三有源桥DC-DC变换器广义状态空间平均模型及控制策略研究

基于移相加占空比控制策略的三有源桥TAB(triple active bridge)DC-DC变换器具有效率高和软开关范围可扩展等优点,但其小信号建模过程复杂、闭环控制环路参数整定困难。针对该问题,提出1种TAB工作在移相加占空比控制下的全阶连续广义状态平均建模和PI控制器设计方法。首先,分析TAB的运行原理和Y型等效结构;然后,结合移相加占空比控制的特点和交流方波源等效方法,推导出TAB的广义状态空间平均模型;接着,在推得模型的基础上求得输入到输出的传递函数,设计出PI控制器参数。最后,结合数字仿真及样机实验验证了所提方法的正确性及有效性。

高频链AC-DC矩阵变换器的变控制频率软开关调制策略

针对高频链AC-DC矩阵变换器的高效率要求,提出了一种变控制频率软开关调制策略。该调制策略在基于零矢量嵌入的分段同步控制策略基础上,以单控制周期平均功率不变为原则,通过改变控制周期长度,并调整一个控制周期内的电压矢量排布,优化脉冲宽度,使变换器在换流时全部开关器件的零电压开通成为可能。通过仿真分析和实验证明,采用本文提出的变控制频率调制策略,变换器在整流和逆变模式下,均可实现网侧电流三相平衡正弦,功率因数达到0.981,输出电压纹波小,最高效率达到96.9%,实现了高性能、高效率运行。

三电平混合全桥DC-DC变换器回流功率优化控制

针对三电平混合全桥双向DC-DC变换器存在的回流功率较大的问题,本文以回流功率最小化为目标,提出了一种基于双重移相控制的回流功率优化控制策略。首先,建立了三电平混合全桥DC-DC变换器的数学模型,分析了变换器回流功率和传输功率的特性关系;然后,以回流功率作为目标函数,通过KKT条件法将不同模式的等式和不等式约束条件转换为约束函数,并构建拉格朗日多项式函数求最佳移相比组合;最后,为提高系统动态响应的快速性,采用了环内直接功率控制方法,实现了变换器在面对突发情况时系统能迅速实现动态响应。仿真结果表明,在输入电压和负载突变时,本文提出的改进优化控制策略可以有效减小回流功率,提高系统的动态响应性能。

基于电流应力优化和6脉波调制的双有源桥AC/DC变换器控制策略

针对双有源桥(dual active bridges,简称DAB)AC/DC变换器,该文提出基于电流应力优化和6脉波调制的双有源桥AC/DC变换器控制策略.DAB和三相逆变器(three phase inverter,简称TPI)是双有源桥AC/DC变换器的两个关键单元.对DAB采用电流应力优化,对TPI采用6脉波调制.仿真实验结果表明:相对于单移相(single phase shift,简称SPS)调制策略,该文策略的电感电流的峰值更小,即能更有效地降低电流应力.因此,该文所提策略具有优越性.

基于双重移相控制的双向全桥DC-DC变换器最小回流功率分段优化控制

双向全桥DC-DC变换器以其重量轻、高功率密度、能量双向流动等优点成为直流微电网中不可或缺的一部分。但双向全桥DC-DC变换器在传统的单重移相控制下存在回流功率和电流应力等问题,尤其当输入电压和输出电压不匹配时,回流功率和电流应力会显著增加。针对输入电压和输出电压不匹配的情况,该文提出了一种双向全桥DC-DC变换器在双重移相下的最小回流功率控制策略。该控制策略通过对回流功率进行分段优化,得到了变换器在不同传输功率范围下的最优移相角。通过将所提控制策略和传统的双重移相控制进行对比分析,发现该文所提控制策略具有更小的回流功率和电流应力,提升了变换器的效率。最后基于所提控制策略搭建了实验样机,实验结果验证了控制策略的正确性和有效性。

固态变压器中隔离双向DC/DC变换器扩展移相下虚拟电流控制策略

该文以固态变压器后级隔离双向DC/DC变换器为重点研究对象,提出一种扩展移相下虚拟电流控制策略。通过分析后级变换器在扩展移相传输功率下相移量关系以获得最小电流应力最优解来提高变换器的传输效率,减少器件损耗。同时通过虚拟电流控制思想在线估算传输功率来提高系统动态响应性能,减少电流传感器使用。最后,对该文所提出的扩展移相下虚拟电流控制与扩展移相控制进行实验对比分析,验证了扩展移相下虚拟电流控制策略具有降低电流应力,显著提高变换器的动态响应的优点。

