输入串联输出并联直流变换器建模与解耦控制

输入串联输出并联直流变换器系统(Input-Series Output-Paralleled，ISOP converter)十分适用于高输入电压大功率场合。每个DC-DC模块输入电压均分、输出电流均流是其正常工作的关键。本文提出的一种新颖的输入均压控制方法，在确保模块输入电压均分、输出电流均流的同时，使得控制各个模块输入电压的同时不影响输出电压的调节，有利于分别独立设计输入电压控制闭环和输出电压的控制闭环。本文选择全桥(Full Bridge，FB)变换器作为基本的DC-DC模块，建立了FB-ISOP小信号数学模型，基于该控制方案将整个FB-ISOP解耦为多个单输入单输出的控制闭环。并以两个全桥输入串联输出并联为例，给出了闭环调解器的设计方法。论文最后给出了实验验证。     

DC/DC多模块串并联组合系统控制策略

将多个标准化DC/DC变换器模块的输入和输出分别串联或并联,可以得到四类多模块串并联组合系统,分别可以有效地适用于不同的应用场合。针对四类DC/DC多模块串并联组合系统,本文分析了各模块的输入均压/均流与输出均压/均流的内在关系并确定了每类组合系统的控制对象。对于输入并联型系统,既可以采用输入均流控制,也可以采用输出均流控制(输入并联输出并联型系统)或者输出均压控制(输入并联输出串联型系统),而对于输入串联型系统,只能采用输入均压控制。在此基础上,提出了一种新的控制策略,实现了输入均压/均流(输出均压/均流)控制与输出电压控制的解耦,经进一步推导,该控制策略还可以实现串并联组合系统的模块化,不需要额外的控制环节。最后以三台全桥变换器的串并联组合系统实验验证了该控制策略的有效性。     

开关电容型ISOP变换器电压解耦控制

传统的双环控制输入均压环和输出电压环之间存在着耦合关系,输入均压环和输出电压环控制器参数调节会相互影响。通过引入耦合因子分析了输入均压控制与输出电压控制之间的耦合特性,提出了开关电容(SC)型输入串联输出并联(ISOP)直流变换器的电压解耦控制策略,消除了输入均压环与输出电压环相互之间的影响,有利于控制器参数的优化设计,同时采用交错移相调制方法,大大减少了输出电流纹波。最后,搭建了3模块的ISOP直流变换器的仿真模型验证了所提方法的有效性。     

全桥直流变压器/变换器ISOP组合式系统的研究

对于高压直流输电系统中的高压直流变换器,高电压是其设计难点之一,利用多模块串并联组合结构可解决高压问题。对于输入串联输出并联(input-series output-parallel, ISOP)组合式直流变换器,可采用两类模块即全桥直流变压器和全桥直流变换器的组合结构将高压直流电变换成低压直流电,供电给负载。不同于传统的ISOP组合变换器,其模块间采用开环与闭环相结合的方式,只需保证各个模块间的压差控制在一定的范围内,简化了整个变换器的控制方式。该文对两类模块的输出特性进行分析研究,给出该组合变换器的均压设计,搭建两台全桥直流变压器和一台全桥直流变换器ISOP的仿真模型及原理样机,通过仿真和实验进行验证。     

多变换器模块ISOP系统及其均压均流控制

为降低开关管的电压应力,提出基于Boost+LLC谐振变换器的多变换器模块输入串联输出并联(ISOP)系统,其中Boost变换器用来调节输出电压,LLC谐振变换器用来实现输入输出电气隔离和电压匹配。详细分析了ISOP系统均压均流特性,给出了系统控制策略及关键电路参数设计方法,在无需增加额外措施的条件下,自动实现了ISOP系统的输入均压和输出均流,且其均压效果受模块参数不一致影响较小。最后,研制了一台由两个6 kW Boost+LLC谐振变换器组成的ISOP系统原理样机,实验结果证明了理论分析的正确性。     

