独立输入并联输出全桥隔离DC-DC变换器直接功率平衡控制

以电力电子变压器为应用背景,对其中的独立输入并联输出全桥隔离DC-DC变换器展开研究。在电力电子变压器中,当各个输出并联全桥隔离DC-DC变换器电路模块的参数不匹配或各模块输入电压幅值不相等时,会造成各全桥隔离DC-DC变换器模块间传输功率不平衡现象,导致器件过流,严重时损坏开关管等器件。为实现各DC-DC模块功率平衡传输,基于直接功率控制思想,提出了独立输入并联输出全桥隔离DC-DC变换器功率平衡控制方法。此外,在大功率输出的情况下,为实现各并联DC-DC模块功率容量的充分利用,补充分析了部分单元模块过功率工况下的直接功率平衡控制方法。最后,基于RT-LAB和TMS320F28335的半实物实验平台对所提出的功率平衡控制方法进行验证。     

基于双重移相控制的双向全桥DC-DC变换器最小回流功率分段优化控制

双向全桥DC-DC变换器以其重量轻、高功率密度、能量双向流动等优点成为直流微电网中不可或缺的一部分。但双向全桥DC-DC变换器在传统的单重移相控制下存在回流功率和电流应力等问题,尤其当输入电压和输出电压不匹配时,回流功率和电流应力会显著增加。针对输入电压和输出电压不匹配的情况,该文提出了一种双向全桥DC-DC变换器在双重移相下的最小回流功率控制策略。该控制策略通过对回流功率进行分段优化,得到了变换器在不同传输功率范围下的最优移相角。通过将所提控制策略和传统的双重移相控制进行对比分析,发现该文所提控制策略具有更小的回流功率和电流应力,提升了变换器的效率。最后基于所提控制策略搭建了实验样机,实验结果验证了控制策略的正确性和有效性。     

基于三重移相的双向全桥DC-DC功率特性分析

为了提高双向全桥DC-DC变换器的效率,在现有的双重移相控制方式的基础上,一种三重移相控制方式被提出。主要分析三重移相控制方式的工作原理,以及该控制方式下的双向全桥DC-DC变换器工作模式,通过数学建模,推导相关的数学表达式,并分析了相关的变换器功率特性。同时,将三重移相控制方式与双重移相控制方式进行了对比。三重移相控制不仅保留了双重移相控制的优点,而且在实现降低变换器的电流峰值、电流有效值和无功功率,以及提高系统效率等方面具有更明显的优势。最后通过仿真验证了三重移相控制的优越性。     

分布式供电系统中负载变换器的输入阻抗分析

直流分布式供电系统由多个子系统组合而成,子系统之间的相互作用容易导致系统稳定程度和动态性能降低,甚至于不稳定。通常,恒功率负载具有的负阻抗输入特性是导致级联系统不稳定的主要原因。该文针对直流变换器在恒功率负载的情况下,以分布式供电系统中负载变换器的输入阻抗作为标准化研究的对象。该文以分布式供电系统中常见的同步整流Buck变换器为例,详细分析了变换器的输入阻抗随功率等级、开关频率和控制方式变化时的规律。并进一步通过实验验证了理论分析的正确性。实验结果为将来制定出Buck类DC-DC模块的输入阻抗的标准打下基础。     

基于DSP的移相全桥变换器的研究

研究了以全桥变换器作为主电路拓扑、以TMS320LF240x系列DSP作主控芯片、以移相控制方式作为控制方案的移相全桥软开关DC-DC变换器.由DSP发出移相控制信号并经芯片IR2110驱动放大,在移相驱动信号的控制下可以实现全桥变换器主功率开关的ZVS.进行了系统软件和硬件的设计,并安装了实验样机,实验结果表明设计方案正确,软开关效果良好.     

基于双重移相控制的双向全桥DC-DC变换器动态建模与最小回流功率控制

通过分析双重移相控制下双向全桥DC-DC变换器的软开关约束条件及功率传输特性,提出了满足软开关条件的基于最小回流功率的双重移相控制策略,建立了双重移相控制下变换器的动态小信号模型。最后,通过实验样机,分析了基于最小回流功率双重移相控制策略的变换器动态和稳态特性,对动态模型和最小回流功率控制策略进行了验证。实验结果表明了采用基于最小回流功率控制对提高变换器效率的有效性。     

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。     

双向全桥DC-DC变换器的回流功率特性分析

为了减小双向全桥DC-DC变换器在传统单移相控制方式下进行功率传输时的回流功率,在传统单移相控制方式的基础上提出一种非对称占空比移相控制方式,该方式开关管的导通占空比不对称,不仅可以扩大传输功率的调节范围,还可以减小功率传输过程中的回流功率与电流应力。分析传统单移相控制与所提出控制方法的工作原理,并对所提出的控制方法进行工作模态分析以及建立稳态数学模型。对比分析了传统单移相控制和所提控制2种方式下的回流功率,所提控制方式下的回流功率和电流应力相对较小,传输功率调节范围扩大。最后,通过仿真结果验证了非对称占空比移相控制方式在减小双向全桥DC-DC变换器回流功率方面的优越性。     