基于QFSK调制的DC-DC变换器功率/数据复合传输方法

传统电力线通信方案的硬件设计较为复杂。DC-DC变换器具有发送数据的潜能,可进行功率/数据复合传输。文中提出一种基于四进制频移键控(QFSK)调制的电力电子开关调制方案,通过调制开关频率将数据信息嵌入原始脉宽调制(PWM)信号中,使得电压纹波携带数据的频率特征;再通过基于滑动离散傅里叶变换的解调方案实现数据接收,最终实现功率/数据的同步传输。首先,证明了PWM信号与电压纹波频率一致的关系;然后,给出数据调制与解调的方案;以负载突变工况为例,通过对Buck变换器建模,分析功率变换暂态过程对通信的干扰影响;最后,搭建由两个Buck变换器组成的实验平台,验证了所提方案可实现20 kbit/s的通信速率;并以光伏优化器为应用背景,验证了所提方案的有效性。

双重移相控制的双向全桥DC-DC变换器及其功率回流特性分析

为了减小双向全桥DC-DC变换器的功率环流,分析传统移相控制中存在的功率回流现象,并分析回流功率对提高功率环流和电流应力所起的作用。在此基础上,提出一种双重移相控制方法。相比传统移相控制,该方法不仅具有更小的功率环流和电流应力,同时扩大了传输功率的调节范围,增强了功率调节的灵活性。详细介绍和分析双重移相控制的工作原理,给出变换器的工作模态分析,建立传输功率及回流功率的数学模型,并对比双重移相控制和传统移相控制的控制性能。最后,通过实验结果验证了双重移相控制的优越性。

一种新型全桥零电压转模PWMDC-DC变换器

针对移相全桥ZVSPWMDC-DC变换器滞后桥臂零电压开关范围窄、占空比丢失严重以及转换效率较低等缺点,该文提出了一种新型的全桥ZVTPWMDC-DC变换器拓扑。这种电路在传统移相ZVSPWMDC-DC变换器的基础上增加了两个无源网络,其中一个并联在原边的主电路中,为滞后桥臂实现零电压开关提供条件;另一个串联在变压器的副边,以减小变压器的导通损耗。这种电路有宽零电压负载范围,占空比丢失小等优点,可以提高了开关电源的效率,且输出性能好。该文分析了变换器的工作原理以及滞后桥臂零电压开关的实现条件。该文采用了DSP作为控制芯片,实现了系统的双闭环控制。最后研制了一台功率为600W,工作频率为100kHz的样机,实验结果验证了这种新型全桥ZVTPWMDC-DC变换器相关理论的正确性。

双向全桥DC-DC变换器回流功率优化的双重移相控制

隔离式双向全桥DC-DC变换器(isolated bidirectional dual-active-bridge DC-DC converter,IBDC)采用单移相控制时会产生较大的回流功率和电流应力,导致损耗增加。该文通过建立IBDC采用单和双重移相控制时的输出功率及回流功率数学模型,推导出回流功率与移相比及输入/输出电压调节比之间的数学关系,提出一种以回流功率最小为目标的双重移相回流功率优化控制策略。该控制策略根据传输功率及输入/输出电压调节比所处的不同范围,采用分段优化方法,得出各范围内的最优内移相比。通过仿真计算,对比研究该优化策略与单移相控制下的回流功率曲线。文中给出详细的优化控制算法和系统控制方案,并基于该方案设计制作实验样机。实验结果验证了所提出双重移相回流功率最优控制策略的有效性与可行性。

移相控制的双有源桥DC-DC变换器统一相量分析法

提出一种用于分析移相控制双有源桥直流变换器的控制特点、功率的传输与交换特性的交流相量分析方法。通过傅里叶级数分解将变换器的动态方程转化为稳态相量表达式,从而建立适用于单移相控制、扩展移相控制以及双重移相控制的统一复功率模型,得出功率分布区域。根据变换器稳态相量表达式得出不同控制方式所对应相量分析图,并提出不同移相控制策略的实际控制区域。仿真和实验结果与理论分析一致,验证所建立复功率模型的准确性。该分析方法避免了传统瞬时功率积分方法建立移相控制直流变换器功率模型过程中计算复杂、模型不统一以及物理意义不明确等问题,方便了多控制自由度情况下,变换器控制策略的选择与设计。

双向全桥DC-DC变换器基于电感电流应力的双重移相优化控制

通过分析双向全桥DC-DC变换器采用单移相和双重移相控制的工作原理,推导出了两种控制方式下变换器电感电流应力与传输功率、输入与输出电压调节比及移相角比之间的数学关系。为了有效降低变换器电流应力,针对不同的传输功率及电压调节比,通过寻优求得使电感电流应力达到最小的最优移相角。据此提出一种双向全桥DC-DC变换器双重移相优化控制策略,在实现输出电压闭环控制的同时使变换器电流应力达到最小。采用该优化控制策略,双重移相控制的电流应力始终小于单移相控制,并且当变换器工作在轻载且电压调节比较大时,该优化控制策略的优势更加突出。搭建了实验样机,对理论分析进行了验证,并与传统单移相控制进行了对比。实验结果验证了所提出最优控制策略的有效性与可行性。

