开关变换器的传输线模型与数字仿真研究

针对变换器的平均分析法无法分析变换器瞬态过程和分布参数对系统动态性能影响的问题,研究了基于变换器传输线建模技术的数字仿真方法,提出了电路元件电容、电感、开关器件和开关变换器的数字离散仿真模型,并进行了实验研究。这种离散建模技术以传输线理论为分析基础,得到的变换器数字仿真模型只与系统组成结构有关,而与系统中的开关状态无关。实验结果表明,与原有的分析变换器暂态过程的离散分析方法相比,该方法使用简单,物理概念明确,由于采用无源线性网络作为建模基础,变换器传输线建模方法的数字仿真算法具有无条件的数值收敛。     

多元件功率谐振变换器的小信号模型

本文介绍了一种基于基频分量近似法的小信号建模方法,目的是解决谐振变换器的控制模型问题。文章以一种多元件级联式谐振变换器为例,运用该方法建立其小信号模型,并且在简化分析的基础上得出相应的等效电路和频率响应图。     

零电压开关准谐振半桥变换器的系统建模和研究

分析了零电压开关准谐振半桥ＤＣ／ＤＣ 变换器的工作原理和主电路谐振元件参数的计算方法, 推出了以ＭＣ３４０６７ 芯片为控制核心的系统闭环模型, 通过原理样机的实验验证, 表明计算方法和系统模型是合理正确的, 为相关变换器的研究打下了良好的基础。     

基于广义状态空间平均的LLC谐振变换器建模及稳定性分析

LLC谐振变换器在航空航天领域中广泛应用,但LLC谐振变换器固有的非线性特性及输出“小纹波”易造成系统失稳。为准确分析LLC谐振变换器非线性特性及输出“小纹波”问题,引入广义状态空间平均(generalized state space averaging, GSSA)理论对LLC谐振变换器进行建模,将时域非线性状态空间模型转化为GSSA模型。并推导基于GSSA理论的闭环系统小信号模型。通过特征值分析法及Nyquist曲线对元件参数、控制参数及参数耦合对系统稳定性影响进行分析,再利用仿真对模型及理论分析进行验证。仿真结果表明,建立的广义状态空间平均模型可以考虑到系统中“小纹波”因素,具有更高的精度。稳定性理论分析结果与稳定性分析仿真验证结果一致。     

降低整数阶无线电能传输谐振频率的分数阶方法

针对谐振无线电能传输谐振频率高而电力电子器件目前较难实现高频大功率开关变换器的问题,提出一种基于分数阶原理降低无线电能传输谐振频率的方法,建立SS型分数阶无线电能传输系统的电路模型,推导其输出功率和传输效率的表达式,通过Matlab数值仿真分析分数阶元件的阶数对谐振无线电能传输参数及特性的影响。研究结果表明,采用分数阶电感、电容元件,可以大幅度降低谐振无线电能传输系统的谐振频率,从而降低开关器件的开关频率,且可以输出比整数阶无线电能传输系统更大的功率。     

调频准谐振变换器系统的非线性全阶建模及符号分析法

基于开关函数建立了准谐振变换器的全阶非线性电路模型 ,并用等效小参量法进行分析 ,可得到全符号表示的谐振元件和滤波元件状态变量的直流解和纹波解。文中分析方法表明 ,利用开关函数的非线性建模及等效小参量分析 ,可统一PWM类及谐振类变换器的分析。     

调频准谐振变换器系统的非线性全阶建模及符号分析法

本文基于开关函数建立准谐振变换器的全阶非线性电路模型，并用等效小参量法进行分析，得到了全符号表示的谐振元件和滤波元件状态变量的直流解和纹波解。文中分析方法表明，利用开关函数的非线性建模及等效小参量分析，可统一PWM类及谐振类变换器的分析。     

