两端稳压软开关双向BUCK/BOOST变换器研究

研究了双向 BUCK/ BOOST变换器 ,指出通过合理设计电感与死区时间 ,可以使开关管零电压开通 ,并且其体二极管也是自然导通、关断 ,而无反向恢复问题 ,从而大大降低功率损耗。给出双向变换器两端稳压的控制方案 ,根据功率流的方向 ,自动选择工作在 BUCK状态或是 BOOST状态。该控制方案简单易实现 ,并能直接应用于其它需两端稳压的双向变换器。最后给出了 2 4V/ 48V双向 BUCK/ BOOST变换器设计实例。设计结果表明 ,该变换器不仅体积小 ,重量轻 ,而且无论工作在 BUCK状态还是工作在 BOOST状态 ,均获得很高的效率。

磁集成开关电感交错并联Buck/Boost变换器

为了提高传统Buck/Boost变换器的电压增益、暂态响应速度同时减小电感支路的电流纹波和变换器的体积重量。将磁集成开关电感技术和交错并联技术应用到传统的Buck/Boost变换中,提出了磁集成开关电感交错并联Buck/Boost变换器。通过采用开关电感结构替换传统变换器中的电感的方式,使变换器正向功率变换的电压增益提高为原来的2倍。采用磁集成技术并合理设计耦合电感间的耦合系数能够减小该变换器电感支路的电流纹波、提高系统暂态响应速度、减小变换器的体积重量,进而提高变换器的电气性能。最后通过实验样机的结果验证了理论分析的正确性。

输入输出共地型三电平Buck/Boost变换器飞跨电容电压自平衡分析

输入输出共地型Buck/Boost变换器中飞跨电容的平衡机理是变换器正常运行及飞跨电容电压控制的关键。在实际应用中,飞跨电容虽然具有一定的自平衡作用,但是其平衡能力与多种因素有关。在现有的文献中,针对Buck/Boost变换器飞跨电容的自平衡能力与哪些因素相关的问题尚未有深入的分析。因此,基于输入输出共地型Buck/Boost变换器,建立高次谐波模型,定量分析飞跨电容具有自平衡能力的原因;在谐波模型基础上,更进一步分析驱动误差、变换器回路交流阻抗、母线电容、负载电阻及飞跨电容对于飞跨电容平衡能力的影响,指出变换器回路交流阻抗是实际应用中飞跨电容具有自平衡能力的主要因素。最后,在实验平台上对相关分析进行实验验证。

双向Buck/Boost变换器的教学探析

本文针对现有“电力电子技术”相关教材中存在的对双向变换器的分析不完善和各知识点之间缺乏联系等问题,探析了双向Buck/Boost变换器的拓扑生成原理,并且详细分析了变换器运行于电感电流过零模式下实现零电压开关的具体过程,并推导出了软开关的实现条件。本文有助于学生理解并加深双向变换器与基本Buck和Boost变换器之间的联系和差别,并了解软开关技术在基本变换器中的应用,具有一定的教学指导意义。

双向Buck/Boost变换器在自行系统上的应用研究

针对自行高炮行进间因底盘发动机转速波动导致电源系统发电机输出无法满足炮车用电需求的问题,提出了一种电源功率补偿系统,设计了一种适合于该功率补偿系统的双向Buck/Boost变换器,分析了该变换器在自行高炮不同工作状态下的工作模式,建立了相应模式下的小信号动态模型和在相应工作模式下的控制框图。结合工程实际需要,研制了实验样机,实验结果表明:设计的双向Buck/Boost变换器在自行高炮行进间两种不同工作模式下或者不同工作模式之间切换的过程中,系统响应时间较快,电压和电流超调量较小,能够满足自行高炮电源功率补偿系统的应用要求。

一种带纹波抑制的交错并联Buck/Boost变换器轻载效率研究

非隔离型交错并联双向Buck/Boost变换器普遍存在轻载效率低的难题。以多相交错并联Buck/Boost变换器Boost模式为研究对象,分别对其工作在DCM和CCM模式下的功率损耗进行综合性分析研究。根据变换器轻载运行时降低频率可以提高效率的原则,提出最优化调频原则,对其不同负载下开关频率进行调整,以达到提高效率的目的。针对降低频率会带来纹波恶化的缺陷,将磁集成技术应用到交错并联双向Buck/Boost变换器,有效改善通道电感电流纹波及输出电压纹波,并给出磁集成后滤波电容优化设计原则,以最大程度减小损耗,提高轻载效率。最后通过仿真和实验验证了理论分析的正确性,为交错并联双向Buck/Boost变换器轻载效率优化提供了新的理论依据,推动了全负载高效率双向Buck/Boost变换器的设计实现。

