独立充放时序SIDO开关变换器电流型变频控制技术

单电感双输出(single-inductor dual-output,SIDO)开关变换器工作在共享充放时序下存在电感电流纹波大、输出支路间交叉影响严重以及电路参数宽范围变化下控制电路不能正常工作等问题.为此,提出一种独立充放时序电流型变频控制(current-mode variable frequency control,C-VF)技术.首先,具体描述变换器在连续导电模式(continuous conduction mode,CCM)下的工作原理,并推导主电路开环传递函数;进一步构建闭环小信号模型,推导闭环交叉阻抗,详细分析不同输出电压及负载电流下变换器的交叉影响特性;最后,通过仿真和实验进行验证.研究表明:相较于共享充放时序,独立充放时序C-VF CCM SIDO buck变换器减小了交叉影响,改善了负载瞬态响应性能;当两支路负载电压不等时,减轻某一支路负载可以降低该支路的交叉影响;当两支路输出电压相同但负载不同时,重载支路对轻载支路的交叉影响更小.

一种基于对称半桥功率解耦拓扑的单相电流型变换器

该文提出一种对称半桥功率解耦拓扑。该解耦拓扑串联在变换器直流侧可以起到补偿二倍频脉动电压、减小电感值、降低成本和减小体积的作用。通过对两个解耦电感进行耦合磁集成,进一步减小电路元件和解耦电感的值,使得减小电感值的效果更加显著。该功率解耦拓扑的直流侧输出电流间接闭环控制方法直接对直流侧电流进行采样,无需外加传感器,不需要复杂调节器和计算,在实际应用中更为灵活。最后搭建了基于对称半桥功率解耦拓扑的单相电流型PWM整流器仿真与实验平台,验证了所提拓扑的可行性。

内嵌同步机支撑特性的含储能并网变流器电流型控制策略

光储并网变流器具有低惯量、弱阻尼、调压能力弱和功率频繁波动等特征,大规模接入会影响电力系统安全稳定运行。针对此类含储能并网变流器,提出了一种内嵌同步机支撑特性的电流型控制策略,以增强系统的惯性支撑能力。该策略模拟同步机的动力学行为,将并网变流器输出外特性控制成具有同步机控制特性的受控电流源,融合了基于虚拟同步机的构网型控制与基于锁相环的跟网型控制两者的优势,在惯性支撑、故障穿越、电网谐波、孤岛运行等方面具备显著综合优势,并且虚拟惯性支撑的实现无须对系统输出频率微分进行检测采样,避免了频率微分检测带来的噪声干扰。此外,针对交流侧惯性支撑能力与直流侧电压稳定难以调和的矛盾,设计了兼顾直流侧电压稳定与交流侧惯性支撑的模糊自适应比例-积分(PI)协调控制策略。最后,硬件在环实验结果验证了所提策略的可行性和有效性。

基于BaZr_(0.8)Y_(0.2)O_(3-δ)电解质的电流型NO_(x)传感器

氮氧化物(NO_(x))传感器是选择性催化还原(SCR)系统的重要组件之一。为了降低传统NO_(x)传感器的工作温度,使用2%质量分数的NiO作为烧结助剂制备了质子导体BaZr_(0.8)Y_(0.2)O_(3-δ)(BZY)电解质,研究了NiO烧结助剂对BZY电解质的相结构、微观形貌的影响。制备了基于BZY电解质的电流型NO_(x)传感器。实验结果表明:该传感器在400℃时,对体积分数范围在10×10^(-6)~250×10^(-6)的NO_(2)显示出良好的线性响应。同时,也表现出较高的灵敏度、良好的选择性和重复性。