CLLLC谐振电路模型改进方法研究EI北大核心CSCD

CLLLC谐振变换器能实现功率双向流动以及全局软开关而广泛应用于电动汽车充电和直流微电网中。文中对CLLLC电路的小信号建模方法和静态建模方法分别进行改进。谐振型变换器,由于其状态变量含高频的开关分量且开关周期平均值为0,因此,无法满足传统状态空间平均法中小纹波假设的条件。对传统扩展描述函数法进行改进,通过正弦和余弦分量的叠加来表示对应的状态变量,并对各状态变量取各模态的加权平均值,建立CLLLC电路的小信号模型。在开关频率小于谐振频率段内,为简化建模中对状态量稳态值的求解计算过程且同时保持高精度,提出一种状态变量优化计算方法,即在等效输出负载中包含开关频率和谐振频率信息,在此基础上对输出电压波形进行简化近似,得到更准确的输出等效负载。该方法可得到与基波近似(fundamental harmonic approximation,FHA)法相同的简化结构,解决了其工作在欠谐振时状态量求解精度低的问题。此外,该模型还可用于电路参数设计,以提高谐振腔参数设计的精度。最后,通过仿真和实验对所提模型进行对比和验证。     

谐振变换器的ZVS软开关同步整流技术研究

以感应电能传输(IPT)谐振变换器为研究对象,研究了谐振变换器的ZVS同步整流(SR)技术。分析了基于SR技术IPT谐振变换器的工作原理,利用系统的谐振工作特性,提出了一种新颖的ZVS软开关SR实现方法。建立了系统频闪映射稳态数学模型,给出了ZVS软开关SR的周期不动点函数、数值求解状态变量及ZVS软开关SR工作周期的算法流程。在设计控制电路的基础上,通过实验验证了提出的同步整流技术的可行性。     

峰值电流模式控制非理想Buck变换器系统建模

为提高开关变换器系统建模的精度,减少模型与实际电路之间的偏差,更好地指导系统芯片设计,基于能量守恒法和开关元件平均建模法,考虑各元件等效寄生参数及电感电流纹波等非理想因素的影响,加之输出电流波动对电路性能的影响,建立包含输出阻抗的非理想Buck变换器功率级小信号模型。在此基础上,对峰值电流模式控制非理想Buck变换器的控制环路进行了非理想参数建模,最终建立起整个峰值电流模式控制的非理想Buck变换器系统小信号模型。通过模型分析以及在Matlab中的仿真可以看出,所建模型直观、有效、实用,且物理意义清晰,能够更加准确地反映实际电路的工作情况。     

LCL谐振型感应电能传输系统参数设计

LCL型谐振变换器已经广泛应用于感应电能传输(IPT)系统中,但目前的研究并没有针对LCL型IPT系统参数设计问题提出有效的方法,以获得预期的性能。对此建立了LCL型IPT系统的互感耦合模型,在此基础上将三阶LCL谐振网络分解为四阶LC-LC谐振网络,提出了一种分步求解谐振网络补偿参数的方法,简化了系统的参数设计难度,针对给定的预期性能设计了系统参数。推导了系统传输功率和效率的表达式,最后通过仿真验证了理论分析的正确性。     

基于临界模式Boost电路与LLC谐振电路的单级交直变换器

提出一种基于临界模式Boost电路与LLC谐振电路的单级交直变换器,由于其通过输入分压与LLC谐振电路的两个开关管各形成一个临界模式的Boost电路,实现了开关管的集成,降低了系统成本。同时Boost电路工作在临界模式,实现了功率因数校正作用,开关管的集成并没有改变LLC半桥谐振电路的软开关特性,降低了变换器中开关元件的损耗,在一定程度上提高了变换器效率。通过一100 W实验样机的实验验证可知,系统满载时功率因数高达0.975,总谐波失真(THD)为21.5%并满足IEC 63000—3—2的标准,效率为90.8%。     

准谐振变换器的变结构控制

以Boost零电流开关准谐振变换器(ZCS-QRCs)为例,首先根据其工作原理建立了高阶动态电路方程,并推导出适合于变结构控制的大信号电路模型;其次根据变结构控制的具体思路选取切换面函数并求取控制率.仿真结果表明该控制方法的有效性,系统具有良好的动态性能和鲁棒性.     

一种简化的LLC谐振变换器小信号分析方法

串联LLC谐振变换器由于其高效率、高功率密度和软开关特性,成为备受关注的DC/DC拓扑.谐振电路因其工作的复杂性,很难建立准确的小信号模型,因此控制器设计困难.这里提出基于时域仿真建立简化小信号模型的方法,设计了一台1 kW的实验样机,通过实验验证了该方法的有效性.     

低电流纹波双向CLLC变换器的研究

为解决LLC电路通常需要大电容滤波的问题,提出了一种基于星型连接的三相型双向CLLC谐振变换器.一方面该变换器在正反两种运行状态时都能实现软开关;另一方面,由于该变换器的输出电流纹波更小,可以减少电路的输出电容.同时也对变换器的模型进行了分析,给出了系统的增益曲线.最后搭建仿真模型和制作一台2 kW实验样机,仿真和实验...     

