光伏发电最大功率点跟踪交错并联Boost变换器的动力学特性分析

DC-DC变换器作为光伏发电最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)控制器的核心部分,其动力学特性对系统的性能产生影响。该文基于非线性动力学系统理论,建立了光伏发电最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)交错并联Boost变换器的离散迭代映射模型,在此基础上采用分岔图、时域波形图、相轨迹图方法,研究了其动力学特性,并与一般Boost变换器特性进行比较。理论与实验结果均表明,在相同电路参数的情况下,与一般Boost变换器相比,交错并联Boost变换器的稳定域更大,电感电流和电容电压的纹波小、变化幅度小,更适用于光伏发电MPPT。

交错并联boost变换器分岔和混沌行为研究

为进一步研究交错并联boost变换器中的非线性现象及电路参数对其稳定性的影响,对其分岔和混沌行为进行深入的研究。首先根据离散时间映射法建立变换器的离散迭代映射模型,然后采用分岔图和时域图的方法描述其动力学行为,研究了电路参数对变换器稳定性的影响。研究结果表明,随着电压反馈增益的增大,变换器电感电流出现正弦次谐波振荡,系统出现分岔现象,并最终趋于混沌运动状态。最后通过实验验证了理论分析的正确性。

一种适用于光伏发电系统的新型两相交错并联Boost变换器

针对传统两相交错并联Boost变换器输出电压增益较低,开关器件的电压应力较高的缺陷,文章在传统两相交错并联Boost变换器的基础上增加了2个二极管和3个电容,并进行了结构上的改进。在此基础上分析了占空比D>0.5时的工作原理,结果表明,新拓扑具有传统拓扑输入电流纹波小的优点,并且在相同的占空比下,其输出电压增益为传统拓扑的4倍,同时开关管和二极管的电压应力也得到了明显减小。最后,通过Matlab/Simulink仿真验证了理论分析的正确性。

全占空比范围电容串接式交错并联Boost变换器均流策略研究

针对电容串接式交错并联Boost变换器全占空比范围内不均流现象,提出不对称占空比的均流控制策略。基于电容电荷平衡原理,调整中间储能电容充电时间与放电时间的比例,使得电感电流大小随之改变,从而实现两相电感电流均分。从变换器的工作原理入手,阐述全占空比范围不均流现象的机理,详细推导不对称占空比均流控制策略的实现过程,分析该策略下变换器的工作原理和工作特性。该均流策略实现简单,无需额外增加电流传感器,仅需改变其中一相电流的占空比,就能实现变换器在全占空比区域内的电流共享,且保持电路的倍压特性。最后,设计了一台功率为100W的样机,对理论分析进行验证。

具有开关电容的隔离型交错并联Boost变换器

提出一种具有开关电容的隔离型交错并联Boost变换器。由于开关电容的存在,此变换器的变压器可交替工作在反激与正激模态,从而将部分输出能量存储在开关电容中,因此,这种变换器的功率等级有了一定提高,磁芯的体积可有效减小。开关电容内在的倍压能力提高了电路的电压增益,因此降低了变压器的匝比和副边二极管的电压应力。开关电容的充放电平衡使得输出各相之间的电流自动均衡。开关管的非对称连接方式,使得并联运行的2个支路只需要一个有源钳位电路就可吸收2个变压器原边的漏感能量,因此,主开关管和钳位管都实现了零电压开通和零电压关断。由于二极管的电流下降率受到变压器漏感的限制,因此反向恢复问题得到抑制。一台1kW48V/380V的实验样机的实验结果验证了理论分析的有效性。

一种三电平交错并联Boost变换器

重点研究了交错并联三电平Boost变换器,提出了一种新型的三电平交错并联Boost变换器拓扑。文中详细介绍了其原理及工作过程,并进行了仿真研究。最后,设计了一台1kW三电平交错并联Boost变换器的样机。实验表明,理论分析与实验结果相一致,Boost的主开关管实现了零电流导通,二极管的反向恢复电流带来的能量损耗近似为零。相对于传统Boost电路,其电感的尺寸大大减小,并且可以使用低耐压功率开关管。

一种改进型两相交错并联Boost变换器

提出一种改进型两相交错并联Boost变换器。与传统的两相交错并联Boost变换器相比,该电路比传统的两相交错并联Boost变换器多了一个开关电容,保持了传统两相交错并联Boost变换器结构简单的优点。由于开关电容的存在,改进型拓扑不仅提高了电压增益,同时还降低了开关器件的电压应力,有利于电路选择低耐压、高性能的开关器件,从而降低电路的损耗。开关电容的充放电平衡,使得电路工作在占空比0.5≤D<1时无需采取任何均流措施就可以自动均衡各相的电感电流。分析占空比0<D<0.5与0.5≤D<1两种工作状态下的工作原理,研制了一台输出功率为72 W的小功率改进型两相交错并联Boost变换器原理样机,通过实验验证了理论分析的正确性和可行性。

