一种交叉倍压型高增益DC/DC变换器

针对光伏发电、燃料电池发电等领域对高增益直流变换器的需求,以两相交错并联升压变换器为研究对象,由2个含有电感的倍压单元组合设计出实现电压提升的交叉倍压结构,据此提出了一种新颖的交叉倍压型高增益DC/DC变换器。该变换器可实现(3n+4)/(1-d)倍的高电压增益(1∶n为耦合电感匝数比,d为变换器占空比),且具有电路器件的低电压应力特性。对于漏感引起的开关管电压尖峰问题,引入了钳位电容构成释放漏感能量通道,同时提升了输出电压。介绍了新型交叉倍压型高增益变换器的拓扑结构,分析了变换器各模态的工作过程,推导了电压增益、输入电流纹波及各器件电压应力等稳态特性,并搭建样机进行实验研究,验证了该直流变换技术方案的可行性和先进性。

模块化高压大容量DC/DC变换器综述

随着新能源发电占比增加和电网规模的不断扩大,直流输电系统的容量不断提升,含有不同电压等级的直流电网是未来发展的必然趋势。在此背景下,DC/DC变换器作为直流电网关键设备,在多电压等级互联场景中发挥着重要作用。文中首先对已有的模块化高压大容量DC/DC变换器进行归纳、分类和比较,然后阐述了目前模块化高压大容量DC/DC变换器的拓扑结构、工作原理与特点,并针对其特点提出了不同变换器的适用场景,最后对未来的研究方向提出了建议。

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MPC的耦合电感飞跨电容双向DC/DC变换器功率均衡解耦控制策略

耦合电感功率变换器因耦合电感阻抗、电感值等参数差异易导致功率不均衡。针对耦合电感飞跨电容双向DC/DC变换器,提出一种基于模型预测控制(MPC)的功率均衡解耦控制策略。通过对变换器原理进行分析,建立基于电感电流解耦的数学模型,得到包括电感电流和飞跨电容电压等6个控制变量的解耦控制方法。在此基础上,提出基于MPC的功率均衡解耦控制策略。同时,为降低MPC算法的运算负荷,根据解耦控制模型重构模型预测价值函数,实现各控制变量独立动态寻优,使系统能在稳定控制输出电压及飞跨电容电压的同时,实现两相耦合电感的功率均衡控制。最后,通过理论分析及实验对所提策略进行有效验证。

一种可拓展双输入高增益DC/DC变换器

针对光伏发电系统中光伏电池板集成汇流的需求,提出了一种可拓展双输入高增益DC/DC变换器。该变换器采用了一种新型拓扑结构,可在实现输入输出电压高增益变换的同时降低了开关器件的电压应力。此外,所提变换器还具有可拓展性,可以根据不同的光伏电池板数量和输出电压要求对端口进行扩展,从而降低系统的复杂性和成本。首先详细介绍了所提变换器的拓扑结构,并推导出变换器在不同工作模态下的运行原理。然后,对该变换器的增益特性、开关器件的电压和电流应力、关键器件的参数选择和损耗计算等方面进行了深入的理论分析。最后,搭建了一台输出功率为1 kW的实验样机,并进行了实验测试。实验结果验证了所提变换器理论分析的正确性和可行性。

基于数字PWM控制的Buck型DC/DC变换器设计

为解决集成电路生产成本随半导体制造工艺进步而升高的问题,尤其针对传统模拟架构DC/DC变换器中的电阻、电容、运算放大器等模块面积大、功耗高、稳定性差等问题,设计一款基于数字PWM调制buck型DC/DC变换器。设计基于CSMC 0.18μm BCD工艺,使用Verilog硬件描述语言设计数字PID补偿器,在VCS+XA数模混合仿真环境下进行仿真验证。仿真结果表明在不同PVT条件以及不同负载下,输出纹波较低,输出电压稳定,实现了低成本、高鲁棒性的设计目标。

新型四开关升降压DC/DC变换器控制方案设计与实现

本文提出了一种新颖且易于实现的Buck-or-Boost(BOB)变换器控制策略,BOB拓扑非常适合应用于燃料电池或电池电源系统,基于本文提出的非线性双占空比控制方案,BOB变换器可以连续工作在Buck模式、Boost模式或Buck-Boost模式下,无需复杂时序控制,实现输出电压可以高于、低于或等于输入电压。基于该控制策略,设计了一个250W燃料电池应用DC/DC转换器,实验结果证明了所提控制策略的可行性。

