Indirect Output Voltage Control in Negative Output Elementary Super Lift Luo Converter Using PIC plus FLC in Discontinuous Conduction Mode

In this paper, the design of a proportional integral controller (PIC) plus fuzzy logic controller (FLC) for the negative output elementary super lift Luo converter (NOESLLC) operated in discontinuous conduction mode (DCM) is presented. In spite of the many benefits viz. the high voltage transfer gain, the high efficiency, and the reduced inductor current and the capacitor voltage ripples, it natured with non-minimum phase. This characteristic makes the control of NOESLLC cumbersome. Any attempt of direct controlling the output voltage may erupt to instability. To overcome this problem, indirect regulation of the output voltage based on the two-loop controller is devised. The savvy in the inductor current control improves the dynamic response of the output voltage. The FLC is designed for the outer (voltage) loop while the inner (current) loop is controlled by the PIC. For the developed ?19.6 V NOESLLC, the dynamic performances for different perturbations (line, load and component variations) are obtained for PIC plus FLC and compared with PIC plus PIC. The study of two cases is performed at various operating regions by developing the MATLAB/Simulink model.

具有DCM环路校准的ACOOT控制全集成Buck

为解决高频下过零检测不精确所导致DCM模式下转换器存在较大反向电感电流损耗的问题,提出了一种基于自适应固定导通与关断时间控制的全集成Buck转换器。该控制方式属于脉冲频率调制(PFM),可根据输入输出电压和负载大小自动地调整导通时间和关断时间,改善轻载时输出电压纹波和效率。此外,设计了DCM校准环路,实现了精确的DCM工作。采用SMIC 65 nm CMOS工艺进行电路设计。仿真结果表明:在2.5 V输入电压,1.2 V输出电压,负载范围为0~150 mA条件下,最大输出电压纹波为69 mV,峰值效率提高系数为34.2%,峰值效率为73%;当负载为10 mA时,峰值效率为51.1%。

断续模式下的半无桥Boost PFC变换器设计

半无桥Boost功率因数校正(PFC)变换器凭借其桥臂无直通风险的优势,广泛应用于军工、医疗等高可靠性应用场合。电流断续模式(DCM)下,Boost PFC变换器具有零电流开通、二极管无反向恢复等优点。针对传统控制方式下输入电压过高导致的电流畸变和功率因数降低等问题,首先在恒定占空比控制的基础上详细推导了变占空比的控制方式,从而在全范围内提高功率因数。其次,为解决传统的半无桥Boost PFC变换器使用2个功率电感带来的系统体积、占板面积大等问题,采用完全解耦的磁集成方式来提高功率密度。最后,搭建了1台150 W基于完全解耦磁集成的半无桥Boost PFC变换器,实验验证了所提方案的有效性。

用于Buck变换器的精确电流控制技术

Buck变换器广泛运用在电压调节模块、负载点电源、LED电源模块等电力电子设备中,用来实现电压的转化,其工作模式可分为连续导通模式(CCM)、断续导通模式(DCM)和临界导通模式(CRM)。传统的变换器构建了闭环控制回路对自身进行反馈控制,使Buck变换器具有良好的输出能力。为了更精确地调节变换器的输出,此处提出了一种DCM下的Buck变换器精确电流控制技术,利用DCM下每个周期电感电流下降至零的特点,构建了电感电流精确控制算法。该控制算法针对非同步Buck变换器,通过控制功率管开通的时间,实现精确的电流控制技术,进而取得更为良好的静动态性能。基于理论研究方法,以宽禁带功率器件为基础,设计了一台功率为500 W的原型机,用于验证所提算法的可行性。

用于智能量测开关的超宽输入DC-DC模块研究

为了解决智能量测开关内部自取电电流互感器输出电压变化大的问题,需要在后级级联具有超宽输入电压范围的DC-DC模块来产生稳定的系统供电电压。研究了一种基于恒定开通时间控制和断续模式非同步Buck电路的超宽输入DC-DC模块。根据输入电压和输出电压的差距大小,采用变频和准定频分段控制方式。实现大压差功率变换的同时,该DC-DC模块还具有极快的动态响应。利用PSIM软件对DC-DC模块电路的特性进行仿真分析和验证。研制了一台功率为5 W的硬件样机进行测试,给出了部分关键实验波形。实验结果表明,该DC-DC模块具有输入范围超宽、动态响应极快和稳定性高的特点。

一种高频非理想DCM反激变换器建模与设计

针对反激变换器因高频特性描述不准确而误导补偿参数设计的问题,根据平均开关模型法,建立工作于断续导通模式(DCM)下非理想反激变换器小信号模型,并推导包含高频零极点的控制环路传递函数;分析控制环路幅频特性与相频特性,并搭建基于电流模式控制芯片KP2201的反激变换器SIMPLIS仿真模型,与实验样机进行测试验证。仿真与实验结果均表明,基于所提模型预测的控制环路能够有效描述系统工作特性,在频率响应及动态响应上均具有良好的一致性,为工程应用中设计稳定系统提供参考。