一种ZVZCS交错并联Boost变换器

提出了一种ZVZCS交错并联Boost变换器。在所提辅助电路的帮助下所有开关管均实现了零电压关断,同时变换器通过电感电流断续导通模式使得所有开关管均实现了零电流导通,各个二极管也均实现了零电流关断,显著降低了由开关管和二极管引起的损耗,变换器整体的工作效率得到了提高。最后,对所提变换器的工作原理及性能特点进行了详细分析,并通过搭建输出功率为200 W的实验样机对理论分析进行了实验验证。

基于交错并联Boost变换器的耦合电感综合建模与多目标优化方法

为实现电感体积与变换器效率的双重优化,该文基于大功率交错并联Boost变换器,提出一种耦合电感综合建模与多目标优化方法。首先,基于输入电流纹波约束,建立耦合电感电气参数取值的数学模型。其次,优化传统E型耦合电感绕组布局,提出绕组均分的电感设计方案。在此基础上,以耦合电感的关键参数(开关频率、耦合系数以及磁心截面积)为设计变量,建立电感体积和变换器效率的综合模型。以综合模型为基础,通过设计变量的迭代运算,获得效率和电感体积的Pareto前沿,从而为耦合电感的多目标优化提供理论依据。最后,对比制作基于耦合与非耦合电感的20kW实验样机。结果表明,基于耦合电感的实验样机最高效率为98.43%,较非耦合电感提高了0.21%,且耦合以后电感体积下降了32%。

一种三相交错并联Boost变换器内模控制策略研究

针对前置于永磁同步电机控制器直流侧的三相交错并联Boost变换器系统,在忽略电感和开关管内阻的情况下,建立了三相交错并联Boost变换器的小信号模型,并基于该模型设计了电流环和电压环内模控制器,仿真和试验结果表明,相较于传统的PI控制,内模控制能够更好地抑制母线电压波动。

适用于光伏发电的新型交错并联Boost变换器

针对两级光伏发电系统的前级Boost DC/DC变换器,提出一种新型交错并联Boost直流变换器。该新型变换器有两个输入端,即一个变换器可对应两块单体太阳能电池,具有大功率变换的功能。与传统DC/DC变换器相比,该变换器可节省一半的变换器单元,还具有输出输入变比高、开关器件电压应力低和输出电流纹波小的特点。详细分析了该变换器的工作原理,并给出稳态工作性能分析和相应实验波形。最后,通过一台96 W/380V原理样机验证了理论分析的正确性。

级联式三相交错并联Boost变换器控制策略研究

研究了永磁同步电机控制器直流侧前置三相交错并联Boost变换器的级联系统。在忽略输出电容和输入电感内阻的前提下,通过状态变量重构,建立了级联式三相交错并联Boost变换器的小信号数学模型,分析了负载电流波动对母线电压稳定性的影响,并提出了基于负载电流和母线电压偏差前馈的双闭环控制策略。仿真和试验结果表明,该控制策略可有效抑制母线电压的波动。

适用于激光器脉冲驱动系统的低纹波交错并联Boost变换器

设计了一种适用于激光器脉冲驱动系统的低纹波交错并联boost变换器,采用多路交错并联结构有效降低了系统重载下的输出电压纹波,理论空载最大输出电压120 V,最大输出功率119.2 W,重载下电压纹波低于5 mV。分析了交错并联Boost变换器的并联路数和每路电感放电时间间隔等参数对输出电压纹波的影响,并提出利用单路Boost变换器输出参数估算多路电压纹波的方法,可为交错并联Boost变换器并联路数的确定提供依据。

两级反向耦合交错并联Boost变换器纹波电流分析

本文对两级耦合交错并联Boost电路的模型进行了分析,分析了电路的开关模态,介绍了不同开关模态下电流变化率、电流纹波的计算方法。计算分析了系统参数对电流纹波的影响。本文介绍的方法同样适用于单级耦合交错并联Boost电路和普通交错并联Boost电路的模型分析。本文介绍的分析方法对交错并联Boost电路的系统分析和设计具有重要参考价值。

