基于改进型ZVT Buck电路的IPT充电系统设计

为了避免在感应式无线电能传输系统的耦合机构中增加多余的开关器件以及额外的无源元件,同时减小系统工作在高频率、大功率时全控型开关器件存在的开关损耗,提出基于改进型ZVT Buck电路闭环控制的方法实现对电池的恒流、恒压充电,通过分析改进型ZVT Buck电路的工作模态以及对电路参数的设计,确保在整个充电过程中DC-DC变换器均工作在软开关状态,最后搭建充电电流为35 A、充电电压为370 V的实验平台验证该方法的可行性。结果表明:该方法控制简单,并且降低了系统电路结构的复杂度,传输效率相对较高,能够满足恒流恒压充电需求。

基于Buck-Boost电路与相对极差策略的锂电池组分层均衡技术研究

针对串联锂电池组均衡过程中出现的均衡速度慢、能量转移效率低等问题,提出一种基于Buck-Boost电路的分层均衡拓扑结构,以各单体电池的荷电状态(SOC)作为均衡变量,采用相对极差法的均衡控制策略以实现各层均衡单元的同步均衡。首先阐述了改进后均衡拓扑的整体结构以及分层分组的方法、最小均衡单元的均衡原理以及均衡过程中相关参数的计算过程;之后根据所设计的分层拓扑结构设计了与其相适应的均衡控制策略;最后在Matlab/Simulink中分别搭建了不同拓扑下的仿真模型并进行了均衡仿真验证。仿真结果表明,在8节电池与9节电池的不同情况下与传统单层均衡拓扑相比,文中所提出的采用相对极差控制策略的分层均衡拓扑结构在均衡速度上分别提高了86.06%和84.21%,在能量转移效率上分别提高了3.3%和4.22%,验证了所提均衡拓扑以及均衡策略的有效性。

基于Crowbar与Buck电路对双馈风力发电机LVRT的研究

在双馈风力发电系统中,当电网电压跌落较严重时,传统的改变励磁的控制策略或仅在转子侧引入撬棒(Crowbar)保护电路,已不能满足电压跌落时低压穿越(LVRT)的要求,论文在直流侧引入了卸荷(Buck)保护电路协同转子侧主动式Crowbar保护电路工作,更有助于跌落电压的恢复,大大提高了并网电压低压穿越的能力。首先对双馈风力发电机(DFIG)建立数学模型并进行暂态特性分析,推导相关故障电压电流表达式,然后对Crowbar保护电路和Buck保护电路阻值进行整定。通过仿真分析验证了组合保护电路的可行性与优越性。

同步BUCK电路中的新型非奇异终端滑模控制性能研究

针对传统滑模控制趋近速度较慢、抖振较大,应用在同步Buck变换器中响应速度较慢、精度较低等问题,提出了一种新型非奇异终端滑模控制的方法。首先对传统的滑模面函数进行了修改,通过引入非线性函数并附上积分项,可以迫使系统快速收敛,从而缩短响应时间。其次在传统趋近律的基础上引入了形式为sigmoid的函数,并用饱和函数来替代符号函数,避免了符号函数在零附近高频切换,因此降低了传统滑模控制带来抖振影响。最后在MATLAB/Simulink仿真平台搭建相应的模型,结果显示,其调整时间为90μs,突加负载后恢复时间为20μs。并通过实验验证,在转速指令发生改变时,所设计的方法调整时间更快,在突加负载后,抗干扰能力更强。

基于Buck-Boost逆变电路的低纹波可调直流稳压电源控制方法

为克服传统低纹波直流稳压电源的主电路拓扑结构存在电路结构复杂、体积大等不足,提出一种基于Buck-Boost逆变电路的新型可调直流稳压电源拓扑结构,用Buck-Boost逆变环节取代传统结构中高频逆变和变压器升压两个环节,此结构相较于传统结构,在电路结构上可以得到明显的简化。为实现该新型可调直流稳压电源输出低纹波、高稳定度直流电压的要求,针对其Buck-Boost逆变电路提出采用基于比例积分-矢量比例积分的复合控制方法,即以Buck-Boost逆变电路中电容电压和电感电流作为状态变量,并以电感电流为控制内环,电容电压为控制外环,通过对两个闭环采用比例积分-矢量比例积分复合控制方法,实现对两个状态变量的解耦控制,最后通过仿真与实验对其效果进行了验证,同时与传统低纹波直流稳压电源进行了对比分析。结果表明,文中提出的基于Buck-Boost逆变电路的新型可调直流稳压电源拓扑结构及针对该拓扑结构所提出的控制方法不仅输出直流电压纹波小、稳态精度高、动态性能好同时还具有电路结构简单且输出直流电压任意可调等特点,因而具有较好的应用价值。

