An Improved Non-isolated LED Converter with Power Factor Correction and Average Current Mode Control

A new type of high power LED drivers is proposed by adopting an improved two-stages non-isolated configuration. In order to improve power factor and achieve accurate average current control under universal input voltages ranging from 100 Vrms to 240 Vrms, the power factor correction and average current mode control methods operating in continuous current conduction mode are designed and implemented. With the LUMILEDS emitter type LEDs, a laboratory prototype is built and measured. And from the measured results, it could be concluded that the proposed driver has many better performances such as high power factor, low current harmonic, accurate average current control and switch protection.

A single-inductor dual-output switching converter with average current mode control

An integrated single-inductor dual-output （SIDO） switching DC-DC converter is presented. The outputs are specified with 1.2 V/400 mA and 1.8 V/200 mA. A decoupling small signal model is proposed to analyze the multi-loop system and to design the on-chip compensators. An average current control mode is introduced with lossless, continuous current detection. The converter has been fabricated in a 0.25μm 2P4M CMOS process. The power efficiency is 86% at a total output power of 840 mW while the output ripples are about 40 mV at an oscillator frequency of 600 kHz.

平均电流控制型移相全桥DC-DC变换器输出阻抗及控制环路优化设计

级联式变换器广泛应用于分布式发电系统中,为了保证各级变换器自身以及系统集成后变换器的动态和稳态特性,各级变换器的输入输出阻抗及控制环路的设计需要统一考虑。移相全桥DC-DC变换器作为Buck变换器的一种,广泛应用在高频、大功率场合,且相比较电压型控制方法,平均电流型控制可以使变换器获得更好的动态和稳态特性。本文以平均电流控制型移相全桥DC-DC变换器为例,揭示了该型变换器闭环输出阻抗与控制环路参数的相互关系,讨论了电流电压环路补偿网络的参数设计依据,在确保单级变换器本身的动态和稳态特性前提下,通过约束前级DC-DC变换器闭环输出阻抗尖峰,从而保证系统集成后稳定可靠工作。系统仿真与实验结果表明了理论分析的正确性。

基于三端等效电路模型的FB-ZVZCS变换器控制环路设计方法

为保证平均电流型控制方式下输出宽范围可调电源的全局稳定性,采用新型的三端等效电路模型对系统进行小信号建模,避免了传统平均模型不能预测次谐波振荡的问题。基于该模型给出了比例积分型电流补偿器的设计方法,获得良好的电流控制特性;分析了稳态工作点对系统控制环路设计的影响,给出了适合宽变工作点条件下电压外环的设计方法,在保证全局稳定性的同时,系统能获得更宽的控制带宽;利用该方法对一台最大电流4A、输出电压50~600 V连续可调的FB-ZVZCS变换器进行控制环路设计。实验结果表明,变换器在各稳态工作点具有良好的稳定性和动态特性,验证了设计方法的正确性。

基于平均电流模式的同步Buck数字电源设计研究

高效率、高开关频率和数字控制是近年来开关电源领域的研究热点。探讨了基于平均电流模式的同步Buck数字电源设计策略,结合理论分析和Matlab/Simulink软件仿真,分析了同步Buck的环路设计条件,详细阐述了两种电压电流双闭环PI补偿器的设计方法,并提出了一种基于电流环简化的电压环设计方法。使用高性能主流MCU芯片STM32G474作为控制核心,利用高分辨率PWM技术实现200 kHz的开关频率,以中断事件触发和状态机运行思想来构建系统软件的架构。仿真和实验结果表明系统具有效率高、动态响应快和鲁棒性强等特点,为数字电源的通用化设计提供了参考。

两级式单相逆变器输入电流低频纹波分析及抑制

50Hz单相逆变器时变特性导致前级直直变换器输入电流中含两倍频100 Hz低频纹波,将有可能诱发变换器之间相互作用问题,如稳定性问题、输入纹波电流限制等。基于反向电流增益Ai(s)(输入电流对输出电流)模型,提出一种新的方法,用于分析直直变换器低频纹波特性。建立不同控制方式下的Ai(s)模型,并通过SABER软件仿真得到验证。指出并验证平均电流控制方式相比电压控制方式及开环控方式,在输入电流低频纹波抑制方面更有效,并基于Ai(s)模型给出相关的设计准则。最终给出不同控制策略下输入电流低频纹波仿真及实验作为验证。

