开关DC／DC变换器的统一离散模型

为了确切地描述DC/DC变换器的系统特性,指导变换器的控制策略设计,文中利用状态转移矩阵,建立了基于电感电流连续和不连续两种运行模式的Boost变换器统一离散模型。给出了根据系统当前状态及控制策略,计算每个开关周期中功率开关关断后电感电流持续时间的方法,给出了变换器运行模式的判断条件,确定了模型的系数矩阵。与实验结果进行比较,验证了统一离散模型的有效性。

一种DC-DC变换器的离散数学模型

当DC-DC变换器工作于大信号运行条件或系统中出现较大振荡时,变换器将呈现电感电流连续和不连续两种运行模式,为了更确切地描述系统特性,建立了基于两种运行模式的DC-DC变换器离散数学模型。分别给出了基本的Boost和Buck变换器每个开关周期中功率开关关断后电感电流持续时间的计算方法,并根据电流持续时间与开关断开时间的关系预测下个工作周期变换器的运行模式,确定模型的系数矩阵。根据与Simulink系统模块运行结果的比较,验证了离散数学模型的正确性。

一种新颖的DC-DC开关变换器数字控制方法

为获得DC-DC变换器易于实现的数字控制方法,提出了一种基于电感电流线性变化的数字控制策略。根据变换器运行过程中电感电流的微分方程推导出了占空比的控制策略,通过对电流的快速控制实现对输出电压的快速调节,采用数字PI技术进行稳态误差修正,从而具有良好的自适应性;根据变换器输出电压与期望电压的偏差进行电流控制策略和带修正控制策略的切换控制。以Boost变换器为例,推导了变换器的占空比控制策略,采用数字PI控制器调节控制修正量。仿真和实验结果验证了控制策略能在启动过程中实现对变换器输出电压的快速、无过冲控制,以及各种扰动工作条件下对变换器输出电压准确、快速的控制。

Buck变换器直接电流和直接电压模型预测控制

为减小模型预测控制(MPC)决策时的计算量,实现Buck变换器预测控制的在线决策,在此提出一种基于简化离散模型的Buck变换器的预测控制策略。基于简化离散模型在不同运行模式下各状态变量与控制占空比的关系特性,设计了在电流连续模式(CCM)和电流断续模式(DCM)下不同的控制目标函数,最小化目标函数进行控制占空比预测。根据模型递推电流状态,进行变换器运行模式预测。根据模型递推电压状态,为变换器提供输出电压运行轨迹预测。根据预测的运行轨迹与Buck变换器输出电压之间的偏差,进行预测占空比的补偿策略设计,以消除模型系数线性化及变换器系统寄生参数引起的控制偏差。实验结果验证了控制策略能在各种运行条件下对变换器输出电压准确、快速地控制。

基于多电平逆变器的感应加热双频率输出设计

为了提高双频率感应加热设备的电源利用率,对基于多电平技术的双频感应加热的电压输出问题进行了研究。采用阶梯波近似模拟所需双频信号的合成波形,依据近似波形构造逆变器的输出电压波形。利用输出波形的傅里叶展开式,建立以逆变器触发延迟角为自变量的频率信号幅值方程。基于方程的求解结果,对所构造的输出电压信号和相同电平数的常规多电平信号进行基波调制系数及3次谐波调节范围的对比分析、所构造的输出电压信号具有更大的谐波调节范围。采用二极管钳位H桥逆变器拓扑,设计了实现所构造电压信号的逆变器触发方式,并兼顾考虑了逆变器分压电容的电压均衡问题。逆变器的仿真与实验结果验证了所提逆变器触发方式的有效性及对所构造信号计算分析的正确性。

Boost变换器功率开关PCB布线的设计研究

以Boost变换器为研究对象,建立了变换器电磁干扰简化等效电路;推导了变换器差模和共模干扰的数学表达式,利用Matlab对功率开关管引线与差模、共模干扰数值关系进行计算,分析了漏、源极引线对干扰的影响特点。通过仿真与实验验证了功率开关管引线对变换器电磁干扰的影响特点。