基于BUCK恒流电路的LED光源调节控制技术研究

为了提高气溶胶激光雷达(ALD)的测量精准度,设计一套模拟光源来校准ALD的接收系统。将BUCK电路和嵌入式控制系统相结合,提出了一种高准确性、低功耗的ALD校准光源调节控制技术。首先,设计了LED光源的控制系统和LED恒流驱动的控制电路结构;其次,根据继电反馈控制和Ziegler Nichols(Z-N)法设计了LED工作电流的比例、积分和微分(PID)自整定算法;最后,通过实验验证了控制电路具有低功耗、高准确性的特点。

恒流恒压Buck电路在便携式医疗制氧机中的应用

针对便携式医疗制氧机中电源需兼顾充电和供电的需求,设计一种恒流恒压Buck电路。该电路具有电压电流双环,能实现为锂电池充电和为感性负载供电的无缝切换,并满足短时过流不保护的需求。电路使用带有外部信号跟踪引脚TRK的集成驱动芯片,与传统的单片机控制相比,其具有免嵌入式编程、功率密度高、便于借鉴使用的优点。

基于TL494的同步整流Buck稳压电源设计

设计了一款基于TL494的同步整流Buck稳压电源。该设计通过控制单片机端PWM占空比,经LPF滤波器将PWM信号转变为直流电压信号,从而由TL494产生PWM信号控制同步整流管的占空比,实现电压0至30 V稳定连续可调输出。输出采样电路将电流值经放大后传送给单片机和TL494,当电流超过5 A后,MOS管关断,实现过流保护。经实验测量表明,在输入电压48 V、输出电压30 V、输出电流5 A的情况下,该设计负载调整率小于1%、输出纹波低于50 mV、效率高于96%,满足基本数控要求。

基于Buck-Boost准谐振电路的电池自适应分组均衡方案研究

针对Buck-Boost均衡电路中开关频繁通断导致均衡效率降低的问题,文中对传统的Buck-Boost电路进行改进,设计可实现开关管的零电压导通的准谐振电路,有助于减小开关损耗,提高均衡电路的效率。为减少开关管的通断次数,并缩短均衡时间,均衡策略采用全局优化视角,分段选择电压和SOC作为目标均衡变量,并提出电池单体间、单元间及模组之间的自适应分组均衡策略。以8个电池串联的电池组为例,设计静置、充电、放电和浮充均衡实验,结果表明,与传统方案相比,提出的均衡电路和均衡策略在均衡效率和速度上有显著提升,可助力电池组的整体性能提升及其延寿。

基于加权马氏距离的BUCK电路健康度评估与预测

BUCK电路作为一种典型电力电子电路,是电子设备中电源模块的重要组成部分,在高速铁路列控车载设备中有广泛的应用。对电子设备的组成电路进行健康度评估与预测是提升电子设备可靠性的有效手段,因此,对BUCK电路开展健康度评估与预测的研究有助于提升车载设备的安全性与可靠性。提出一种基于敏感权重加权马氏距离的BUCK电路健康状态评估方法,可实现对电路健康状态的量化并得到电路的健康度,在得到电路健康度的基础上,构建基于NARX神经网络的BUCK电路健康度预测模型。首先建立BUCK电路的PSpice仿真模型,提取负载端响应输出的四种时域特征,得到BUCK电路健康状态特征集;针对不同特征对电路元件参数变化情况敏感度不同,计算不同特征的敏感度作为衡量该特征权重的指标;根据健康样本加权马氏距离计算结果和“3σ”原则划分健康阈值界限,实现对BUCK电路的健康度评估;利用待测样本健康度,构建基于NARX神经网络健康度预测模型,预测结果的均方根差为0.0071,验证了所提模型的可用性与有效性。