基于部分功率调节的高调压速率DC/DC变换器

应用于5G基站的通信电源可在设备待机时降低输出电压来减少能耗,然而输出电压的频繁快速调节给变换器带来挑战。针对这一问题,采用部分功率调节的思想,在变换器输出端构造部分电压调节电路,对电压调节电路采用电压外环电流内环、负载电流前馈以及输出电压前馈控制,使变换器获得电压快速调节的能力且保持较高的能量转换效率。搭建1kW实验样机,验证了所选拓扑以及控制策略的有效性。

永磁同步电机双向DC/DC变换器混合储能设计

为了提高永磁同步电机的发电效率,设计一种永磁同步电机双向DC/DC变换器混合储能方案,并开展性能仿真分析。利用双向DC/DC变换器连接储能部件与负载母线,该变换器的控制性能对系统整体动/静态性能存在明显影响。研究结果表明:在Buck模式下仿真测试得到,双向DC/DC变换器高压侧电流逐渐升高,产生了持续上升的最高输出功率。双向DC/DC变换器与Buck电路达到了合理的参数,能够达到混合储能系统要求达到的稳定性与快速性控制标准。本设计的双向DC/DC变换器主电路与Boost电路各项参数处于较优的状态,能够实现对混合储能系统进行稳定高效控制的目标。电感与电容值满足系统运行要求,可以实现双向DC/DC变换器的快速响应,能够快速控制电流值,并获得稳定的电压参数,能够满足优异的动态调控性能。

基于占空比主动调节的钳位开关电容型DC/DC解耦控制策略

钳位开关电容型DC/DC(Clamping Switched Capacitors-based DC/DC,CSC)是构建具有直流故障自清除能力直流变压器的有效模块。由于传统控制策略下的CSC中直流电压与电容电压存在着耦合效应,直流电压的变化将直接引起电容电压与交流环节电压幅值的变化,使得CSC在两端直流电压不匹配时可能发生软开关丢失、电流应力增大、功率损耗增加等运行性能下降的现象。鉴于此,为改善CSC在直流电压不匹配时的开关及效率性能,提出了一种基于可变占空比的CSC电容电压解耦控制策略。该策略可以在CSC的整个运行范围内保证交流电压幅值的自动匹配,对于改善CSC的整体运行性能具有明显效果。基于试验样机,验证了所提控制策略的正确性与有效性。

基于波浪发电储能装置的DC/DC变换器设计实验研究

波浪发电过程中存在着发电的随机性和不稳定性,将储能装置接入波浪发电系统能较好地解决此类问题。针对波浪发电的特点,设计一款利用新型半导体材料功率器件(氮化镓)的DC/DC变换器用于储能装置中。阐述系统结构的组成,并分析其工作原理。根据设计参数和氮化镓开关特性设计出主电路、驱动电路、采样电路和控制电路。根据设计构建测试平台,测试在电压变换的情况下能够稳定输出0.5 A的电流。测试结果验证了所设计方案的有效性,对波浪发电储能系统的实际应用具有一定的参考价值。

抑制DC/DC BOOST电路尖峰电压及振铃噪声的设计与应用

针对开关电源DC/DC BOOST电路易出现电磁辐射偏高甚至超标问题,通过对升压转换电路及其电磁辐射产生机理研究,提出一种DC/DC BOOST电路系统中寄生电容容值的确定方法及基于RC吸收电路的振铃噪声抑制方法,通过对RC吸收电路的元件参数进行计算取值并实测,测试数据显示,电路系统中尖峰电压有效降低2.2%,振铃噪声已无限趋近于0,电磁辐射峰值可有效降低4.2 dB;同时该方法不影响电路系统稳定性且成本低廉,契合大规模产业化设计需求,可有效提高产品开发效率。

一种基于数字孪生的小功率DC/DC变换器健康状态监测方法

针对空间电源高可靠和长寿命的要求,提出一种基于数字孪生技术小功率DC/DC变换器健康状态监测方法。首先实时更新DC/DC变换器退化参数,建立“高保真”数字孪生模型;其次基于虚拟实体通过蒙特卡罗方法生成大量数据样本;然后使用层次分析法确定不同指标的权重,根据指标权重计算加权马氏距离,对最终的健康程度分类。以Superbuck变换器为实验电路,验证了所提方法的有效性。

一种零输入输出电流纹波高增益DC/DC变换器的设计与分析

随着光伏发电成本逐渐降低,装机容量不断上涨,其并网问题也越来越受到关注。针对光伏发电并网系统对DC/DC变换器的需求,以二次型Boost变换器为基础,结合电容升压技术,提出一种同时具有零输入电流纹波、零输出电流纹波、高增益、低开关管电压应力等特性的DC/DC变换器。分析了其4种工作模式的工作模态,推导了电压增益公式与临界模式参数,并与近年来相关学者提出的同类型变换器进行了对比,最后搭建实验样机进行了验证。

