高动态响应的Buck-Boost变换器的边界控制

应用状态轨迹预测的方法,调节Buck-Boost变换器电压输出.根据在一个假定的开关动作后预测电压输出,设计二阶开关面,在一个开关周期内就可引导系统轨迹到达目标工作点,具有大信号稳定性,对负载扰动及电源扰动均有很强的自适应性,通过仿真验证了理论的正确性.     

一类不确定的Buck型直流斩波器的自适应逆推设计

在同时考虑负载和电源扰动的情况下,基于自适应逆推控制原理设计控制器,驱动Buck型直流斩波器工作,使其输出电压能准确地跟踪参考输出电压轨迹,并能保证控制目标的渐进稳定性,以及对系统存在的参数不确定性具有很强的鲁棒性和自适应性.此控制器的有效性通过仿真实例获得验证.     

开关变换器多频率控制方法研究

提出并研究了一种新颖的开关变换器控制方法——多频率(multifrequency)控制方法。该方法在每一个开关周期结束时刻采样输出电压,对其所处的电压区间进行判断,并由此采用相应频率的不同控制脉冲对开关变换器进行控制,以调整变换器输出电压。多频率控制方法具有控制算法简单、开关变换器稳定性好、瞬态响应速度快、电磁干扰噪声小、轻载效率高等优点。相比于双频率控制,多频率控制不仅可以拓宽开关变换器输出功率范围,还可以降低开关变换器输出电压纹波。实验结果验证了理论分析的正确性。     

基于模糊DSVM控制策略的异步电机直接转矩控制

针对传统的异步电机直接转矩控制系统低速转矩脉动大、磁链轨迹内陷、电流畸变严重以及开关频率不固定等缺点,基于离散空间电压矢量调制（DSVM）技术和模糊控制技术提出一种改善异步电动机直接转矩控制系统低速运行性能的控制策略。将一个控制周期细分为朋个时间片,每个时间片输出1个电压矢量,可以合成多个等效的空间电压矢量,供控制策略选择,优化了开关选择表。采用模糊控制器选择电压工作矢量,取代传统的滞环比较控制器。仿真结果表明,改进的DSVM控制策略及模糊控制算法的应用,有效改善了直接转矩控制的低速运行性能。在开关频率恒定的前提下,低速时磁链轨迹趋于圆形,电流谐波分量明显减少,平均转矩脉动降低为3．1％。     

基于Boost变换器的峰值电流预测控制算法

针对直升机时间域瞬变电磁(helicopter transient electromagnetic,HTEM)发射系统对电流响应快速跟踪的技术需求,提出一种基于Boost拓扑电路的峰值电流数字预测控制算法.通过采样当前开关周期的输入电压、输出电压和电感电流,预测下一个开关周期结束时刻的电感电流,进而推导出占空比,使电感电流在一个开关响应周期实现对参考值的跟踪,提高电流的瞬态响应速度,并通过伯德图对闭环系统的稳定性和快速性进行分析.控制算法不仅简单,而且易于在数字信号处理器(digital signal processors,DSP)上实现.最后,通过软件仿真和实验对提出的控制算法进行了验证.     

电压控制型Buck变换器的混沌控制

在某些电路参数条件下,电压控制型Buck变换器会出现混沌,其工作性能恶化。为了有效控制该变换器中的混沌,该文结合状态反馈和参数扰动提出了一种混合控制策略,该策略不依赖变换器的内部电路参数,仅通过调整一个外部可调参数,可将该变换器的混沌状态控制在周期1、2、4、8轨道。通过分析外部可调参数变化时输出电压的分岔图、周期状态的相图、周期状态的电感电流波形、周期状态的输出电压波形和周期状态的开关逻辑图,验证了该混合控制策略的有效性。     

DC/DC变换器电流模式数字控制电路研究

针对电压控制型开关电源是一个二阶的有条件的稳定系统,响应速度慢,稳定性不够,因此可在电压单闭环控制基础上增加电流控制环,形成双闭环控制系统,以提高系统的响应速度和稳定性。本文通过分析电流模式数字控制电路的静态和动态特性,建立了数字控制电流型PS-FB ZVSPWM DC/DC变换器闭环小信号模型和小信号传递函数模型,在积分控制工作方式下,选取不同的积分、微分系数,在负载阶跃扰动时得到了输出电压的单位阶跃响应曲线,通过实验得到了负载突变时开关脉冲及输出电压的动态响应曲线。     

