半桥式三电平AC-AC直接变换器

文章提出了基于Buck变换器的半桥式三电平AC-AC直接变换器,有效解决了两电平AC-AC变换器在大容量变换领域中存在的开关管电压应力高、谐波干扰严重等问题,能够将不稳定的交流电转换成同频率质量较高的正弦交流电,电路结构简单,具有高频电气隔离、双向功率流的特点。文章研究了该变换器的电路结构、高频开关工作过程、稳态原理,并采用基于电压瞬时值反馈控制原理,给出了驱动信号原理框图,通过仿真试验,充分验证了半桥式三电平直接变换器理论的正确性和先进性。     

Buck-Boost式三电平单级AC/AC变换器

提出了Buck-Boost式三电平单级AC/AC变换器电路拓扑,该变换器适用于高压场合,具有开关管的电压应力低、单级功率变换、变换效率高、三电平波形、实现升降压输出、输出电压THD较小、负载能力强等优点。该变换器的开关管电压应力是两电平的1/2,大大降低了在高压场合对开关管的电压应力要求。同时,研究了适用于该变换器的电压瞬时值反馈控制策略,该策略能够快速响应输入及输出电压的变化;并根据输出电压、电流的极性,分析了该变换器负载时的四种工作模式;以及该三电平变换器在CCM和DCM模式下的输入输出特性和外特性。实验结果充分证实了该变换器的正确性和先进性。     

一种新型的ZVZCS三电平变换器

提出一种零电压零电流软开关(ZVZCS)三电平直流变换器。该变换器以耦合电感取代常规滤波电感,耦合电感所感应出的电压通过功率变压器反射回初级,使变换器在零状态时的循环电流减小直至零,以实现内管的零电流关断。同时,通过改变耦合线圈的匝比,可任意设置用于电流回零的电压幅值大小,以调节电流回零时间。分析了该变换器的工作原理,并通过仿真和实验样机得以验证。     

全桥三电平变换器的一种新型控制策略

对全桥三电平变换器提出了一种新的脉宽调制控制策略一双移相（Double phase—shift,DPS）控制。对比斩波加移相（Chopping plus phase—shift,CPS）控制,该控制策略大大减小开关管体二极管的损耗,使全桥三电平变换器可以工作在三电平模式和两电平模式,从而提高了变换器的效率。同时保持开关管的电压应力只有输入电压的一半,使该变换器非常适合高压输入的场合,并实现所有开关管的零电压开关。此外,全桥三电平变换器输出滤波电感比传统全桥变换器也大为减小。副边整流二极管的电压应力得到了降低。由于变换器的输入电流纹波很小,输入滤波器也得到了减小。本文详细分析全桥三电平变换器在双移相控制策略下的工作原理,讨论参数设计,并且给出实验结果。     

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。     

全桥三电平变换器的一种新型控制策略

本文对全桥三电平变换器提出了一种新的脉宽调制控制策略——双移相(Double Phase-Shift,DPS)控制。对比斩波加移相(Chopping plus Phase-Shift,CPS)控制,该控制策略大大减小了开关管体二极管的损耗,从而提高了变换器的效率,同时保持了变换器原有的优点。     

隔离式SEPIC三电平AC-AC变换器的研究

电力电子装置已在电力系统中得到了越来越广泛的应用,代表之一就是交流调压稳压装置.但是目前的交流调压稳压器多数采用AC-DC-AC的变换方式,这种调压稳压器不仅体积大、噪音大,而且开关管的电压应力大、输出电压波形质量低.提出了一种新型的隔离式交-交变换器,它是在sepic变换器(单端初级电感转换器)的基础上引入了推挽式变...     

一种新颖的零电压开关PWM组合式三电平变换器

该文提出一种新颖的零电压开关组合式直流三电平变换器,它实质上是由半桥三电平变换器和全桥变换器组合而成.该变换器所有开关管的电压应力均为输入电压的一半,特别适用于高压输入场合;其输出整流电压交流分量很小,可以大大减小输出滤波器的体积,提高变换器的动态性能;其输入电流脉动很小,可以减小输入滤波器;此外,该变换器可以在三电平和两电平两种模式下工作,输入整流二极管电压应力小,适合于宽范围输入电压场合.该文介绍了该变换器的工作原理及其特性,并给出实验结果.     