减少MOSFET开通损耗的输出电容优化曲线的研究

介绍了利用输出电容的电荷存储效应来分析由于寄生输出电容的存在给MOSFET器件动态开通时带来的附加损耗 。

并联Boost变换器的延迟反馈控制

以消除并联Boost变换器系统的分岔现象为目的,研究了延迟反馈控制在并联系统中的运用。建立了并联系统的离散模型,提出了延迟反馈的实现策略,并给出了控制参数的确定方法。以双环控制的3个Boost变换器并联系统为实验对象,采用最大电流自动均流法进行均流,确定了延迟反馈控制参数的取值范围。通过施加延迟反馈前后的实验结果对比,验证了延迟反馈控制方法对抑制Boost并联系统分岔现象的有效性,确定了控制参数取值范围的正确性。

基于效率模型的DC-DC变换器并联系统电流分配策略

由相同或不同功率等级的DC-DC变换器构成的分布式电源系统运行时,为实现能源的有效利用,应尽可能的提高系统的运行效率。基于平均损耗计算推导Buck变换器在连续电流导通模式下的效率函数模型,给出效率函数模型的参数计算方法。为优化并联系统的运行效率,提出基于效率模型的并联模块电流分配策略。设计Buck变换器并联系统的优化目标函数,给出并联模块电流分配的计算方法,分析模块电流的约束条件,给出并联运行模块数的调节方法。完成数值仿真与系统实验,试验结果表明,与采用平均电流分配策略相对比,提出的电流分配策略能够提高并联系统的运行效率。

采用波形合成法的级联型多电平逆变器谐波控制

为改善级联型多电平逆变器输出电压波形质量,对通过控制逆变单元开关角实现级联多电平逆变器谐波控制的方法进行了分析研究。针对解方程组法消除特定谐波中高次多变量方程组难于求解的问题,提出了一种波形合成消除特定谐波的方法。利用此方法可通过简单的三角公式递推计算获得实现特定谐波消除的开关角。依据理论计算结果进行的例证演示列出了开关角所有可能的取值情况,说明通过逆变器开关角的选择可同时实现输出电压中特定谐波的消除及基波幅值的调节。仿真与实验结果验证了该方法的可行性。

电流跟踪数字控制的Buck DC-DC变换器

为了改善Buck DC-DC变换器的性能,提出了一种基于微处理器的电流跟踪数字控制方法,根据输出电流和输出电压的采样信息,计算出所需要的输出电流,并将电感电流控制在该输出电流的一个滞环宽度之内。详细分析了负载突变和启动过程中输出电压的动态响应,给出了参数选择和设计考虑。以一个电流跟踪控制的Buck DC-DC变换器为例说明了所提出的方法并进行了实验研究,实验结果表明了电流跟踪控制的可行性和理论分析的正确性。

高阶并联Buck变换器稳定性分析的等效模型

为了能简单而有效地完成高阶并联DC-DC变换器系统的稳定性分析,文中提出了一种能直接求解系统雅可比矩阵特征值的等效模型。文中以采用PI控制的Buck变换器并联系统为研究对象,采用状态转移矩阵并将矩阵系数进行线性化处理,建立了并联系统的简化离散模型。基于简化离散模型,求解了系统的雅可比矩阵。通过矩阵行列式的行、列转换,推导了高阶并联系统稳定性分析的等效模型。利用等效模型,简单而直接地获取了雅可比矩阵特征值的解析解,极大地简化了高阶并联系统的稳定性分析。计算得到了并联系统电压环和电流环控制参数的稳定边界条件。通过将模型计算结果与系统仿真、实验运行结果对比,验证了高阶并联系统稳定性分析模型及控制参数边界条件的有效性。

数据融合在SAR图像去噪中的应用

基于SAR图像统计特性的CMAP滤波器和基于小波变换的滤波器在SAR图像去噪的应用中表现出不同的特性:CMAP滤波器可以较好地进行斑点噪声的去除,但是图像细节信息丢失较多;而小波变换虽然可以较好地保持图像的细节信息,但是平滑效果并不理想.文中将两种滤波方法的结果按照一定的融合规则进行融合,仿真结果表明,融合后的图像在较好地去除斑点噪声的同时,细节信息也得到了好的保留.