Z源双向DC-DC变换器及其移相直通控制策略

提出一种适合于宽电压调节的新型Z源双向DC-DC变换器。该变换器主要由Z源网络、传统双向DC-DC电路和部分状态控制管组成,变压器两侧电路完全对称,电路上没有高低侧之分,电源为电压源或电流源均可,并且电路可以承受桥臂直通,可靠性高。该电路的电压调节既可以通过阻抗网络,也可以通过变压器来实现,具有较宽的电压调节范围,同时通过开关管的控制还可使阻抗网络工作在滤波状态。该文介绍和分析了变换器的拓扑结构与工作原理,给出了一种移相直通控制策略,通过移相角和直通角的调节可以实现电压调节范围由0变化到无穷大。通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。

双重移相控制与传统移相控制相结合的双有源桥式DC-DC变换器优化控制策略

为减小双有源桥式DC-DC变换器的功率损耗,提出一种双重移相加传统移相控制的优化控制策略,保证漏感电流有效值最小,同时使得所有开关管实现零电压开通(ZVS)软开关。首先分析变换器在传统移相和双重移相下的传输功率特性和软开关范围。在此基础上,通过建立漏感电流有效值、传输功率及软开关条件的数学模型,得出一条最优控制轨迹。该轨迹确保变换器工作于最小电流有效值状态且可以实现ZVS软开关,从而显著减小系统的导通损耗和开关损耗,实现了双有源桥变换器的优化控制。实验结果验证了理论分析的正确性和控制策略的有效性。

分布式风光储系统双向DC-DC变换器研究

文中提出了一种分布式风光储系统的架构,并重点研究系统中连接蓄电池和直流母线的双向DC-DC变换器。双向DC-DC变换器能够实现太阳能阵列、风机、电网和蓄电池之间的能量交换、调节母线电压,是风光储系统的关键部分。本文采用高变比的双有源全桥变换器构成双向DC-DC变换器,它既能连接较低输出电压的蓄电池和高压直流母线,又能通过移相控制实现功率双向流动和软开关。本文研制了一台3 k W风光储系统样机,在不同工况下测试了双向双有源DC-DC变换器的功能。

基于双重移相控制的双有源桥DC-DC变换器的软开关

通过分析双重移相控制下双有源桥DC-DC变换器的工作模式与各桥臂IGBT实现软开关的约束条件,得出了满足软开关条件的高频变压器漏感参数设计方法与死区时间限制条件;根据变换器稳态运行各阶段电路状态数学模型的分析,实现了通过对电路参数的优化设计降低变换器开关损耗,从而提高双有源桥直流变换器的效率。最后,根据理论推导结果设计变压器漏感并试验,试验结果表明所提出的设计方法对增加软开关实现范围和提高变换器效率的有效性。

基于移相控制的双向DC/DC变换器改进占空比调制策略

文章在移相控制的基础上,介绍和分析了改进占空比调制策略的工作原理,提出了一种新型双向DC/DC变换器调制策略,同时改变某一桥臂上两个开关管的占空比来减小其工作时的功率回流现象。相比于传统单移相控制,该方法具有更小的电流应力和回流功率,扩大了传输功率的调节范围;相比于双移相控制,调节难度相对简单容易实现。最后通过仿真验证了改进占空比调制的可行性。

应用于储能系统的双向DC-DC变换器研究

分布式能源的开发和应用日益广泛。本文采用了直流侧含有储能单元的交直流分布式电源(DG)统一模型,针对分布式电源大多具有间歇性、易波动的特点,利用直流侧储能单元平抑能量波动,以提高供电的稳定性和供电质量。储能单元通过两相交错并联Buck-Boost型双向DC/DC变换器接入直流母线,针对传统两相并联DC/DC电路易出现的电感电流纹波较大、两相间电流不均衡问题,提出了一种新的移相均流控制策略。最后搭建了5kW实验样机,通过实验验证了理论的正确性。

一种新颖的软开关双向DC/DC变换器分析与设计

提出了一种双向DC/DC变换器,低压侧采用电流型半桥拓扑,高压侧采用电压型半桥拓扑。并采用了一种新的相移控制方式,即通过控制占空比来改变移相角从而控制电流和功率。所提拓扑解决了电流型拓扑固有的启动问题和电压尖峰问题,低压侧实现了ZCS,高压侧实现了ZVS。详细分析了变换器正、反向换流和实现软开关的工作原理,最后通过模型仿真、样机实验验证了理论分析的正确性。

双向DC/DC变换器的改进相移控制设计

改进相移控制的双向DC/DC变换器结合了PWM和相移控制的优点 ,减小了变换器的电流应力 ,拓宽了软开关范围 ,提高了变换器的效率。详细介绍了控制电路的设计方法 。