三电平Buck-Boost变流器直流电容与IGBT开路故障非侵入式监测方法

三电平Buck-Boost变流器具有双向馈能和能量传输高效的特点。针对直流电容器容值衰退和IGBT开路故障两种典型失效模式,提出了一种利用变流器自身传感器同时对直流电容容值衰退和IGBT开路故障非侵入式在线监测的方法。首先,分析了三电平Buck-Boost变流器开关运行模态及其切换顺序。然后,采用特定开关模态消除直流电容等效串联电阻(equivalent series resistance,ESR)影响,分别推导了子模块电容的容值特征解析表达式。最后,利用每个开关周期计算出的等效容值特征检测和定位IGBT开路故障。仿真和实验结果表明:利用开关模态容值特征能够同时监测三电平Buck-Boost变流器直流电容状态和IGBT开路故障,平均容值监测误差小于1%且可以消除ESR的影响,利用容值特征畸变能够在2~3个开关周期内检测出IGBT开路故障。

分布式组合Buck LED驱动电路及其定纹波控制策略

为了解决传统滞环电流控制存在负载调整能力差、输出电流范围窄等问题,基于三路组合DC-DC Buck驱动电路,提出一种定纹波控制策略,并结合第三代半导体GaN开关器件,提高变换器功率密度和效率。分析了三路组合Buck驱动电路的工作特性及其定纹波控制策略,对驱动电路工作于连续导通模式(CCM)和断续导通模式(DCM)进行统一数学建模,推导小信号模型和相应控制方程,进行电路关键参数设计。最后,搭建一台1.8 kW分布式三路组合Buck实验样机与一台采用GaN开关器件的单路Buck驱动器。仿真和实验结果表明,输出功率600 W时,样机最高效率可达99.54%;电路能自适应调节开关管导通和关断时间,提高系统的动态性能;电路工作在CCM和DCM两种模式,实现了10%~100%宽范围调光和电感电流定纹波控制;通过直接控制电感电流平均值,提高恒流调光精度,恒流调光精度小于1%。

基于SiC MOSFET三电平Buck变换器电压尖峰抑制研究

SiC MOSFET工作频率高,温度稳定性好,应用于三电平Buck变换器中可以减小系统损耗,提高系统效率,但SiC MOSFET的高频特性会使其开关过程中的电压尖峰更为严重。针对该问题,分析了三电平Buck电路SiC MOSFET开关过程及瞬态电压尖峰产生机理;在传统的充放电型RCD吸收电路的基础上加以优化改进,设计了一种低损耗型RCD吸收电路作为电压尖峰抑制方法。首先,对充放电型RCD吸收电路和改进后的低损耗型RCD吸收电路的工作原理及损耗进行对比分析;其次,搭建了三电平Buck变换器实验装置,对吸收电容和电阻进行参数设计;最后,通过实验验证了低损耗型RCD吸收电路的有效性、参数设计的合理性;结合理论分析和实验结果表明,相比于带充放电型RCD吸收电路,带低损耗型RCD吸收电路的三电平Buck变换器具有更低的损耗。

基于PLECS仿真的四开关Buck-Boost变换器参数设计

为了优化四开关Buck-Boost变换器的参数设计过程,分析了一种基于PLECS软件设计电路参数的方法。该方法在原理分析的基础上,利用PLECS仿真软件建立了电路的开环、闭环及热仿真模型进行参数选择,从而得到最优的参数组合。研制了一台100 W的实验样机,该样机在宽电压输入以及负载变化的情况下,电路具有较好的抗扰稳压效果,并且其输出效率达到93%左右。

一种用于高效率Buck变换器的驱动电路设计

阐述一种用于高效率Buck变换器的驱动电路。针对传统结构产生的固定死区时间设置过大的情况,会引起体二极管续流产生功耗,而过小会引起功率管直通的问题,提出一种动态死区时间电路,该电路随着输入电压和负载电流的变化可动态调节死区时间的大小,保证DC-DC可靠性的同时降低功率损耗、提升效率。为了在宽输入电压范围下降低DC-DC功耗,分别在PWM上升沿和下降沿产生窄脉冲信号,经逻辑传输和电平移位后,通过后级RS触发器还原PWM信号控制功率管,从而降低功耗。在0.18μm BCD工艺下完成了设计和仿真。

