式;在频域内分别对单个DC-DC变换器和多重化双向DC-DC变换器在单个DC-DC电感电流连续、断续状态下的电流利用Fourier级数展开,导出了电流各次谐波幅值与占空比的定量表达式。定量表达式和仿真结果均表明,多重化双向DC-DC变换器与单个DC-DC变换器相比,电流纹波及其谐波明显减小。这些定量表达式为大功率DC-DC变换器拓扑结构和工作点的选择提供依据。     

T型三电平并网变换器电流重构模型预测控制策略

T型三电平变换器是连接新能源和电网的关键设备,其电流传感器故障会导致控制策略失效,影响并网系统安全稳定运行。为提高T型三电平并网变换器可靠性,提出一种基于电流重构的模型预测控制策略。该策略分析相电流和电压矢量之间的关系,分别用直流电流、正常相电流和预测电流重构故障电流。重构故障电流所需的电压矢量按照重构方法分成两个电压矢量集合。连续使用预测电流重构故障相电流会导致重构电流积累误差。因此需要检测当前时刻电压矢量集合,确保下一时刻选择不同的电压矢量集合,避免重构电流积累误差。实验结果表明,在电流传感器故障后,所提策略可使T型变换器容错运行且并网电流拥有较低的电流总谐波失真率,提高了并网系统可靠性。     

三电平混合全桥DC-DC变换器全局电流应力优化与回流功率优化对比分析

三电平双有源混合全桥(hybrid three level full bridge, H-TLFB)DC-DC变换器在双重移相控制下存在回流功率和电流应力较大的问题,为此提出电流应力优化控制和回流功率优化控制两种优化控制策略。首先分析变换器4种工作模态,推导不同模态下电流应力、回流功率的表达式,通过对比求解全局内最小电流应力、最小回流功率对应最优移相比,并设计相应优化控制策略。然后基于相同传输功率段将两种优化控制策略进行对比分析,发现两种优化控制策略均可在全功率传输内对变换器进行优化。当1/2＜p＜2/3时,两种优化控制对电流应力的优化等效,当0＜p＜1/2时,两种优化控制对回流功率的优化等效。最后通过实验验证了理论分析的有效性和正确性。     

多重化双向DC-DC变换器复合校正双闭环控制策略研究

利用状态空间平均法建立了双向DC-DC变换器的平均状态空间模型.在该模型基础上提出一种新颖的基于变量代换和参数估计的复合校正电流内环、电压外环双闭环控制策略.所采用变量代换的方法实现电流、电压双闭环内部的解耦.电流、电压环调节器均采用串联校正环节加PI调节器来将系统模型整定为标准二阶系统,并得到了控制参数计算公式,分析了电压外环的抗扰特性,为具体的控制参数的选择提供一定依据.对所采用的上述控制策略进行了仿真和实验研究.该控制策略控制简单,易于工程实现,仿真结果表明采用该控制策略为三重化双向DC-DC变换器所设计的调节器参数能满足各项动、稳态性能指标,工况间切换良好,且对负载大范围扰动、输入电压突变及电感值变化均具有良好的鲁棒性.