基于简化统一模型的DC-DC开关变换器数字优化控制策略

在DC-DC开关变换器大信号运行过程中,变换器的运行模式并不是唯一的。为得到适用于电感电流连续导通模式(CCM)和不连续导通模式(DCM)下DC-DC开关变换器易于实现的数字控制策略,提出了一种基于变换器简化统一离散模型的数字优化控制策略。通过将基于两种运行模式的统一离散模型系数矩阵中的幂指数函数进行线性化处理,得到变换器简化的统一离散模型;基于简化模型的电压电流特性,设计优化目标函数;根据模型的递推状态,最小化目标函数进行优化控制决策;由模型根据递推状态和优化控制进行模型运行模式决策,模型的输出为实际系统提供优化轨迹;根据实际变换器系统与模型输出的偏差来修正优化控制,以补偿实际系统中因寄生参数引起的控制偏差。以Boost变换器为例,建立了变换器的简化统一离散模型,求取了优化控制量,采用数字PI控制器调节控制修正量。仿真和实验结果验证了控制策略能在启动过程中实现对变换器输出电压的快速、无过冲控制,及各种扰动工作条件下对变换器输出电压准确、快速的控制。

基于多电平逆变器的高频感应加热电源若干问题的研究

由于功率金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)电压容量等级较低,为实现高频感应加热电源的大功率输出,对基于多电平变换技术的串联谐振电压源逆变电路在感应加热电源中的应用问题进行了研究。给出了一种带无源无损吸收电路的多电平逆变拓扑结构以及吸收电路的参数设计方法,实现了逆变电路中二极管反向恢复现象的抑制及功率器件开关条件的改善;通过对逆变电路死区工作过程的分析,确定了逆变电路的信号触发方式,解决了负载电压二次换向及电压波形的调整问题。通过工作频率为500kHz的感应加热电源的仿真和实验结果,验证了研究工作的可行性及正确性。

DC-DC变换器的效率特性及其相关问题研究

基于变换器的功率损耗进行了运行效率的分析计算,采用曲线拟合的方法对效率模型进行验证。分析了并联变换器系统最大模块数及模块数调节与效率的关系,给出了面向效率的系统最大模块数及模块数调节的设计方法。仿真与实验结果验证了理论分析的正确性。

感应加热用IGBT电压源逆变器工作方式分析

通过对电压源逆变器工作方式的分析,研究了电流换相过程中浪涌电压的产生机理,并据此确定了逆变器的工作方式与控制方式。

基于IGBT并联谐振逆变器工作方式的分析研究

从电路结构、工作方式等方面对并联谐振逆变器的工作过程进行了较全面的分析;主要对逆变器换相过程中可能出现的相关问题进行了分析研究;提出了相应的仿真和实验结果,以确定并联谐振式电流型逆变器安全、可靠、高效的电路结构及其小容性的工作方式。

二极管钳位型逆变器双频感应加热电源的解耦控制

单逆变器同步双频感应加热电源的输出信号存在严重的耦合问题,为实现双频输出信号的单独调节,文中研究了二极管钳位型逆变器双频输出信号的解耦控制问题。基于逆变器电平非叠加式输出信号的谐波分布特点,提出了采用前馈补偿方法进行输出双频信号的解耦控制。设计了实现解耦控制的前馈补偿器,以逆变器触发角的取值要求为求解约束条件,进行了解耦控制前馈补偿器的分析计算,给出了解耦控制变量的参数取值范围。数值仿真、电路仿真及实验结果验证了文中二极管钳位型逆变器双频信号解耦控制设计的有效性,采用设计的前馈补偿器实现了对双频输出信号的单独调节。

小波变换在感应加热电源锁相环中的应用研究

为了解决感应加热电源中频率的正确跟踪问题,在锁相环中引入了小波变换技术,利用小波提取负载电压的基波信号以确定锁相频率。文中对小波函数与信号分解尺度的选择进行了分析。实验结果表明,小波变换技术的运用将有利于感应加热电源安全、高效的运行。