宽输出电压范围集成Buck型无桥PFC变换器

提出一种集成Buck型无桥有源功率因数校正(power factor correction,PFC)变换器及其控制方法。变换器能够工作于升压模式或降压模式,使得直流侧电压能够在宽范围内调节;采用载波层叠脉宽调制(pulse width modulation,PWM)控制策略,使变换器能够根据网侧电压和直流侧电压的大小关系能够自动工作于单级模式或准单级模式,集成Buck变换器仅需处理部分功率,大部分功率只需经过单级变换,且在直流电压低于电网电压峰值时实现三电平输出,有效减小了导通和开关损耗,提升了整体效率。文中详细分析变换器的工作原理、控制策略及特性,通过实验验证所提出的集成Buck型无桥PFC变换器及其控制方法的正确性和有效性。     

多级串联高压大功率矩阵变换器的研究

提出和采用载波移相调制原理,仿真分析一种降压变压器次级绕组功率平衡的多级串联高压变频器,即一个次级变压器承担对称的3个三相-单相矩阵变换器输出,输出相位相同的三相-单相矩阵变换器通过升压变压器次级串联,构成一相高压交流输出。整个电路由网侧工频降压变压器、单相矩阵变换器阵列、载侧高频升压变压器以及滤波电路构成。仿真结果表明,所提出的多级串联高压变频器具有可行性和低成本特征。     

三电平BOOST电路在功率因数调节(PFC)方面的应用

为了解决较高电压等级直流负荷(如电动汽车)前端整流装置对电网造成的谐波污染问题,笔者根据三电平结构的发展和boost PFC电路的应用,阐述了一种适用于高电压等级、基于三电平拓扑结构的PFC AC-DC变换器的控制策略,分析了其在应用载波移相调制技术下模块化结构,以及其输入、输出电压特点、电感二倍频电流的电气特征,搭建了三电平Boost电路控制及电路模型,得到了较高电压等级PFC变换的方案.仿真结果表明,基于三电平Boost的PFC变换器电流环灵敏度高,能有效实现PFC变换,解决了电感电流波纹过大的问题.     

一种适用于宽输入电压范围的三端口变换器

提出一种适用于宽电压范围的H桥三端口变换器。在H桥升降压变换器的基础上引入变压器副边整流滤波电路,形成变换器的第3个输出端口,从而构造出H桥三端口变换器;变换器包括两个双向输入/输出端和一个隔离输出端,分别与输入源、蓄电池和负载相连,同时实现三者的功率控制;变换器的原边电路等效为H桥升降压变换器,可以适应输入源电压宽范围变化的应用需求。详细分析变换器的工作状态及开关模态,分析开关时序对变压器直流偏置电流的影响,提出优化的开关时序控制方式,最后通过实验验证理论分析的正确性。     

一种具有宽输出调压范围与低电压应力的单级无桥隔离型PFC变换器

针对单级无桥隔离型功率因数校正(PFC)变换器存在开关管电压应力大,工作于降压模式时,总谐波畸变率(THD)高、功率因数(PF)低的问题,提出一种具有宽输出调压范围与低电压应力的单级无桥隔离型PFC变换器.该变换器采用双绕组分裂电容的结构,降低了开关管与二极管的电压应力.通过引入工频开关管,消除变换器工作于降压模式时的...     

基于功率解耦的无桥PFC变换器

传统无桥功率因数校正(PFC)变换器为降低输出直流侧低频纹波,需连接大容量电解电容,不仅增加了变换器体积,还降低了其使用寿命及可靠性。因此,这里将对称半桥型有源功率解耦电路运用于双二极管式无桥PFC变换器,并提出了基于锁相环(PLL)的对称半桥型有源功率解耦电路控制方案。通过功率解耦可显著减小无桥PFC变换器直流侧所需电容量,提高变换器功率密度及使用寿命。通过引入基于二阶广义积分的单相锁相环(PLL),解决了对称半桥型有源功率解耦电路在输入电压频率波动情况下无法正常工作的问题。仿真及实验结果验证了电路及控制方案的正确性。     

不平衡且谐波畸变电网电压下双馈风电系统控制策略

针对并网点电压不平衡且同时含有5次、7次谐波电压的电网条件,文中利用串联网侧变换器和并联网侧变换器的协调控制以及正向同步旋转轴系下的比例积分—双频谐振(PI-DFR)控制器,提出了基于串联网侧变换器的双馈风电系统在不平衡且谐波畸变电网电压下的改进控制策略;在实现了定转子电流平衡无畸变、发电机输出功率和电磁转矩无波动的同时,亦消除了系统输出有功功率的2倍和6倍频波动。此外,还提出了考虑并联网侧变换器电流容量时参考电流指令在其电流最大值下的分配原则及分配后的参考电流指令。对一台2MW基于串联网侧变换器的双馈风电系统在不平衡且谐波畸变电网电压下的仿真分析,验证了所提控制策略及并联网侧变换器参考电流指令分配原则的正确性。     

