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。

基于互补PWM控制的Buck/Boost双向变换器在超级电容器储能中的应用

超级电容器等快速储能技术在短时大功率应用中具有较好的技术经济性,非常适宜于微型电网运行过程中的瞬时功率平衡控制。提出超级电容器通过Buck/Boost双向变换器与脉宽调制(pulse width modulation,PWM)逆变器相连的储能主电路结构,以实现功率的双向调节并提高超级电容器利用率。为解决直流母线电压易受PWM逆变器工作状态切换而波动的问题,采用互补PWM控制技术,分析其特点及其在提高系统运行稳定性与动态响应的优势;建立互补PWM控制的Buck/Boost双向变换器的小信号模型,应用电压电流双闭环与功率前馈相结合的方法以抑制直流母线电压波动;针对直流母线负载电流不易测量的问题,提出采用最小拍观测器的方法对负载电流进行虚拟测量。仿真和实验证实了该方法的有效性。

双Buck/Boost集成双有源桥三端口DC-DC变换器

在传统的双有源桥变换器的基础上集成两个双向Buck/Boost电路,提出了一种双Buck/Boost集成双有源桥三端口DC-DC变换器,该变换器实现了桥臂开关管的复用,提高了功率密度。以光伏-蓄电池混合发电系统为例对该变换器拓扑进行分析,采用移相+PWM进行控制,通过控制移相角实现输入与输出端口间功率传输,通过调节占空比来匹配输入端口电压等级,以实现光伏端口的最大功率点跟踪和平衡蓄电池端口的能量传递。分析了该变换器的工作原理、稳态与软开关特性,该变换器较大程度地改善了传统移相控制下DAB在移相角较小时的软开关条件,使得在宽工作范围内能够实现所有功率开关管的软开关。最后建立300W实验样机进行方案验证。

交错并联双向Buck/Boost集成LLC谐振型三端口直流变换器

将交错并联双向Buck/Boost电路与全桥LLC谐振电路通过共用全桥开关单元集成在一起,提出了一种新型的三端口直流变换器,实现了器件共享,降低了体积和成本。该三端口变换器包括两个双向端口和一个隔离的单向输出端口,通过PWM+PFM的混合调制策略,可实现端口间功率流的灵活控制。与传统的移相全桥集成型三端口直流变换器相比,提出的变换器输入电流纹波小,可在宽电压和功率范围内实现一次侧开关管的零电压软开关(ZVS)和二次侧整流二极管的零电流软开关(ZCS)关断,开关损耗小,而且不存在占空比丢失、变压器直流偏磁等问题。研究了该三端口变换器的工作原理、工作模式和端口功率传输模式,并对其增益、软开关等特性进行了深入分析,最后搭建了一台500W的实验样机,实验结果验证了变换器的实用性和理论分析的正确性。

电机控制器直流侧前置Buck/Boost双向变换器的母线电容电流控制策略研究

电机控制器直流侧的前置Buck/Boost双向变换器可以根据驱动系统需要调节母线电压,提高系统的效率和输出功率。分析传统控制策略不能有效抑制电机工作状态快速切换导致的母线电压波动原因,在此基础上对双向Buck/Boost变换器提出一种母线电压、母线电容电流双闭环的控制策略。由于母线电容电流不能直接测量,提出一种母线电容电流间接计算方法。小信号模型的对比分析结果证明,母线电容电流控制策略比传统控制策略有更好的抑制母线电压波动的能力。仿真和实验结果都证实了理论分析的正确性。

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。

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。

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。

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。

新型Buck/Boost电路在充电装置中的应用

提出了应用智能功率模块IPM实现新型Buck/Boost拓扑完成向蓄电池充电和蓄电池去极化放电的智能充电装置。实验表明,采用新型智能充电装置可使充电效率提高到90%,充电时间缩短到1.5h以内。

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。

Buck/Boost双向DC/DC变换器的数字控制研究

Buck/Boost双向DC/DC变换器在电动车电机驱动系统和车载充电系统中具有重要的应用前景。为实现该变换器控制与驱动电机的协同控制,提出了一种采用低成本数字控制芯片STM32F103实现Buck/Boost双向DC/DC变换器数字控制的方法,并进行了变换器设计和试验研究。研究结果表明,在电压外环和电流内环的双闭环控制策略下,该变换器可以满足稳态运行控制,以及参考电压突变和负载突变模式下的动态运行控制。采用数字控制的方式有望使得DC/DC变换器的控制与电机的控制能共享控制器资源,有利于实现它们在控制方法上的耦合,进一步提升电动车电机驱动系统控制的灵活度。

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。

一种半周期SVPWM控制的三相双向双Buck/Boost变流器

三相AC/DC变流器广泛应用于中高功率场合,传统的三相桥式拓扑上下桥臂功率管直接相连,存在直通问题,需要在驱动信号中加入死区,导致大量低次谐波的产生。三相双Buck/Boost拓扑克服了上下桥臂的直通问题,无需设置死区,大大减小了交流侧的电流谐波。分析三相双Buck/Boost变流器的工作模态,定义半周期冗余开关信号,论证屏蔽冗余开关信号的必要性,讨论整流、逆变双向切换及半周期控制的过零畸变问题,并提出改进的半周期双向空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)控制策略,通过仿真与实验验证理论分析的正确性。

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。

基于发展的PWM Switch模型的Buck/Boost双向直直变换器建模及分析

提出了双向功率流动场合的PWM Switch模型,同时选取典型的Buck/Boost双向变换器作为评估平台。小信号分析结果表明,Buck/Boost双向直直变换器通过仅控制Buck模式主控管可以对电池充放电模式进行切换。其提供了对变换器稳态及动态性能研究的一种快速仿真方法。基于改进PWM Switch模型及器件级电路的详尽仿真对比验证了模型的精确性。

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.

一种基于混合Buck/Boost电路的两级式逆变器功率解耦方法研究

针对传统两级式逆变器由于输入输出功率不平衡所带来的二次功率扰动问题,提出了一种六开关的混合Buck/Boost电路,并联在逆变器交流输出侧进行功率解耦,从而抑制母线电压和直流侧电流中的二次纹波,并将大电解电容替换成小容量和长寿命的薄膜电容。混合Buck/Boost电路可以处理双向变化的脉动能量,通过脉冲能量调制法(Pulse Energy Modulation,PEM)计算每个开关周期的开关占空比,实现对脉动功率的解耦控制。分析了混合Buck/Boost电路的四种工作模式,推导了PEM控制原理。使用Matlab/Simulink平台搭建仿真模型进行验证,结果证明了方法的合理性和有效性。

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。