电机控制器直流侧前置双向Buck/Boost变换器的直接功率控制策略研究

对电机驱动系统前置双向Buck/Boost变换器后直流母线电压的波动抑制问题进行研究。分析功率前馈控制策略抑制母线电压波动能力较弱的原因。对双向Buck/Boost变换器提出一种母线电容能量外环、输出功率内环的直接功率控制策略,并将输出功率的变化趋势反映到双向Buck/Boost变换器的发波环节,进一步提高了变换器的动态响应特性。基于小信号模型分析上述两种控制策略的本质区别。小信号模型分析结果、仿真和实验结果都证实,提出的直接功率控制策略比功率前馈控制策略有更好的抑制母线电压波动的能力。

抵消恒功率负载负阻抗特性影响的双向Buck/Boost变换器控制策略

对双向Buck/Boost变换器带恒功率负载时的稳定性问题进行了研究。首先对电机控制器的直流侧双向Buck/Boost变换器提出了一种功率前馈控制策略。分析了恒功率负载负阻抗特性不利于母线电压稳定的机理,对双向Buck/Boost变换器提出了一种反映直流母线电压变化趋势的前馈控制策略抵消了负阻抗特性对直流母线电压的影响。小信号模型分析、仿真和实验结果都证实了这种控制策略能够有效抵消恒功率负载负阻抗特性对母线电压稳定性的影响,有利于提高驱动系统稳定范围。

多重化双向Buck/Boost变换器控制策略仿真研究

多重化双向Buck/Boost变换器常作为能量交换接口用于储能系统中。采用基本建模法对三重化双向Buck/Boost变换器建立交流小信号模型,基于变换器的开环特性,设计了电压、电流补偿网络,在此基础上提出一种新的基于前馈校正的复合双闭环控制策略。为验证所提控制策略的正确性进行了MATLAB仿真研究。仿真结果表明:该控制策略可为三重化双向Buck/Boost变换器提供良好的动、稳态性能,同时对大范围的负载变化等扰动均具有很好的鲁棒性。

基于Buck/Boost变换器的NMVS无源无损软开关

针对有源无损缓冲电路结构和控制复杂的缺陷,开发了一种基于无源无损缓冲技术和谐振技术组合并在Buck/Boost变换器上实现,以此来设计具有非最小电压应力缓冲结构的软开关,通过对其7种工作模式下的工作流程分析,得到NMVS无源无损软开关电路单元并将缓冲元件的能量回馈给变换器的输入输出端,实现了无损的效果,并通过理论计算给出其具体的参数。与硬开关条件下的开关电流电压实验波形仿真对比,证实了其开关范围更广、效率更高、结构简单、性价比高,易于控制等优点。

带有分段饱和电感的宽功率范围双向Buck/Boost变换器研究

为解决固定的电感器设计通常导致变换器轻载时电流纹波较大、重载时动态性能较差的问题,文章提出了使用分段饱和电感器代替固定电感器设计宽功率范围双向Buck/Boost变换器,利用饱和电感的非线性特点,使电感值跟随负载与传输功率的大小而变化。在分析双向Buck/Boost变换器工作原理的基础上,讨论了电感值对系统的影响,给出了饱和电感器的设计步骤,并通过仿真与实验证明了上述方法的正确性与可行性。

双向Buck/Boost变换器损耗分析

为了选择变换器的散热方式和进行散热器设计,准确分析并推导出采用IGBT控制的双向Buck/Boost变换器各部分损耗计算公式.结合实例,分析计算了各部分损耗值,仿真结果和实例试验结果的壳体温度值分别为73.5℃和72.6℃,二者相差极小,能够满足设计要求.证明推导的计算公式可以指导后续的散热设计.

双向Buck/Boost变换器中SiC MOSFET串扰分析与抑制

由于寄生参数的影响,SiC MOSFET应用于双向Buck/Boost变换器时会出现串扰现象,在高速开关过程中会产生额外损耗甚至发生误导通,影响变换器的安全可靠运行。针对双向Buck/Boost变换器在Buck模式及Boost模式运行时出现的串扰电压,首先提取相关寄生电容和寄生电感参数,建立了含寄生参数的LTspice仿真模型,并搭建实验测试装置验证了模型的正确性。然后利用所建LTspice模型分析寄生电感参数对串扰电压的影响规律,提出了在Buck模式和Boost模式中分别采用不同的串扰抑制方法,并验证了所提方法的有效性。

一款48V八相交错并联Buck/Boost变换器的设计与分析

为了有效缓解能源短缺和环境污染的压力,48V轻度混合动力系统逐渐成为汽车行业研究热点之一。48V双向DC/DC变换器负责在48V轻度混合动力系统内转移能量,随着其输出功率的增加,传统双向Buck/Boost变换器的主要元器件实际可选范围小。根据多相交错并联双向Buck/Boost变换器工作原理及主要元器件实际市场情况,设计开发了一款48V八相交错并联双向DC/DC变换器。实际样机的工作效率测试结果与理论数据十分接近,充分验证了48V八相交错并联双向Buck/Boost变换器的设计及分析的正确性,研究成果能够满足整车企业对48V双向DC/DC变换器提出的功能需求及设计指标,具有一定的实际应用价值。