输入串联输出并联的直流变换器控制策略研究

输入串联输出并联型直流变换器能降低开关管的开关应力,适用于高输入电压、大功率的直流变换场合。为了保证该变换器的可靠工作,必须确保其输入分压电容均压和输出电流均流。文中首先从能量的角度出发,分析了输入串联输出并联型直流变换器的输入均压和输出均流之间的关系,指出输出均流控制不能保证输入均压,而输入均压控制可以确保输出均流;然后提出一种新的输入均压的控制方法,在保证输入均压和输出均流的同时,该方法可以实现输入电压的均压控制与输出电压的调节相解耦,有利于分别独立设计各个输入电容电压和输出电压的闭环控制,同时交错控制下的电流纹波抵消效应使输出滤波电容得到了减小;仿真和实验结果验证了该方法的有效性。     

输入并联输出串联变换器系统的控制策略

将多个直流变换器模块在输入侧并联和输出侧串联,得到输入并联输出串联直流变换器,它可以降低开关管的电流应力和输出整流二极管的电压应力,适用于高输出电压、大功率的场合.为了保证该变换器的可靠工作,必须确保各模块的输出电压均衡.本文从能量守恒的角度出发,揭示了该变换器中各模块的输出均压和输入均流之间的关系,指出可以直接控制各模块的输出电压以使它们均衡,也可以采用输入均流控制来实现输出均压.提出一种新的输出均压的控制方法,它对系统输出电压控制闭环没有影响.同时采用交错控制,可以有效减小输入滤波电容和输出电容.论文最后给出了仿真和实验结果,验证了该方法的有效性.     

基于电压前馈的输入串联输出并联型直流变压器反下垂控制策略

以双有源全桥(dual active bridge,DAB)DC-DC变换器为基本功率单元的输入串联输出并联(inputseries-output-parallel,ISOP)型直流变压器(DC solid state transformer,DCSST)十分适用于直流电网互联或大规模新能源汇集等高压大容量应用场合。文中针对现有的反下垂控制方法无法兼顾均压/均流特性与输出电压调整率的缺点,提出了一种电压前馈的反下垂控制方法。通过引入输入电压均值前馈实现了直流变压器输入电压与输出电压的解耦,使得直流变压器在实现均压/均流运行的同时,具有较好的稳压性能。最后,于PSCAD/EMTDC仿真软件搭建了以DAB变换器为基本功率单元的三单元ISOP型直流变压器仿真模型,对所提出的算法进行了对比实验验证。实验结果表明:该方法可以实现直流变压器各模块的传输功率平衡,同时具有较好的稳压性能。     

基于输入串联输出并联的双向全桥串联谐振DC-DC变换器系统控制策略研究

对基于输入串联输出并联(ISOP)的双向全桥串联谐振DC-DC变换器(DBSRC)系统的控制策略进行研究。采用周期平均法构建DBSRC及其ISOP级联系统的小信号模型及对应传递函数,其中各DBSRC子模块输入电压均受其他模块移相角影响。为了实现子模块输入电压的均衡,提出一种差分输入电压均压(DIVS)控制策略,该策略实现了系统控制框图中输出电压环和输入均压环的解耦控制。相比传统输入均压控制策略,该策略所需的通信数据量较少,具有较高的动态响应性能。最后,通过仿真和12kW样机的实验结果验证了DBSRC小信号模型的准确性及DIVS控制策略的有效性和优越性。     

基于三环移相控制的ISOP模块化电源的研究

首先分析ISOP系统的基本单元,采用隔离型双向全桥DC-DC变换器(IBDC)作为ISOP系统的基本单元,对其拓扑结构和相应的控制方法原理进行分析。随后介绍了ISOP的拓扑结构,分析其实现均压均流的条件,针对输出均流控制(OCS)各模块输入阻抗的负阻抗特性使系统无法稳定运行的问题,提出输入均压、输出均流及输出电压环三环控制策略,最后仿真验证在各模块参数不一致情况下三环移相控制的控制效果明显比传统双环移相控制好。