一种混合调制型三路输出DC-DC变换器

提出一种基于LLC谐振电路和移相全桥电路的混合调制型三路输出DC-DC变换器,根据LLC谐振电路与移相全桥电路不同的调制原理,采用脉冲频率与移相混合的调制方式实现三路输出的调节。该文提出的变换器可以等效成一个输入并联-输出串联结构的LLC谐振电路和两个移相全桥电路,由于LLC谐振腔的存在,开关管可以在全负载范围内实现零电压软开通;移相全桥电路的辅助电感无需特别设计,可以减小由辅助电感引起的占空比丢失的问题。本文对提出的变换器的工作原理与工作特性进行了详细的分析,并通过一台输出功率1.4kW的原理样机,验证了所提出变换器的有效性。     

一种新型全桥零电压转模 PWM DC-DC变换器

针对移相全桥ZVS PWM DC-DC变换器滞后桥臂零电压开关范围窄、占空比丢失严重以及转换效率较低等缺点，该文提出了一种新型的全桥ZVT PWM DC-DC变换器拓扑。这种电路在传统移相ZVS PWM DC-DC变换器的基础上增加了两个无源网络，其中一个并联在原边的主电路中，为滞后桥臂实现零电压开关提供条件；另一个串联在变压器的副边，以减小变压器的导通损耗。这种电路有宽零电压负载范围，占空比丢失小等优点，可以提高了开关电源的效率，且输出性能好。该文分析了变换器的工作原理以及滞后桥臂零电压开关的实现条件。该文采用了DSP作为控制芯片，实现了系统的双闭环控制。最后研制了一台功率为600W，工作频率为100kHz的样机，实验结果验证了这种新型全桥ZVT PWM DC-DC变换器相关理论的正确性。     

分布式电源系统中变换器的输出阻抗与稳定性分析

稳定性问题是分布式电源系统的关键问题,它由源变换器的输出阻抗和负载变换器的输入阻抗共同决定.采用理论分析和实验相结合的方法,对连续导电模式(continuous conduction mode,CCM)下Buck型DC-DC变换器输出阻抗的小信号模型、影响因素及优化设计方法进行研究,为制定分布式电源系统中变换器的阻抗标准提供了参考依据.给出一种实用的电流扰动测试法,可以测量变换器的输入、输出阻抗以及级联变换器的阻抗比.采用此方法对搭建的一个级联式DC-DC变换器系统的阻抗比进行测量,并根据阻抗比禁止区对系统的稳定性进行判断.     

High-Voltage DC-DC Converter Topology for PV Energy Utilization—Investigation and Implementation

This paper exploited the utilization of photovoltaic (PV) energy system with high-voltage (HV) output DC-DC converter. Classical boost converters are used for both renewable energy integration and HV applications, but limited by reducing output/efficiency in performance. Moreover, as parasitic elements suppress the power transfer ratio, converter needs to maximize the PV energy utilization. This investigation study focused to include additional parasitic elements (voltage-lift technique) to a standard DC-DC buck converter and to overcome all the above drawbacks to maximize the PV power generation. The proposed power circuitry substantially improves the output power gain transfer ratio and a prototype hardware module is implemented using industrial standard DSP TMS 320F2812. Numerical simulation development followed by an experimental prototype implementation is carried out in this investigation. A set of numerical and experimental results is provided in this paper, which show close conformity with the theoretical background.     

新能源发电系统用多相耦合交错型双向DC-DC变换器及控制研究

本文重点研究新能源发电系统用双向DC-DC变换器及其控制策略,提出一种多相耦合交错型磁集成Buck-Boost变换器应用于新能源发电系统中储能系统能量双向传递。首先对多相磁集成双向DC-DC变换器进行耦合电感研究,分析两相耦合Buck变换器等效电感并给出电感耦合设计准则;针对电感耦合交错型变换器的多开关状态、高阶化及电感电容复杂扰动的特点提出一种平均值电路法建立其小信号模型,并推导出状态变量到控制变量的传递函数;根据变换器开环稳态特性,进行补偿网络设计,提出基于趋近律的自适应电流控制策略并设计基于电流环补偿控制器。最后通过仿真和实验表明,本文提出的控制方法较传统PI控制可同时改善系统稳态及暂态性能。     