基于相空间重构的电能质量扰动特性提取方法

将相空间重构方法引入电能质量领域,对电压暂降、电压瞬升、电压中断、电压尖峰、谐波及闪变6类电能质量扰动事件进行研究.利用相空间重构将实域的扰动信号映射到二维相平面,构造不同扰动的信号轨迹.将轨迹幅值归一化进行编码,将信号轨迹转变为二进制图像.针对该图像,定义了最大偏差、载体相似度、扰动覆盖区域和平均幅度4项特性指标.对6类扰动波形分别进行特性计算,结果表明,尖峰波形的最大偏差、谐波波形的载体相似度、闪变的扰动覆盖区域特性明显与其它扰动不同,利用平均幅度特性可以分辨暂降、瞬升和中断.通过提出的4项指标可以有效提取特性扰动进行识别.     

补偿因子可调逆变器电压外环线性自抗扰控制

为了提高微电网逆变器在参考电压变化和负载扰动下输出电压的暂态性能,提出将补偿因子视为可调参数的线性自抗扰控制（LADRC）策略. 通过建立同步旋转坐标系下的微电网逆变器模型,结合电流环比例调节器,设计以输出电压为状态变量的二阶LADRC;利用根轨迹和频域特性曲线分析补偿因子对系统稳定性、动态性能和抗干扰能力的影响,为补偿因子的调节提供理论依据;在此基础上给出LADRC和电流调节器控制参数的设计过程;并进行对比仿真和实验. 仿真分析和实验结果表明：通过适当减小补偿因子可以加快电压响应速度,减小超调,提高系统抗负载扰动能力.     

T型三电平逆变器在不间断电源中的实现

针对两电平不间断电源（UPS）输出电压总谐波畸变率高的问题,本文设计的单相T型三电平不间断电源有效的降低了输出电压总谐波畸变率。首先根据开关频率和电压应力的要求,对T型三电平逆变器的开关器件和LC滤波器进行了硬件设计。然后,在开关函数模型中加入零电平电压,使逆变器输出三电平电压,有效的减少了输出电压中谐波的含量。最后,通过MATLAB/SIMULINK的仿真和6 kW不间断电源样机在阻性负载、非线性负载下的实验;得到了实验波形和0.23%的输出电压总谐波畸变率,结果验证了硬件设计的正确性,输出电压总谐波畸变率低于IEEE标准中5%的要求。     

基于电容器充电回路的LC等效电路的电压调节

为了实现大功率开关电容变换器的电压调节，对采用电容器充电回路的LC等效电路的电压调节方法进行了研究。具体实现是通过对电容器充电电流和电容器的充-放电过程的分析，得出输出电压调节可以通过改变正弦充电电流的开关角度来实现；同时为了降低开关杂散电感中的功率损耗和电磁干扰噪声，需要利用MOSFETs的第三象限工作和专门的杂散电感配置；采用2个开关电容器原型板构建的具有可变输出电压调节能力的倍压器的分析和实验结果表明，本文提出的电压调节方法不仅能够实现软开关的作用，而且其效率要高于采用传统方法的理论最大效率值。     

组合型DC/DC变换器控制策略研究

为了提高变换器输出功率,实现开关管的ZVS,根据两组以上变换器交错并联的电路拓扑,提出了一种带辅助网络的两路交错并联DC/DC变换器的控制策略.该控制策略可以实现变换器次级电压的交错,使得滞后桥臂利用另一全桥变换器产生的交错电流实现ZVS.最后运用Saber软件进行了仿真和实验,实验结果验证了该控制策略的正确性.这对大功率开关电源的研究具有实际指导意义.     

输入输出电流连续的非隔离直直变换器

针对航天器电源系统的应用背景,提出输入输出电流连续的非隔离变换器拓扑.该类变换器具有输入输出电流纹波小的特点,能够显著地减少变换器的输入输出电容容量,特别适合对体积和可靠性要求较高的航天应用领域.在传统非隔离变换器的基本结构基础上,根据电感电流不能突变的原理,通过对开关单元的构造,提出能够实现输入输出电流连续的非隔离变换器拓扑结构和开关单元,通过组合推演得到输入输出电流连续的非隔离变换器.给出该族拓扑的推演过程,以其中一拓扑为例进行仿真分析及实验验证.仿真与实验结果表明所提推演方法的有效性,验证了该类变换器具有输入输出电流连续的特点.     