基于Boost变换器的光伏并网逆变控制系统研究

概述了基于Boost变换器的光伏并网逆变控制系统设计。电路由一个H桥并网逆变器和一个 Boost升压斩波电路组成。通过对逆变器正弦开关函数的调制实现电流内环和电压外环的双环控制, 以取得网侧电流的单位功率因数运行和直流母线侧电压的稳定;通过对Boost斩波电路的占空比调制实现了光伏输出电压的控制,使系统工作在稳定状态。最后,以2.5 kW并网逆变系统的试验结果验证了设计的正确性。     

一种改进的CHB多电平变换器PWM调制策略

级联H桥CHB(cascaded H-bridge)多电平变换器是中压大功率电机驱动系统最广泛采用的拓扑,传统LS-PWM和PS-PWM不能很好地兼顾输入、输出电流的谐波性能,对比了CHB多电平变换器在这两种调制策略下的输入和输出THD,分析了两种方法下输入、输出波形产生区别的本质原因,进而探讨了一种局部载波移相PWM调制方法。该方法吸收了两种调制方法的优点,发挥PS-PWM调制时模块功率均衡和网侧输入电流谐波低的特点以及LS-PWM输出电能质量好的特点。最后,搭建了三相七电平CHB变换器实验平台,对局部载波移相PWM调制策略进行了验证。     

宽电压范围双移相控制多倍压高增益软开关隔离升降压变换器

提出一种适用于宽电压范围、低电压输入应用场合的多倍压高增益软开关隔离升降压变换器及其控制方法。通过将倍压型双有源桥变换器与倍压整流电路相结合,实现了高增益隔离升降压变换。通过采用双移相控制策略,使得一次、二次侧开关管能够在宽电压和宽负载范围内实现软开关,且二极管都可以实现零电流关断、无反向恢复损耗。变压器漏感可以作为能量传输电感的一部分,不存在漏感引起的电压尖峰问题,且一次侧开关器件的电压应力钳位在输入电压,二次侧开关器件的电压应力仅为输出电压的一半,器件电压应力低。详细分析了变换器的工作原理、控制策略和特性,实验验证了所提出拓扑及其控制方法的正确性和有效性。     

基于软开关MERSPFC电路拓扑及性能分析

由于电流连续型功率因数校正(CCM PFC)电路能够最大限度地减少网侧电流谐波以及提高网侧的输入功率因数,被广泛地应用于各种功率变换器的前端电路结构中。文中基于电感电容谐振的软开关技术,提出了一种新型的CCM PFC电路拓扑——磁能回复开关型功率因数校正(MERS PFC)电路。通过合理的控制,该电路不仅具有较高的输入功率因数,同时实现了全功率开关器件的零电流开通及零电压关断。其次,文中对所提出的电路拓扑建立电气模型,详细分析了每一个开关周期内的电压电流工作特性,推导出其升压比计算公式,仿真验证了建模以及公式推导的正确性。在此基础上,文中详细讨论了所提出的MERS PFC电路的工作性能。计算表明,在开关频率为10 kHz时,该电路的功率器件损耗比传统boost PFC电路减少了约39%,具有更高的效率。同时,在同样的参数条件下,和传统的boost PFC电路相比,所提出的新型结构具有更高的升压能力。最后,实验结果验证了所提出的MERS PFC电路及其软开关工作特性。     

组合双向升压直流变换器型高频链逆变器

提出了一类组合双向升压直流变换器型高频链逆变器电路结构与拓扑,它由两个隔离双向升压型直流变换器输入侧并联、输出侧反向串联构成。深入研究了互补和独立两种电压瞬时值反馈控制方案及关键电路参数设计准则等。研究表明,采用互补控制时占空比变化范围小、副边功率开关电压应力小、输入电流和输出电压纹波小等特点;采用独立控制时占空比变化范围大、副边功率开关电压应力大、输入电流及输出电压纹波大等特点。研制了单端式500VA 18-32VDC/115V400HzAC互补控制逆变器样机,给出了样机测试结果。     

三相三开关降压型PWM整流器的研究

本文提出了一种基于脉冲宽度调制技术的新型三相三开关降压型整流器。通过在传统三相桥式不可控整流电路各桥臂添加可控开关,实现了对各个桥臂的主动控制,根据开关管功率损耗和交流侧谐波电流的分析,得到了一种最小功率损耗的调制方式。该电路拓扑具有结构简单、可控开关管数目少、控制方便等特点,可实现从交流到直流的整流降压功能,同时具有网侧电流畸变率低、直流输出电压稳定等优点。最后通过仿真验证了理论分析的正确性,证明此种电路拓扑的良好特性,具有很好的应用前景。     

变模态宽电压范围双向LC谐振变换器

提出了一种变模态宽电压范围双向隔离型谐振变换器,所提变换器具有升压电路及反激电流馈拓扑的优势,通过复用谐振电感的预先储能和反激馈能,提高了电池侧向网侧输出的增益和变换器功率密度,减小了电路无功环流。变换器采用定频脉冲宽度调制,根据不同的工况分别对应多种工作模式,适合宽范围输出。首先介绍了变换器工作原理,分析了能量在不同方向流动时的输出增益,最后以满足在家庭分布式储能系统中电池充放电为前提,对器件和控制参数进行了设计,验证了理论分析的正确性。     