双有源桥DC-DC变换器虚拟直接功率控制策略

动态响应特性是双有源桥(Dual Active Bridge,DAB)DC-DC变换器的一个关键指标。为了提高DAB DC-DC变换器在系统发生扰动时的动态响应速度,在单移相控制的基础上,结合直接功率前馈控制(Direct Power Feed-Forward Control,DPFFC)策略,提出了一种虚拟直接功率控制(Virtual Direct Power Control,VDPC)策略,并建立了VDPC策略下系统发生扰动时的小信号模型,该控制方法无电感、无变压器变比等电路参数参与控制,提高了控制方法的兼容性。最后,在Matlab/Simulink仿真平台上,对虚拟直接功率控制和直接功率前馈控制进行了对比仿真,仿真结果表明:在DAB DC-DC变换器输入电压和负载发生扰动时,虚拟直接功率控制方法具有更快的动态响应性能,且能保证输出电压基本不变。     

附加电感电流线性反馈控制的级联DC-DC变换器稳定性提升方法

源变换器和负载变换器的相互作用会导致级联DC-DC变换器的不稳定问题,因此,提升级联系统的稳定性很有必要。针对上述问题,将特征值灵敏度应用到级联DC-DC变换器的时域模型中,无需计算源变换器输出阻抗和负载变换器输入阻抗,从时域角度提出了附加电感电流线性反馈控制的级联DC-DC变换器稳定性提高控制方法。同时,基于时域模型直观分析了新引入的控制变量对系统稳定性的影响。最后,通过仿真和实验验证了所提控制方法的有效性。     

应用于储能变流器的LLC/CLLC谐振变换器综述

针对储能变流器中高效隔离型DC-DC变换器的应用需求,首先分析了储能变流器高电压输入、宽电压输出及大功率的特点,着重比较分析了LLC/CLLC变换器实现宽电压调节范围、高压大电流输出的方法,并介绍了其软启动控制技术,然后对比LLC变换器分析了CLLC变换器的特点,探讨其应用于高压大电流变流器所面临的问题,最后介绍了两种拓扑在储能中的应用。谐振变换器是实现储能变流器DC-DC环节高效能量传输的有效途径,大功率LLC谐振技术相对CLLC更加成熟。随着大功率谐振技术的发展,LLC/CLLC谐振变换器将在高压、大功率储能系统中具有非常广阔的应用前景。     

PWM DC-DC变换器混杂动态系统的能控性和能观性

在PWM DC-DC变换器研究中引入混杂动态系统和切换线性系统的概念和相关理论,研究PWM DC-DC变换器的能控性和能观性.首先将PWM DC-DC变换器建立为周期型切换线性系统模型,然后根据周期型切换线性系统的一个周期之后和多周期的能控性和能观性定义及定理,以Buck PWM变换器为例,分析变换器一个周期之后和多周期的能控性和能观性,最后对Buck PWM变换器进行能控性实验验证.实验结果表明,在负载阶跃变化的情况下,变换器输出完全可以控制并且稳定在设计值,这和Buck PWM变换器作为周期型切换线性系统模型的能控性分析结果是一致的.本文的研究还表明,研究方法也适应于其他功率变换器能控性和能观性的研究.     

直流微电网中变换器阻抗特性及系统稳定性研究

针对直流微电网中变换器阻抗特性及稳定性问题,从系统级高度将变换器的输出阻抗作为研究对象,对适用于光伏系统中的连续导电模式（CCM）下Boost型变换器进行小信号建模,得到变换器的开环输出阻抗。分析了变换器在下垂控制方式下的闭环输出阻抗的小信号模型及其影响因素,总结出规律性结论,便于对直流微电网的稳定性进行分析。最后,根据阻抗比判据,分析了线路中不同寄生电容对系统稳定性的影响。仿真结果验证了上述分析的正确性。     

一种新型高效率的服务器电源系统

具有宽输入电压范围的服务器电源系统由功率因数校正级(PFC)和DC-DC级组成。为了提高PFC级在低压输入时的效率，可以适当降低其输出电压。此时在整个输入电压范围内母线电压的变化较大，后级变换器的拓扑选择和设计就显得尤为重要。复合式全桥三电平变换器(HFB TL)的特点是功率器件电压应力低，环流能量少和输出滤波电感小，适用于宽输入电压范围。本文从器件应力，磁性元件尺寸和损耗分布三方面比较了传统的移相控制全桥变换器(PS FB)和HFB TL变换器。并与PFC级变换器组合，构成三种服务器电源的整机方案。最后研制三台原理样机，对三种整机方案均进行了实验验证。     

三种服务器电源系统的比较分析

全球输入电压范围的服务器电源系统由功率因数校正级(PFC)和DC-DC级组成。为了提高PFC级在低压输入时的效率,可以适当降低其输出电压。此时在整个输入电压范围内母线电压的变化较大,后级变换器的拓扑选择和设计就显得尤为重要。复合式全桥三电平变换器(HFB TL)的特点是功率器件电压应力低,环流能量少和输出滤波电感小,适用于宽输入电压范围。该文从器件应力,磁性元件尺寸和损耗分布三方面比较了传统的移相控制全桥变换器(PS FB)和HFB TL变换器。并与PFC级变换器组合,构成三种服务器电源的整机方案。最后研制三台原理样机,对三种整机方案均进行了实验比较。