宽增益高效率级联式四开关Buck-Boost LLC变换器

为了解决变频控制的桥臂共用型四开关Buck-BoostLLC级联变换器磁性元件设计和优化困难的问题,提出一种二次侧为特殊全桥整流结构的级联式四开关Buck-Boost LLC变换器。通过控制二次侧开关管的交叠导通时间以拓宽变换器的电压增益。该变换器可根据不同的输入电压范围工作在交叠模式和整流模式;在不改变变换器参数的条件下将增益显著提高,能够适应更宽范围的输入电压,同时保持了变换器较高的工作效率。在两种工作模式的基础上,采用移相控制使变换器所有开关管实现零电压导通(ZVS),二极管实现零电流关断(ZCS)。结合状态平面轨迹分析法,对定频控制的级联式四开关Buck-Boost LLC变换器进行模态分析,并推导两种工作模式下的输入-输出表达式和开关管的软开关实现条件。最后,通过研制一台70~280 V输入、240 W/28 V输出的实验样机,验证了理论分析的正确性。

带感性负载的Buck-Boost变换器的非线性行为分析及优化控制

Buck-Boost变换器在某些参数发生变化时会呈现出丰富的非线性行为,这些行为将严重影响系统的稳定性,使得系统输出的电能质量劣化。文章基于实际变换器的负载特性,深入研究了感性阻抗负载下Buck-Boost变换器的非线性行为产生机理,提出了一种对数延迟反馈控制方法。该方法选取系统的输出延迟值与自身的值作差形成反馈信号;将该信号通过比例环节、求和环节和对数环节形成控制信号,以负反馈的形式施加于系统;最后基于稳定判据确定最优控制参数并对系统实施控制。为验证该方法的有效性,进行了大量的仿真实验,结果表明该方法能很好地抑制系统的非线性行为,扩展其稳定边界,改善系统输出的电能质量。

非最小相位的单电感双输出Buck-Boost变换器的复合控制方法

单电感双输出Buck-Boost (SIDO Buck-Boost)变换器在电感电流连续模式(CCM)下工作存在交叉影响以及非最小相位特性的问题.为了解决上述问题,提出基于储能函数的扩张状态观测器(ESO)的改进非奇异快速终端滑模(NFTSM)和自抗扰控制(ADRC)相结合的控制策略.设计主路控制器,对系统的传递函数进行拟合得到ADRC范式,利用该范式对主路进行解耦控制.设计支路控制器,采用改进型ESO对储能函数进行观测,并将观测值反馈补偿到非奇异快速终端滑模控制律中,达到支路解耦的效果.为了抑制滑模控制的抖振问题,对趋近律进行改进.利用Lyapunov理论证明系统稳定性.基于硬件在环(HIL)实验平台进行实验验证.结果表明,所提控制策略与PI控制策略以及基于ESO的滑模控制策略相比,在超调量和响应时间上具有较好的效果.

基于Posicast控制的双向Buck-Boost变换器改进控制策略研究

双向Buck-Boost变换器被广泛应用于锂电池等储能系统,常采用电压电流双环控制策略,存在动态超调大且有残留振荡等缺点,影响了储能系统的正常运行。提出基于Posicast控制的改进控制策略,首先,分析了双向Buck-Boost变换器不同工作模式的数学模型,介绍了Posicast控制器的基本概念,并给出了提升Posicast控制鲁棒性的设计方法。其次,基于变换器双环控制,将Posicast控制算法引入电流控制器,以改善系统的动态性能,并给出了不同模式下各控制器的设计方法,分析了电感参数变化时的系统鲁棒性。最后,通过功率为10 kW的双向Buck-Boost变换器样机平台,用试验验证了所提控制策略的正确性。

基于开关流图法的Buck-Boost变换器小信号建模分析

阐述Buck-Boost变换器具有输出纹波低,电压可控等优点,广泛应用于新能源汽车电池发电、直流微电网。建立小信号模型有利于对电路系统主电路的控制和控制回路的设计。分析Buck-Boost变换器,利用开关流图法和信号支路的模型建立变换器的流图,从而推导出变换器的小型号模型。

分数阶忆阻二阶电流反馈型Buck-Boost变换器动力学建模与分析

提出一种基于分数阶微积分理论的有源压控忆阻负载峰值电流型Buck-Boost变换器模型。在推导其在电感电流连续模式下电路方程的基础上,通过数值仿真分析并验证Buck-Boost变换器的复杂动力学行为。仿真实验结果表明,随着系统阶次的变化及忆性负载的加入,系统分岔点均发生后移,系统稳定工作范围大大增加;对整数阶忆阻负载变换器模型施加两时间尺度参数激励与外接激励,研究当慢变参数频率与系统固有频率产生量级差时的簇发振荡行为,随着系统激励幅值A的变化,系统会出现概周期的单-Hopf簇发振荡。