基于三电平DC/DC变换器的混合储能系统控制策略

针对城轨交通电压等级高、能量流动大以及启动制动频繁等问题,提出一种基于三电平DC/DC变换器的混合储能系统控制策略。能量型储能装置通过并联扩容以满足高能量需求并起到维持直流牵引母线电压稳定的作用,功率型储能装置满足启动制动工况下的高功率需求并起到提高动态响应特性的作用。采用低通滤波器实现EESD和PESD的指令功率分配,采用下垂控制实现多组线路阻抗不同的EESD的功率均分,采用电压补偿控制减小直流牵引母线电压的控制误差。最后,在Matlab/Simulink仿真平台上进行了充放电、启动制动、轻载重载等工况下的仿真实验,验证了该控制方案的可行性和有效性。

某机载DC/DC变换器振动冲击加速度分析

DC/DC变换器的作用是将载机上高压直流电进行电压转换再分配后供给载机后端各类用电设备使用,需具备优良的可靠性。基于ANSYS力学分析软件,采用有限元法对DC/DC变换器进行随机振动、冲击、加速度分析,并依据分析结果校核DC/DC变换器的强度及刚度,验证设备的结构设计满足机载环境使用要求。

增程式汽车12V DC/DC变换器输出熔断丝熔断问题分析及改进

增程式汽车作为当代传统燃油车向纯电动汽车过渡的车型,在汽车发展中占据着重要地位。DC/DC变换器作为增程式汽车的关键零部件之一,起着至关重要的作用。它将高压电池包输出的高压电转换为合适的电压,为整车及蓄电池供电,确保整车用电器正常用电需求的同时,保证低压蓄电池处于满电状态,是整车供电系统中不可或缺的一环。文章结合某增程式汽车DC/DC变换器输出熔断丝熔断导致蓄电池馈电的问题,进行深入排查,并确认问题发生的根本原因,进而提出优化改进方案,对提高增程式汽车供电系统的可靠性具有重要意义。

双向DC/DC变换器在混合动力汽车中的应用

随着用户对混合动力汽车的动力性能和油耗追求越来越高,搭载双向直流转直流(DC/DC)变换器成为满足用户要求的可能方向之一。文章针对双向DC/DC变换器在混合动力汽车中的应用,分别分析了本田动力控制单元(PCU)系统、不同的拓扑结构选型、双路交错拓扑收益等,并分析双向DC/DC变换器在混动系统中可能遇到技术难点,为混合动力汽车采用双向DC/DC变换器选择提供意见。

直流微电网DC/DC变流器IGBT均温控制

直流微电网并联DC/DC变流器中功率器件IGBT电热参数以及线路参数存在差异性,使得各并联DC/DC变流器中的IGBT承受不同的热应力,热应力差异加剧了DC/DC变流器IGBT疲劳老化失效程度,降低了直流微电网整体供电可靠性。为此,提出一种直流微电网DC/DC变流器IGBT均温控制策略。首先,建立基于Foster热网络模型的IGBT热电耦合模型,并计算分析DC/DC变流器IGBT结温;然后,分析直流微电网并联DC/DC变流器IGBT结温差异的影响因素,通过在传统下垂控制中引入均温虚拟阻抗,自适应调整流经各DC/DC变流器的电流,使得各并联DC/DC变流器IGBT结温趋于一致,并进行所提策略的稳定性分析,实现DC/DC变流器运行可靠性和直流微电网整体稳定性的有效提升;最后,搭建Matlab/Simulink与PLECS/Blockset联合仿真模型,验证了所提均温控制策略的有效性。

基于可变电感的双有源桥隔离DC/DC变换器功率控制

针对传统双有源桥DAB(dual-active-bridge)变换器存在开关损耗大、循环电流大、负载变化范围窄且运行效率偏低等问题,提出1种基于可变电感和移相PS(phase shift)角相结合的新型双有源桥变换器功率控制方法。该方法将可变电感和移相角作为主要控制参数,以提升DAB在更宽的负载变化范围内的运行效率。此外,将DAB变换器的传递函数线性化,以提高控制器的实用性和便利性。基于所提方法中器件饱和可控,通过减小磁芯尺寸来优化变换器尺寸。最后,通过实验验证了所提方法的有效性和优越性,结果表明在最大PS角条件下,电感变化显著影响DAB变换器的功率传输,在轻载和重载条件下,其整体运行效率均比传统DAB变换器高约5%。