基于SiC MOSFET的交错并联Boost变换器电压尖峰抑制方法

大功率变换器的发展趋势是高频率、高效率和高功率密度。与传统的Si MOSFET相比,SiC MOSFET因具有开关速度快、开关损耗低、工作温度高等优点,得到了广泛的应用。然而,SiC MOSFET在高速关断过程中容易产生电压尖峰和振荡,严重威胁到功率变换器的可靠运行。针对这一问题,本文对SiC MOSFET关断过程进行详细分析后,分别针对影响关断电压尖峰的两种因素,提出了相应的抑制方法。为验证所提方法的有效性,搭建了试验平台。通过试验结果可知,所提出的方法可以有效抑制关断过程中产生的电压尖峰,而不会显著增加开关损耗。

基于新型CD单元的两相交错并联高增益Boost变换器

为减少基于电容-二极管(CD)升压单元的两相交错并联高增益Boost变换器的CD单元数量,提升变换器电压增益,提出一种最后两级CD单元电容并联充电、串联供电的新型两相交错Boost变换器拓扑结构,进一步发挥CD单元的升压能力。分析新型3CD、4CD两相交错并联Boost变换器的拓扑演化过程,提出新型NCD两相交错并联Boost变换器的拓扑演化规律。以新型4CD两相交错并联Boost变换器为例,分析变换器工作原理,以及电感、电容寄生电阻对变换器电压增益的影响。最后在StarSim硬件在环实验平台搭建1 kW的新型4CD单元交错并联Boost变换器,验证该文所提拓扑的正确性。

带开关电容网络的交错并联高增益Boost变换器

提出了一种新颖的带开关电容网络的交错并联高增益Boost变换器,对其工作原理和特性进行了详细分析。变换器的拓扑在传统两相交错并联Boost变换器的基础上增加了一个二极管和两个电容,并进行改进,构成了开关电容网络。与传统两相交错并联Boost变换器相比,新拓扑不仅输入电流纹波减小,而且在相同的占空比下实现了更高的电压增益,开关器件的电压应力得以减小。因此,新拓扑非常适合应用于低压输入、高压输出的场合,如燃料电池、光伏发电等系统。最后,通过实验验证了理论分析的正确性。

一种隔离型有源箝位交错并联Boost软开关变换器

采用原边并联/副边并联的交错结构,提出了一种新型的隔离型有源箝位交错并联Boost软开关变换器。耦合电感的漏感限制了输出二极管关断电流的下降速率,抑止了输出二极管的反向恢复,大大减小了反向恢复电流引起的损耗。由有源开关和箝位电容组成的箝位电路吸收并无损的转移了漏感能量,消除了主开关管上的电压尖峰,而两相交错并联电路只需要一组箝位电路,大大简化了电路结构。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,大大减小了开关损耗。最后,设计了一台40V输入、380V输出的1kW试验样机。试验结果表明,所有的功率器件均为软开关工作。

一种改进型交错并联高增益Boost变换器

传统Boost变换器存在电压增益低、开关器件电压应力高和电感电流纹波大等问题,为了解决这些问题,设计一种具有开关电容/电感的改进型交错并联高增益Boost变换器。该变换器用两个开关电容/电感分别代替储能电感L_1、L_2,并对开关电感进行耦合集成;再加入一个电容C_3,既可提高电压增益又能降低开关管电压应力;分析了变换器的工作原理,推导了电压增益公式;分析了开关管电压应力和电感电流纹波,给出了耦合电感设计方案。理论分析和实验表明该变换器具有以下优点:电压增益提高,尤其在占空比D>0.5时,是传统Boost变换器的4倍;对电感的耦合集成不仅减小了磁件体积,降低磁元件损耗,而且使电感电流纹波减小近一半;开关管电压应力减小,在占空比D>0.5时,开关管的电压应力是输出电压的一半。

四相交错Boost变换器的解耦均流控制方法

交错并联Boost变换器通常采用双闭环控制输出电压,均流环平衡电感电流。但是,在变换器的控制过程中,双闭环与均流环往往存在耦合问题。为此,提出了一种主从均流解耦的控制方法,削弱双闭环与均流环控制时的耦合关系。首先,介绍了四相交错并联Boost变换器的拓扑结构及工作原理,建立小信号数学模型,并推导出传递函数;其次,阐述了双闭环与均流环的解耦的条件,提出了一种双闭环与均流环的解耦的控制策略,实现双闭环与均流环之间的解耦;最后,在PSIM中搭建了四相交错并联Boost变换器仿真平台,进行四相交错并联控制。仿真结果表明,采用主从均流解耦的控制方法后,输出电压波动明显降低,证明了所提方法的可行性和有效性。