电流型图像传感器的低失调电流读出电路

电流型图像传感器将光信号转换为电流信号,在读出阶段需要将像素单元偏置成固定电压以保证其处于线性区。针对电流型图像传感器读出电路的钳位电压误差问题,设计了一种基于开关电容的低失调电流读出电路,包含钳位模块、失调修正模块和电流读出模块。钳位模块由运算放大器和反馈管组成,用于将像素单元偏置成固定电压;失调修正模块由电容和开关组成,用于存储并修正钳位模块的失调电压;电流读出模块由电流镜组成,用于将像素单元电流读出至下一级电路。失调修正模块的工作阶段包含失调存储阶段和失调修正阶段,利用相应的开关时序来存储并修正钳位模块的失调电压,减小电流型图像传感器所需钳位电压的误差,提高电流读出精度。采用55 nm CMOS工艺进行设计,结果表明,钳位电压的3σ误差值从5.01 mV降为0.45 mV,电流读出电路的有效位数为11.62位。在1.2 V电源电压下,最大功耗为240μW。单列电流读出电路版图面积为2400μm^(2)。

直接变换式三相–单相矩阵变换器的电流型解结耦矢量调制策略

为进一步丰富矩阵变换器的调制策略,针对直接变换式三相–单相矩阵变换器拓扑的特点,提出一种新型的电流型解结耦矢量调制策略,即解结耦调制和基于期望的输入电流12扇区划分的电流型空间矢量调制策略相结合的调制策略。所提策略运用解结耦思路以常规的单向可控开关变换器的角度分析和控制双向开关构成的矩阵变换器;通过改进空间矢量的合成顺序,使得矩阵变换器能够实现高频、工频交流脉冲输出与正、负直流输出。仿真和实验结果相一致,均验证所提出的解结耦电流型矢量调制策略的可行性和正确性。

无传感器电流型控制开关电源斜坡补偿研究

本文首先介绍了几种常用的开关电源电流检测方法,并分析了这些电流检测方法的不足之处。在此基础上,本文重点介绍了不需要电流检测电路的无传感器电流型控制方法。通过以Boost变换器为例对无传感器电流型控制原理以及无传感器电流型控制的斜坡补偿问题进行的详细分析研究发现,对控制环路中的误差放大器输出信号提供具有适当斜率的补偿斜坡,可使系统获得更优的环路稳定性。

电流型PWM整流器低电压应力空间矢量PWM(SVPWM)研究

为了有效降低三相电流型PWM整流器(CSR)功率管的电压应力,提高CSR运行可靠性,在详细分析了三相CSR功率管换相过程基础上,提出了基于空间矢量(SVPWM)的三相CSR低电压应力控制新方案。该方案通过实时调整矢量合成顺序,使原本不处于自然换相的功率管处于自然换相状态,从而降低了三相CSR功率管的电压应力。另外,由于采用了SVPWM控制,使得三相CSR具有电流利用率高、开关损耗小、动态响应快等优点。因此,新方案特别适合于大功率三相CSR变流系统的设计。理论分析和试验结果证明了方案的正确性。

静止坐标系下电流型PWM整流器电流环控制策略研究及其参数设计

通过分析三相脉宽调制电流型整流器(current source rectifier,CSR)在两相静止坐标系中的数学模型,利用瞬时功率理论建立电压定向的CSR功率控制策略。为了有效抑制整流器输入侧LC滤波器产生的并联谐振,文中引入电容电压反馈有源阻尼控制环路。采用频域法对电流内环开环传递函数进行研究,针对静置坐标系下电流内环在动态响应和稳定性方面的限制,提出电流内环级联滞后补偿控制方法。详细研究电流内环比例谐振控制器及各参数对其性能的影响,并根据性能指标要求确定系统参数。利用根轨迹分析滤波电感变化对电流内环稳定性影响,并明确有源阻尼反馈增益与系统鲁棒性的关联性,最后对控制器进行离散化处理以实现数字控制。仿真和在60 kVA三相CSR样机实验结果表明,所提出的控制方法能够实现良好的动、静态性能,单位功率因数以及有效抑制网侧电流畸变。