一种新颖的ZVZCS-PWM三电平变换器研究

由于三电平变换器的主开关管电压应力为输入电压的50%,因而该变换器在高电压输入场合获得了广泛的应用.三电平变换器采用移相控制可实现超前桥臂的零电压开通,但与通常的移相桥式变换器一样,其滞后桥臂较难实现软开关.针对这一问题,提出了一种利用变压器次级辅助电路实现滞后桥臂零电流关断的零电压零电流开关脉宽调制(Zero-Voltage and Zero-Current-Switching Pulse Width Modulation,简称ZVZCS-PWM)半桥式三电平变换器,该变换器在宽负载范围内实现了滞后桥臂的零电流软开关(Zero-Current-Switching,简称ZCS-PWM),解决了难以实现滞后管软开关的难题.详细分析了该变换器工作原理及超前桥臂和滞后桥臂软开关的工作条件,在此基础上设计并制作了一台实验样机,得出令人满意的实验结果.     

推挽式高频链三电平AC/AC变换器的分析与仿真

提出了由多电平变换器、高频变压器、输出周波变换器等构成的推挽式高频链三电平AC／AC变换器电路拓扑,有电路简洁、两级功率变换、双向功率流、高频电气隔离的特点,能够将不稳定畸变的交流电变换成同频率稳定的正弦交流电,为实现新型电子变压器、正弦交流稳压器和交流调压器提供了技术基础。分析了该变换器的工作模式、稳态原理与电压瞬时值反馈控制策略,给出了变换器外特性公式,得出了可以减小滤波电感并能降低主开关管电压应力等结论,通过PSPICE仿真证实了该变换器的正确性和先进性。     

隔离式三电平交-交直接变换器

提出一种新型的隔离式三电平交一交直接变换器,该变换器可将不稳定的电网电压变换成稳定可调的优质正弦交流电.隔离式三电平交一交直接变换器拓扑由2个隔离式丘克(Cuk)变换器叠加组合而成,应用具有双向阻断功能的交流开关单元实现交流斩控.从理论上分析了该变换器的工作原理以及输出电感上出现的3种电平,公式推导了变换器输入/输出关系,制定了电压瞬时值反馈高频交流斩波的控制策略,给出了控制电路原理框图.通过对变换器建模仿真,结果证明了理论分析和控制策略的正确性,验证了变换器具有电气隔离、功率密度高、开关电压应力低、输出电压纹波小等特点.     

一种降压/升压式开关电容AC-AC变换器设计

提出了一种新型降压/升压式开关电容AC-AC变换器,能够实现电压增益为1/4或4的交流变换。阐述了变换器的主电路拓扑结构,分析了在低频和高频条件的基本工作原理,并根据变换器的等效内阻公式给出了等效电路模型。为验证理论分析的正确性,搭建了一台功率等级为500 W开关频率为50 k Hz 220 V/55 V的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。     

改进型Zeta式三电平AC/AC变换器

为进一步提高高压电能变换领域输出波形的质量,基于多电平技术的相关原理,提出了无中间直流环节的改进型Zeta式三电平AC/AC变换器,进一步介绍了该变换器的电路结构、电路拓扑和高频控制策略。利用仿真软件Pspice建立了改进型Zeta式三电平AC/AC变换器的电路仿真模型,给出了该变换器闭环控制的主电路图,对其进行了闭环控制仿真验证,得出了闭环控制电路各部分的输出波形,并在输入端交流信号波动的情况下测试了输出端的稳压性能。结果表明:该改进型Zeta式三电平AC/AC变换器的拓扑结构简单,设计原理正确,控制方法简单可行,有较好的稳压功能。     

三电平直接矩阵变换器的SVPWAM策略

三电平直接矩阵变换器(TLDMC)与常规矩阵变换器(MC)相比,能够大幅降低输出波形总谐波畸变率和开关应力;与现有的多电平交-直-交型变换器相比,其在减少开关数量和降低开关损耗方面更具优势。提出了针对TLDMC的空间矢量脉宽幅值调制(SVPWAM)策略,该策略通过消除每个扇区的零矢量,能够降低开关频率,并提高电压利用率。根据TLDMC的拓扑,论证TLDMC的间接调制模型;针对TLDMC的调制,将虚拟整流器由零矢量调制改进为SVPWAM,虚拟逆变器采用虚拟空间矢量脉宽调制(VSVPWM)。仿真和实验结果验证了所提方法的正确性。     