耦合电感式无源无损缓冲电路的优化设计

耦合电感式无源无损缓冲电路利用耦合电感的漏感与缓冲电容,在功率管开关过程中进行谐振,实现功率管的零电流开通和零电压关断。为了尽量减小开关损耗,并保证可实现软开关的较宽占空比范围,根据功率管的损耗模型并结合缓冲电路实现软开关的条件,提出一种基于该缓冲电路谐振元件参数的优化设计方法。采用该方法设计的耦合电感式无源无损缓冲电路不受最小电压应力无源无损缓冲电路中谐振元件参数的限制,拓宽了软开关的占空比范围,提高了效率。通过一台240W的带有该缓冲电路的Buck变换器原理样机,验证了理论分析和设计的正确性。     

感应电能传输系统分段供电的双自由度鲁棒控制

感应电能传输(IPT)系统在采用分段供电模式时,由于跨区段处励磁磁场强度分布不均,总会引起负载端拾取功率波动,影响系统稳定性及性能。针对IPT系统跨区段供电的输出稳定问题,以LCL谐振电路并联的IPT系统为研究对象,设计一种基于双自由度鲁棒控制的恒压输出策略。借助广义状态空间平均建模方法,结合跨区段处的互感扰动规律,建立参数不确定性模型;基于广义混合灵敏度指标,通过改变输出加权函数增益,得到快速抑制互感扰动影响的H∞鲁棒控制器;在此基础上,推导并设计出用于修正参考输入的前置滤波器;实验结果表明,双自由度鲁棒控制不仅对跨区段互感扰动影响具有较好抑制作用,且能明显改善对参考输入的跟踪响应性能。     

高阶降压式谐振开关电容变换器的潜电路

由于开关电容个数的增加,高阶降压式谐振开关电容变换器较基本降压式谐振开关电容变换器的结构复杂,其潜电路现象更加丰富。该文在分析其构成规律和运行特性基础上,首先以3阶降压式谐振开关电容变换器为例,研究在不同运行条件下出现的潜电路特性,由此推导出n阶降压式谐振开关电容变换器潜电路发生的一般条件。研究结果表明,由高阶降压式变换器潜电路发生条件,可方便地得出各种类型降压式变换器的潜电路条件,证明若n阶降压式变换器满足潜电路发生条件,其低阶电路(n-1, n-2, ?, 2)必定工作在潜电路状态下。最后进行实验验证。     

串并联谐振DC-AC变换器原理分析、建模及仿真

针对串联谐振和并联谐振直流环节变换器存在的谐振峰值电压过高,谐振峰值电流过大的缺点,提出了串并联谐振直流环节变换器拓扑概念。新型软开关变换器的主要优点为：谐振峰值电压可以控制在输入直流电源电压Ｕｓ,谐振频率高,谐振电路开关元件少,控制简单,且各种ＰＷＭ调制策略均可适用。文中分析了该变换器的荼原理,建立了系统的数学模型,进行了多种工作条件下的计算机仿真与实验研究。仿真与实验结果证明了该新型变换器工作     

CCVM-DCVM边界模式定频LCC谐振变换器设计

定频LCC谐振变换器具有传统变频LCC谐振变换器软开关工作、EMI干扰小等优点,显著降低了磁性元件与EMI滤波器的设计难度。但定频LCC谐振变换器存在软开关条件丢失、谐振元件与开关元件电压电流应力大等问题。此外,对于定频LCC谐振变换器,目前还缺乏较好的参数设计方法。针对以上问题,通过定频LCC谐振变换器的功率分析,提出了一种工作于CCVM-DCVM边界模式的定频LCC谐振变换器参数设计方法。该方法在保证变换器软开关工作条件的同时,有效降低了定频LCC谐振变换器中谐振元件与开关元件的电压电流应力。分析了定频LCC谐振变换器工作模态,采用基波近似法建立了LCC谐振变换器等效电路模型,得到了LCC谐振变换器的软开关实现条件。在此基础上,通过变换器的功率分析,得到了变换器元件参数与谐振元件功率的关系,给出了工作于CCVM-DCVM边界模式的定频LCC谐振变换器参数设计过程。最后,通过仿真与实验验证了理论分析与参数设计方案的有效性。