电流型电场耦合无线电能传输技术

为了提高电场耦合式无线电能传输网络的输出稳定性,提出一种电流型电场耦合的无线电能传输网络。通过设计耦合电容之前的阻抗变换网络,能够在固定的工作频率,及在负载和耦合电容允许的变化范围内,使耦合电流近似与负载和耦合电容无关,从而避免了相对复杂的频率跟踪技术。在接收端,通过设计磁耦合式阻抗变换电路,既可实现电压型输出,又可实现电流型输出,以满足不同负载需求。在合理假设下,建立分析模型,得出主要参数的设计方法。通过仿真和实验,验证网络的工作原理和设计的正确性。

基于载波相移SPWM技术的电流型有源电力滤波器的研究

组合变流器载波相移SPWM技术是多重化技术和SPWM技术的有机组合。它具有等效开关频率高,开关损耗小,动态响应好,传输频带宽等优点。该文在电压型组合变流器相移SPWM技术研究的基础上,对电流型组合变流器相移SPWM技术进行了探讨。并从二逻辑SPWM技术出发分析了三逻辑SPWM技术和电流型组合变流器相移SPWM技术的数学关系。在此基础上,提出一种基于载波组合相移技术的电流型有源电力滤波器,在较低的开关频率下实现了等效的高频载波效果。通过仿真和实验验证了这种技术在有源电力滤波器中的应用的实用性和可行性。

电流型PWM整流器多环控制策略及其参数设计

通过对三相脉宽调制电流型整流器(current source rectifier,CSR)的分析,利用前馈解耦控制策略,建立了d-q坐标系下多环控制的线性大信号数学模型。为了有效抑制整流器输入侧电感–电容滤波器产生的并联谐振,文中引入电容电压反馈有源阻尼控制环路。基于频域法对含有源阻尼控制、延迟环节的电流内环进行分析,并辅助Matlab中单输入–单输出设计工具,优化内环控制器零点位置与环路增益,以兼顾系统动态响应与稳定性。由于电流外环与运行工作点有关,针对电池组容性负载,该文提出电流外环开关选择控制器,根据负载电动势并依照所制定的映射法则,选择相应的控制器参数,从而改善系统在宽范围运行时的性能。最后,通过计算机仿真和实验样机测试,验证了该文所提出的控制方法与参数设计,不仅使三相CSR系统表现出良好的动、静态性能,而且在宽输出电压、电流变化范围内,能够保持单位功率因数以及较低的网侧电流畸变。

一种电流型并网逆变器的拓扑和控制方法

提出一种基于导抗变换器的单相和三相电流型并网逆变器主电路拓扑结构及三角波-三角波脉冲宽度调制模式,详细分析了该主电路的工作原理及控制策略,推导了导抗变换器及三角波-三角波调制模式的输出特性,仿真和实验结果验证了本方案的正确性。由于本逆变器采用高频电感和高频变压器替代了传统电流型逆变器中的工频电感和工频变压器,具有控制简单,成本低,体积小,效率高等优点,并网电流不受电网电压影响,可以实现高功率因数电流源并网逆变。提出的三相并网逆变方案,相比于传统三相并网逆变器,具有系统冗余性好,抗电网波动能力强等优点。

三相电流型PWM整流器的功率因数控制方法

由于三相电流型PWM整流器需要在交流侧加入LC滤波电路,如果不加入任何功率因数控制,电源电流将超前电源电压。为了有效地控制系统的功率因数,本文提出了一种简单可靠的功率因数控制方法。该方法只需检测网侧电源电压和电源电流,不需要其他任何系统参数,因此具有很高的可靠性。不同于以往的基于静止三相abc坐标系的控制方法,本文将控制算法建立在以电源电压矢量定向的dq同步旋转坐标系上,这使得整个控制系统的实现更加简单。本文提出的功率因数控制算法能够自动调节系统,使其运行在可以达到的最大功率因数运行点。对比分析了采用和未采用功率因数控制时在不同直流侧电流下系统的功率因数特性,证明了该控制能有效提高系统的单位功率因数运行范围。通过仿真并进一步在一台5kVA样机上进行的试验,证明了该方法的有效性和可行性。