无损软开关无桥Boost PFC变换器的研究

针对无桥Boost功率因数校正(PFC)变换器在高频工作时功率器件开关损耗大、电压电流应力高,提出了一种无源无损软开关Semi-bridgeless Boost PFC变换器,用于实现开关管和功率二极管的软开关,减小二极管反向恢复电流造成的电压尖峰,有效提高转换效率。详细分析了该软开关无桥Boost PFC变换器的工作原理,制作实验样机对电路的有效性进行了验证,实验结果表明所提软开关无桥变换器能有效减小开关损耗,降低元器件的电压电流应力和电磁干扰,效率高于硬开关无桥Boost PFC变换器。     

一种双直流输入多电平双Buck逆变器

提出一种包含两个直流输入端口的多电平双Buck逆变器。通过在传统双Buck逆变器中引入双直流输入三电平开关单元,构建低压直流输入源与逆变器交流输出侧的直接功率通路,使得低压直流输入源的部分功率无需经过逆变器前级升压电路处理,有效减小了逆变器前级升压电路的功率应力和损耗。同时,逆变器利用两个直流输入在交流电压周期内实现五电平输出,有效减小了逆变器自身开关管的电压应力和开关损耗。此外,逆变器保留了传统双Buck逆变器无桥臂直通、无体二极管反向恢复问题的优点。详细分析逆变器的工作原理和特性,并给出一种适应宽直流电压范围的载波自适应调制策略。实验结果证明了所提出双直流输入多电平双Buck逆变器及其控制策略的正确性和有效性。     

采用Z源变换器的小型风力并网逆变系统

基于Z源变换器的小型风力发电并网系统的工作特点及控制结构,不同于传统的电压型逆变器,Z源变换器引入特定的阻抗源网络将变换器主电路和电源耦合在一起,并且通过新增直通零矢量调制实现独特的直流升压功能,从而得到大范围变化的交流输出电压.经过对系统电路和要求的分析,文章对控制系统进行简单的设计.通过原有正弦波调制因子的控制,实现内环并网电流的单位功率因数运行和外环Z源电容电压的稳定;通过直通零矢量调制对发电机输出整流电流进行闭环控制,实现风力发电机的电能输出控制.最后,以2.5kW Z源变换器装置进行实验,实验结果验证了分析的正确性.     

负载不平衡电力电子变压器直流电压平衡控制策略

电力电子变压器网侧级联H桥整流器需采用中大功率高压直流电容器来维持直流电压稳定,因此如何稳定直流侧电容电压以及降低电容容值尤为重要。文中首先建立级联H桥整流器平均数学模型,依据瞬时功率平衡推导出直流侧电容谐波数学模型并进一步分析对电路产生影响。提出一种基于陷波器滤波算法用于动态检测并抑制直流电容电压倍频干扰,在不增加直流电容器情况下实现降低直流电容和抑制直流电压振荡,同时采用载波移相调制算法引入脉冲补偿机制实现电压平衡控制。最后通过MATLAB/Simulink仿真平台验证,结果表明,所提控制策略有效地抑制谐波稳定直流电容电压输出平衡。     

一族电感耦合式Dual-Boost无桥三电平整流器

通过对耦合电感、双向开关管单元与无桥功率因数校正电路(power factor correction,PFC)的有机融合,提出一族基于电感耦合式双升压(Dual-Boost)无桥三电平整流器。在无桥PFC电路桥臂与直流侧上下分裂电容之间嵌入双向开关管单元,在每个工频周期无桥PFC电路桥臂之间产生5种电平,可减小开关损耗。所提三电平整流电路共用耦合电感磁芯以提高磁芯利用率,且其两桥臂间的五电平电压可降低交流侧电流谐波,该拓扑具有开关管电压/电流应力较低的特点。阐述拓扑推导过程,分析所提拓扑的工作原理、耦合电感特性,研究控制及调制策略,并搭建输入220V/50Hz、额定输出1k W/400V的实验样机,验证所提方案的可行性和理论分析的正确性。     

燃料电池系统宽范围输入电压变换器设计

燃料电池输出特性较软使得其系统中单向DC/DC变换器需要较宽的输入电压,从而限制了该变换器的应用。文章利用双管Buck-Boost级联电路可根据输入电压的大小自动切换升/降压工作状态来获得合适的恒定的输出电压的优点,对该级联电路设计了基于平均电流控制的电压、电流双闭环控制环路,从而实现其在宽范围输入电压下得到恒定的输出电压,可为燃料电池系统后级变换器提供稳定的输入电压,并降低其设计和优化的难度,还有效解决传统单管Buck-Boost电路开关管电压应力过高的问题。仿真和小功率样机的实验研究验证了所提采用双闭环控制环路的升降压变换器在宽范围输入电压下均具有良好的性能。