Boost型三电平AC/AC变换器

针对高输出交流电压的升压场合,研究Boost型三电平AC/AC变换器。相比于Boost型两电平AC/AC变换器,该变换器通过增加开关管数量和引进飞跨电容,构造了中间电平,可使开关管的电压应力降低一半,滤波器重量体积大大减小。其拓扑可以看成是两个输出电压极性相反的Boost型三电平DC/DC变换器组合而成,该变换器输入输出电压同相位,其飞跨电容电压等于输出电压的一半。详细分析其电路工作原理,给出一种新颖的控制策略,可对输出电压和飞跨电容电压同时进行控制;研制一台原理样机,给出了实验波形与测量结果。实验结果证实了理论分析的正确性和控制策略的可行性。     

带输出饱和电感的零电压开关PWM三电平直流变换器

本文针对常规的零电压三电平直流变换器存在滞后桥臂全负载范围实现零电压困难,副边占空比丢失,输出二极管的寄生震荡及电压尖峰等问题,提出了输出带钴基非晶饱和电感的零电压三电平变换器。实验样机表明,采用电流峰值控制后,能有效弥补传统零电压三电平不足,易于实现中大功率DC DC变换。     

适用于Boost三电平变换器的模型预测控制方法

相比于传统的双闭环控制,模型预测控制(MPC)具有动态响应快、无需调节PI参数以及可以增加系统状态变量约束等优点,被广泛应用于DC-DC变换器的控制中。而在大多数的研究中,一般采用的是有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)方法,但这种控制方法无法提供固定的开关频率。因此,针对Boost三电平变换器,提出了一种基于连续控制集模型预测控制(CCS-MPC)的固定开关频率控制方法,其可同时实现输出电压控制以及平衡输出侧中点电位2个控制目标,并且在评价函数中无需调节不同控制目标的权重系数,简化了控制器参数设计难度。通过MATLAB/Simulink软件和dSPACE实时仿真系统进行仿真与实验,结果都证明了理论分析的正确性。     

一种新型双向三电平倍流LCL-T谐振直流变换器

随着蓄能锂电池恒流充电方式的普及,针对双向车载充电机中传统电压源直流变换器不具备自然恒流输出问题,提出一种新型双向三电平倍流LCL-T谐振直流变换器,其由LCL-T谐振结合三电平级联中性点箝位有源桥构成。由于耦合变压器级联的特殊方式,有源桥各子桥臂可独立或并行工作,据此可设计不同的调制方式控制谐振腔输入电压,建立变换器一倍、二倍准恒流模式。为实现双向功率传输特性一致,谐振腔器件参数采用对称设计,进而研究了一种受归一化频率f_n、品质因数Q控制的LCL-T谐振准恒流输出,并考虑无功功率控制和实现开关管零电压开通,设计满足给定准恒流输出精度的输出工况筛选算法。最后通过所搭建的仿真平台和实验样机证明所提变换器在各模式下均能实现给定精度内的准恒流输出。     

三电平矩阵变换器的电路拓扑与控制策略

多电平矩阵变换器(MMC)是在传统矩阵变换器(CMC)和多电平逆变器的基础上提出的一种新颖的电力变换装置,区别于以往将三电平矩阵变换器用两电平运行的调制策略,提出了三电平矩阵变换器的三电平运行调制策略,并可以推广到多电平。介绍了三电平矩阵变换器拓扑电路的生成,分析了构成拓扑电路的H桥开关单元工作状态,并详细地讨论了支路连接操作规律和开关单元操作规律。论述了基于空间矢量调制原理所产生的19个基本空间矢量及其构成的六边形空间矢量图,并提出了三电平运行时的调制策略。构建了Matlab/Simulink的三电平矩阵变换器的仿真模型,进行了仿真试验。仿真结果验证了调制策略的正确性,输出线电压形成5个电平的正弦波形,比传统的二电平矩阵变换器的输出波形更接近正弦波,谐波含量更低。     

磁轴承中三电平全桥变换器的混沌现象分析

针对脉冲宽度调制模式下采用比例控制的三电平磁轴承开关功率放大器的非线性现象进行了研究,采用频闪采样法建立了全桥变换器的离散映射模型,并基于此模型分析了全桥变换器的分岔稳定性和混沌特性,展示了全桥变换器混沌现象的动态演化过程。利用数值计算确定了电流控制器比例系数、载波频率和母线电压的稳定调节范围,并计算了李雅普诺夫指数图验证混沌现象存在。仿真及实验结果表明降低电流控制器比例系数和母线电压,提高载波频率有利于消除混沌现象,从而提高三电平全桥变换器的稳定性。