基于反步法的电流型PWM整流器控制策略

电流型PWM整流器的状态空间平均模型具有非线性、强耦合特性,使得控制器的设计较为困难。通过前馈解耦方法,将电流型PWM整流器在同步坐标系下的多输入多输出非线性模型分解为两个单输入单输出的非线性模型,对每个单输入单输出模型,分别采用反步法设计了全局渐进稳定的非线性控制器,实现了对直流电流和功率因数的稳定控制。仿真和实验结果验证了该控制策略的有效性。

电流型变频器的间谐波分析及应用模型构建

变频器产生的间谐波问题在电力系统中日益受到重视。本文以常见的电流型变频器为例,使用谐波调制理论,并结合开关函数的傅里叶分析,分析电流型变频器的等效阻抗特性,进一步推算电流型变频器在电源侧产生间谐波的机理,并由此建立适合工程应用的变频器间谐波模型。作为验证,依托某抽水蓄能电站实际变频起动装置,结合计算机仿真模拟,其对比结果表明了该模型的可靠性。

大功率电流型多重化变频电源系统控制与分析

该文在分析了大功率电流型多重化变频电源系统基本工作原理的基础上,提出了简单的d-q坐标控制方案,并分析了系统前级整流环节与后级逆变环节之间的相互作用,为系统总的电路参数设计提供了依据。在该大功率变频方案中,相移PWM技术的成功应用极大地减少了系统对电网的谐波污染,同时降低了对IGBT功率器件的电压等级要求,提高了系统工程化的可行性。该方案不仅能够满足HT-7u超导核聚变装置快速控制电源的工程要求(负载电流>10kA电流跟踪能力<10ms),而且实现了"绿色"的能源转换。原理样机实验验证了系统方案的可靠性和控制系统的有效性。

电流型PWM整流器的不平衡控制

在电网电压不平衡的条件下,以电压平衡为约束条件设计的三相电流型PWM整流器(CSR)会在其直流侧和交流侧分别产生偶数次和奇数次非特征谐波,该非特征谐波严重影响了CSR的性能。本文基于瞬时功率理论,首先推导了电网电压不平衡情况下三相CSR交流侧的瞬时有功功率平衡的表达式,进而以消除整流器直流侧脉动功率和实现网侧可控的功率因数为目标,提出了网侧指令电流的控制算法。另外,在αβ静止坐标系中,提出了基于滑模控制的交流电流控制策略,实现了电流的无差跟踪。仿真结果验证了理论分析的正确性。

超导储能系统用多模块电流型变流器载波轮换均流方法

采用载波相移SPWM控制的超导储能系统用多模块直接并联电流型变流器,传统上采用单独调节各个模块调制信号参数的方法实现直流侧均流,但却使交流侧谐波恶化。该文将相移的载波在各个模块间轮换以实现均流,并选择最优的轮换时刻以减少附加的开关操作,通过仿真和实验证明:载波轮换可以在不单独调节各个模块的调制信号参数的情况下实现直流侧均流,交流侧总电流谐波比采用传统均流方法时明显减小,载波轮换导致的附加开关操作次数不显著。

一种三相五电平电流型逆变器拓扑及其PWM控制方法的研究

多电平变流器具有输出谐波小、功率容量大、电磁兼容性好等特性而越来越引起人们的重视。随着超导储能技术的发展,电感储能效率的不断提高,在某些大功率应用场合,电流型逆变器也将发挥出其特定的优点。因此,电流型多电平逆变器拓扑和控制策略的研究具有一定的实际意义。文中提出了一种三相5电平电流型逆变器拓扑,并分析了其工作原理。对多载波PWM控制方法进行简化,采用两个相位相反的三角载波得到3电平信号,经过解耦处理,得到了一种适合于该拓扑的5电平PWM开关控制策略,并进行了仿真验证。最后,建立了一个三相5电平CSI的实验系统,对文中所给的拓扑和控制方法进行了验证。