改进式自主均流技术的研究

针对常规自主均流法存在动态响应不佳的问题,引入平均电流控制,提出改进式自主均流控制,通过添加电流环为内环并将电压环和均流环并列,改善系统的均流动态性能。本文以Buck变换器并联系统为例,全面地叙述了改进式自主均流技术中三环控制系统的设计过程。最后用三台48V/12V/10A的Buck样机并联实验证明多环路设计的正确性和改进式自主均流法的优越性,从而为改进式自主均流技术的推广应用提供理论基础。

改进平均电流自动均流法及其在Boost变换器并联系统中的应用

改进了基于平均电流模式的自动均流法,并应用于并联Boost变换器均流控制中,理论分析表明在低于右半平面零点的低频域内将Boost变换器外部环路的二阶系统降为一阶系统,使得控制回路易于设计,并保证了并联Boost变换器的动态响应。该文给出基于平均电流模式的自动均流控制系统分析方法,提出其控制回路的设计原则,并指出该控制方法同样适合于多并联模块,原则上并联模块数量不限。论文还建立了2台40V/120V/4.2A的Boost变换器并联实验系统,实验证明理论分析的正确性。

不隔离单相光伏并网逆变器系统输入电流低频纹波抑制

单相光伏并网逆变器系统网侧功率时变特性导致前级直直变换器输入电流中含较大(两倍电网频率)低频纹波,影响其对光伏面板最大功率跟踪效果。本文基于反向电流增益Ai(s)(输入电流对输出电流)模型,提出一种新的方法,用于分析单相不隔离光伏并网逆变器系统中前级Boost直直变换器低频纹波特性。本文建立并推导了不同控制方式下的Boost变换器的Ai(s)模型,并在Saber软件中得到验证。指出并验证了平均电流控制方式相比电压控制方式及开环控制方式,在输入电流低频纹波抑制方面更有效,并给出相关的设计准则。仿真及实验表明了该模型的正确性及可行性。

开关变换器及其控制环路的建模综述

对开关变换器及其控制环路的建模方法进行归纳与总结。将开关变换器的建模方法分为连续建模和离散建模,或基于电路分析的建模和基于数学推导的建模。在此基础上,结合控制环路的建模,将开关变换器及其控制环路的建模方法分为平均建模、离散建模和考虑边频的建模3大类。根据此分类,系统分析平均法、离散时间法、采样数据法、描述函数法、多谐波小信号法以及谐波状态空间法的原理和特点,揭示各种建模方法的区别与联系,以及优缺点和适用性。以应用最为广泛的平均法为例,首先采用时间平均等效电路建模方法,得到基本开关变换器的等效电路模型,推导用于频域特性分析的8个完整的功率级传递函数。其次,针对电流型控制的平均小信号模型无法揭示次谐波振荡,以及传统采样保持系数无法适用于不同平均小信号模型的问题,提出通用的采样保持系数。最后,给出综述结论并进行研究展望。

Boost升压变换器平均电流控制模式的仿真

Boost变换器的开环传递函数有一个位于右半平面的零点,使得使用单一的反馈电压环难以同时保证系统在受到某种扰动作用时,既有很好的动态品质又不致造成系统失稳.平均电流控制模式是提高Boost变换器稳定性和动态调节特性的有效方法.分析并推导了Boost变换器的平均电流控制模型,通过对系统的分析和仿真,其结果证明了所建模型的正确.

基于电流模式的Buck变换器的模糊控制

针对Buck变换器采用比常用的小信号建模方法更为精确的大信号建模方法对系统进行分析,进而提出一种基于电流模式的模糊控制方法。该方法将模糊控制方法与电流控制方法相结合来构造双闭环控制系统,并对所采用的模糊控制器进行非线性小信号分析。在系统中将电感电流引入电流环,同时将模糊器与积分器的并联作为电压环。该方法与传统控制方法进行仿真比较,仿真结果表明,所提出的方法十分有效,能极大的提高系统的动、静态性能。

一种零电压转换双升压有源功率因数校正变换器

针对双升压功率因数校正(DBPFC)变换器在低电压大电流输入时开关损耗大、效率偏低的问题,提出一种可实现零电压转换(ZVT)的有源DBPFC变换器拓扑。通过增加一个有源辅助谐振支路和适当的控制策略,可以大幅减少主电路开关管和升压二极管的开关损耗,同时并未增大各开关器件的电压应力。详细分析了变换器拓扑在一个开关周期内的工作模态,对软开关实现条件和实现类型进行了理论分析的同时给出了主要的仿真波形。设计了基于该拓扑的原理样机,样机输出波形验证了理论分析的正确性,表明各开关器件均实现了不同类型的软开关,样机效率曲线表明变换器能提升工作效率达到1.2%~2.2%。