基于单片机的同步整流Buck稳压开关电源设计

阐述一种基于单片机的同步整流Buck稳压开关电源的设计,该稳压电源由Buck主拓扑电路、MOS驱动电路、辅助供电电路以及电压电流采样电路构成。通过STC8H单片机发出一路PWM波,再经过MOS驱动电路得到两路互补并带死区的PWM波,分别推挽驱动Buck主拓扑电路中两个MOS管的通断。同时STC8H单片机的片上资源A/D实时监控输入电压和输出电压、电流,主控制器得到反馈后通过闭环调节的占空比,控制输出电压、电流。实验表明,设计的开关频率为150kHz,可调输出电压0~48V的电源具有良好的功率转换效率,满足一般小功率的工作场合。

基于模数混合的Buck电路分数阶混沌扩频实验设计

扩频调制技术是抑制电磁干扰(electromagnetic interference,EMI)的重要解决方法,而扩频的方式方法有所不同。以Buck电路为例,首先,设计了双闭环控制的Buck电路,分析并优化了环路稳定性。接着,在MATLAB中设计了分数阶Chen混沌系统,该混沌系统的Lyapunov指数最大,混沌运动最剧烈;同时,其频谱分布最均匀,方差最小,能实现最佳的扩频效果。然后,在PSIM软件中搭建Buck电路并进行混沌扩频模数的混合仿真。最后,使用PSIM的一键生成代码功能,将生成的代码烧录进DSP(digital signal process)芯片控制的Buck硬件模块,实现分数阶混沌扩频以抑制EMI。实验结果显示:该方案能实现较好的扩频效果,易于在电路中实现,并且也适用于其他扩频方式。该科研成果已成功应用在“电力电子技术”实验中。

基于改进Buck-Boost的分层均衡电路研究

针对传统Buck-Boost均衡电路在电池数量增多时,会造成均衡时间长,效率低等问题,提出了一种改进Buck-Boost的分层均衡电路拓扑结构。该均衡电路在组内电池与电池或电池组与电池组之间采用双向Buck-Boost均衡器,利用电感储存和传递能量,在组间两电池包之间采用外加外部电源的反激式变压器进行不同程度的充电来达到均衡。以电池的荷电状态(SOC)作为均衡变量,在MATLAB/Simulink中搭建了8节串联锂电池组仿真模型,4节串联电池为一个电池包,两个电池包之间采用组间均衡,设置8节电池直接均衡为对照组。结果表明:在静置状态下,分层均衡所需时间比直接均衡快9.18%,且均衡后分层均衡的容量比直接均衡高1.1%。在外加电源下,能较快将电池组充满电,验证了所提均衡电路的有效性。

基于自适应模糊PID算法的锂电池组双层均衡控制

为提高电池重组时的均衡效率,在传统Buck-Boost均衡拓扑电路的基础上,设计了一种锂电池组双层均衡拓扑电路。组内采用Buck-Boost电路均衡,组间利用双向反激变压器进行均衡。均衡控制策略采用自适应模糊PID算法,以电池荷电状态(state of charge, SOC)为均衡变量,利用模糊控制算法对PID参数进行调节,缩短了均衡时间,提高了均衡效率。在Matlab/Simulink中搭建了锂电池组双层均衡拓扑电路和自适应模糊PID控制算法模型。实验结果表明:在不同工作状态下,所提出的电池组均衡拓扑及其控制策略将均衡时间效率平均提高了58.36%,验证了该方案的有效性。

新型Buck软开关电路的设计与仿真

Buck变换器在电力电子及传动中得到了广泛的应用,为了减少其工作过程中的开关损耗和开关噪声,本文提出了一种新型Buck软开关电路拓扑结构图,将谐振电路与主开关并联,谐振过程则不受负载电流大小的影响;主开关导通前先使辅助开关导通,实现了主开关和辅助开关的零电压开通和关断。本文详细分析了软开关过程,并推导了谐振电路参数和辅助开关最小占空比计算公式,仿真结果表明了所设计电路的正确性。