三绕组耦合电感组成的交错并联基本单元

提出了一种三绕组耦合电感组成的交错并联基本单元结构,并演绎出了一系列适用于大电流、高增益或高降压变换场合的DC/DC拓扑族.采用有源箝位软开关电路无损地转移了漏感能量和消除了主开关管上的电压尖峰.在整个开关周期内,主开关管和辅助开关管都是零电压软开关动作,减小了电路的开关损耗.三绕组耦合电感的漏感限制了输出二极管关断电流的下降速率,抑制了二极管的反向恢复电流.总结了一系列采用三绕组耦合电感和有源箝位软开关电路组成的交错并联DC/DC变换器拓扑族.最后,设计了一台40 V输入、380 V输出的1 kW Boost变换器试验样机,实验结果与理论分析一致.     

Input series output parallel based multi-modular boost half bridge DC-DC converter with a dynamic control scheme

Multi-modular system plays an important role in power system architecture because low voltage and low power converters can be connected in any combination parallel or series at input/ output side in order to obtained any given power system specifications. Multi-modular boost haft bridge DC-DC converter in the configuration of input series output parallel has been investigated in this paper. The boost half bridge DC-DC converters are connected in input series output parallel con- figuration in order to achieve equal input voltage sharing and output current sharing between the con- verters. This can be achieved with the help of dynamic control scheme which consists of two loops, a voltage loop and a current loop, for each module. Dynamic behavior of multi-modular converter configuration has been observe by varying the load condition. Moreover, the results obtained through multi-modular converter describe that the system has good dynamic and steady state response. Al- though two converter modules are focused in this paper but it can be modified to any number of modules.     

软开关DC／AC变换器原理分析及谐振环节参数设计

导出了ＤＣ／ＡＣ变换器谐振直流环节电压波形可靠回零所依赖的最小初始条件和谐振开关所需的最小导通时间ｔ１ｍｉｎ。证明了电机负载电感Ｌ２及电阻Ｒ２对系统谐振特性影响较小,可用一恒流源代替的结论。讨论了谐振频率及谐振参数的选取方法,给出了谐振频率ω,谐振参数Ｌ、Ｃ,谐振电感初始预充电电流ＩＬ０及谐振峰值电压ＶＣｍａｘ之间的关系曲线。     

基于状态反馈精确线性化Buck变换器的微分平坦控制

针对Buck变换器由于输入电压和输出电流等外部扰动及电路参数摄动等不确定因素引起系统输出电压变化的问题,提出一种基于状态反馈精确线性化的微分平坦控制方法。根据状态空间平均方程建立了变换器的仿射非线性模型,通过坐标变换推导出状态反馈控制率。在状态反馈精确线性化模型基础上,设计了微分平坦控制器,同时将扰动观测器嵌入控制器中,进一步提高了系统对电路参数摄动和外部扰动等内外干扰的处理能力。最后应用灵敏度理论分析了变换器的稳定性,可知减小电感量、增大电容值有利于提高系统的稳定性。实验结果表明,与传统PI控制方法相比,本文所提控制方法对输入电压和输出电流扰动具有更强鲁棒性,输出电压纹波更小,且系统响应速度能提升近50%。本文研究对DC-DC变换器控制器的设计具有参考意义。     

三电平双模块并联协同特定谐波消除脉宽调制

针对中压大功率并网变流器开关频率低、并网电流谐波大等问题,提出适于中性点钳位型（NPC）三电平双模块并联网侧变流器特定谐波消除脉宽调制（SHEPWM）分频段协同控制策略. 通过在低频段控制双模块各自输出谐波为零,在高频段控制并网双模块输出总的谐波为零,有效地提高双模块并联系统电流谐波性能. 为了抑制器件死区引起的并网电流中5次、7次谐波,引入频率自适应广义积分控制器. 该控制器在离散域直接设计参数,避免数字化过程导致控制器性能偏差. 仿真和实验结果验证了所提控制策略的有效性、优越性.     

数字控制开关变换器瞬态性能的研究

为了解决控制环路延时对数字控制开关DC-DC变换器瞬态性能方面的制约,对环路延时的存在、在瞬态性能方面的影响及改进措施进行了研究。研究表明数字环路中占空比与采样之间存在一定的延时。基于数字峰值电压控制方式,提出了通过将占空比对应的时间与当前周期内剩余时间进行比较,判断当前周期能否输出计算得到的占空比。通过分析比较,说明在一定条件,该占空比可以在当前周期输出,相当于克服了环路延时。基于相同的主电路应用平台,通过仿真及实验比较了克服延时算法对于数字控制开关DC-DC变换器瞬态性能提高的作用。研究表明,所提出的克服延时算法简单实用,并能在一定程度上提高开关DC-DC变换器的瞬态性能。