燃料电池并联供电系统的建模和控制

对燃料电池并联供电系统的数学模型建立过程和控制策略进行了研究。根据电路的工作原理,以电路中电感的电流和电容两端的电压为变量,推导出系统稳态状态空间的矩阵方程,进而建立主电路的小信号数学模型。在建立单个燃料电池供电的电压控制模型和稳定性分析之后,以平均电流法构建出整个系统的控制模型。通过分析闭环传递函数的幅频特性,对系统的稳定性进行了判定。在理论分析的基础上,对2台燃料电池并联供电系统及其控制方案进行了闭环仿真,给出了仿真输出波形。结果证明,所采用的分析方法和建立的数学模型以及采取的控制策略是正确的。

一种含回路二极管双Boost PFC电路

双Boost功率因数校正(PFC)拓扑仅需增加两只回路二极管就可以大幅降低共模噪声,但由于升压电感的特殊位置,该拓扑输入电压采样和电感电流采样非常困难。在此详细分析了一种改进的含回路二极管双BoostPFC电路,该电路仅需在含回路二极管双Boost PFC拓扑中使用无体二极管的IGBT作为开关管即可采用电阻采样法来进行电感电流平均值取样,又优化了控制电路设计。详细探讨了在一个开关周期内的工作模态和IGBT寄生电容对电路的影响并给出了仿真波形。在此基础上采用UC3854获得门极驱动信号,设计了输出功率600 W的实验样机,输出波形和效率比较验证了理论分析的正确性,同时给出了不同开关频率的电路在满载时效率随输入电压变化的曲线。

一种改进的单相PFC控制策略及其仿真

本文首先指出了目前PFC电路所采用的平均电流模式控制技术的缺陷,指出了引起这种缺陷的主要原因,并通过理论分析证明这种缺陷在单相PFC电路的平均电流模式控制电路中是不可避免的。然后提出了一种改进的单相PFC控制方案。并通过PSpice软件仿真验证了该方案的可行性和先进性。

一种变占空比控制电流断续模式Boost功率因数校正变换器的仿真研究

电感电流断续模式Boost功率因数校正变换器已广泛应用于各类电力电子装置中。为进一步提高变换器的输入功率因数、减小谐波污染,设计了一种基于平均电流的变占空比控制的电流断续模式Boost功率因数变换器。通过研究恒定占空比控制的变换器基本原理,推导出一种变占空比控制的方式,设计了合理的电路参数并搭建了仿真电路模型。仿真结果证明,该变占空比控制的方法能提高变换器的输入功率因数,减小谐波畸变。

单相Boost有源功率因数校正电路的研究

基于平均电流模式控制技术,设计并制作了一台1 kW单相Boost有源功率因数校正装置。功率因数校正系统设计采用双闭环控制方法,电流内环实现样机输入电流跟踪输入电压按正弦规律变化,电压外环维持输出电压不变。实验结果表明,实验样机可获得高功率因数,电流畸变小,并且样机动态响应速度快、抗干扰能力强。

平均电流型Boost PFC非线性现象分析

针对PFC电路中的非线性现象,本文以输出电容和负载电阻为分岔参数,UC3854为控制芯片,在saber软件中对平均电流型Boost PFC电路进行了仿真,仿真结果表明在分岔参数变动的情况下,电路可能会出现慢时标分岔、混沌等非线性现象。最后,利用输出电压和电感电流之间的相图对该现象进行了分析。本文的研究对PFC电路的稳态设计和全面理解其动力学行为具有重要意义。

基于平均电流的双闭环APFC电路的设计

为有效消除电力电子设备的谐波干扰,基于UC3855设计了BOOST功率因数校正电路。主电路为减少功率损耗采用ZVT零电压辅助开关。控制电路采用双闭环平均电流模式。利用乘法器校正使输入电流接近正弦波并保持与电压同相位。通过小信号建模推导了电流环、电压环传递函数,配置了系统双环补偿校正网络的参数。最后通过MATLAB仿真和实验验证了设计的正确性。系统的动、稳态性能良好,功率因数接近为1。