DCM单桥臂集成Boost逆变器用PFM+SPWM混合调制策略

传统脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)+正弦脉冲宽度调制(sinusoidal PWM,SPWM)混合调制下,电流断续模式单桥臂集成Boost逆变器在负载功率大范围变化时会产生过调制问题,导致输出波形畸变。采用恒定占空比且变输出功率的改进混合调制策略可避免上述问题,但无法应用于独立逆变、光伏并网等场合。为此,文章提出一种脉冲频率调制(pulse frequency modulation,PFM)+SPWM混合调制策略,使升压桥臂工作在PFM方式,逆变桥臂工作在SPWM方式。该调制策略不改变输出功率和升压桥臂的占空比,通过变频控制实现直流母线电压调节,可以避免负载大范围变化时输出波形产生畸变,且可以应用于输出功率不可调的场合,具有更强实用性。所提混合调制策略的可行性通过一台500W的原理样机得到仿真和实验验证。

DCM模式BUCK变换器的建模与混沌控制

为进一步探索开关变换器的非线性特性和混沌控制方法,对电流断续导通工况下的BUCK变换器进行了研究。通过MATLAB建模仿真,分别研究了电流断续导通模式BUCK变换器工作状态与输入电压Vi、电容C和电感L3种电路参数的影响关系。在选定条件下改变3种电路参数,均观察到了系统从单周期稳定态到倍周期分岔,再到混沌的演化过程。仿真结果表明3种电路参数对系统状态的影响方式互不相同,且相较于电流连续导通模式,断续导通模式具有更复杂的变化规律。在此基础上采用一种混沌控制策略,实现了对断续导通模式BUCK变换器的混沌控制。该控制策略快速有效,仅需0.6μs就可以将系统从混沌态控制到稳定态。此外,该控制策略不需要设定预期的目标轨道,不依赖变换器自身电路参数,仅需调整一个外部可调参数,在验证仿真模型正确的同时也提供了一种有效的混沌控制方法。

具有快速动态响应的三态功率因数校正变换器

提出一种三态Boost功率因数校正电路及其相应的系统控制策略,采用DSP实现系统的全数字控制。通过在Boost变换器电感两端并联开关管,使Boost变换器工作在伪连续导电模式从而获得2个控制自由度并实现控制环路的解耦。详细分析三态Boost功率因数校正变换器的工作原理和控制方法,不但解决了不连续导电模式Boost功率因数校正变换器不能应用于中大功率场合和连续导电模式Boost功率因数校正变换器控制电路设计复杂的问题,而且还具有良好的功率因数校正能力,拓宽了Boost功率因数校正变换器的负载范围,并提高了Boost功率因数校正变换器的动态响应速度。通过一台400W的实验样机验证了理论分析的正确性。

直流变换器模式快速识别PI自适应控制策略

针对三电平H桥直流变换器在传统的PI控制下,受到电流连续模式和电流断续模式切换大扰动时动态性能较差的问题,提出了一种新颖的模式快速识别PI自适应非线性控制策略。采用状态空间平均法和开关网络平均法,建立了变换器在两种模式下的数学模型,并设计了数字控制器。控制器有效提取了电感电压特征,能在一个开关周期内对模式进行快速识别,克服了依据电感电流检测模式速度慢且准确性不高的问题,从而根据模式实时改变PI参数以实现最佳的动态性能。将新型控制策略和传统PI控制进行了对比实验研究,实验结果表明变换器在突加50%负载工况后,采用新型控制的输出电压最大跌落较传统控制降低了25.2%,从而验证了该新型控制策略的可行性和有效性。

同步整流Buck变换器断续工作模式建模分析

作者运用能量守恒原理 ,考虑电感电流的纹波和开关器件的导通损耗 ,把非理想功率开关等效为理想开关与开通电阻的串联 ,理想开关由受控源替代 ,推导了同步整流Buck变换器在断续工作模式下的大信号平均模型、DC和小信号电路模型 ,导出了开环传递函数 ,进行了计算机仿真分析 ,结果令人满意。该建模分析方法的优点是考虑了电感电流的纹波和变换器的寄生电阻 ,模型直观、物理意义清晰 。

全负载DC-DC变换器电荷平衡数字控制

提出一种适用于连续模式和断续模式DC-DC变换器的电荷平衡数字控制方法。该方法基于并行运算和组合逻辑,通过连续计算和比较平均充电电流和输出电流从而生成期望的占空比。得益于该机制,新的方法对跨越两种导通模式的扰动仍具有良好的动态性能。该方法通过引入双模控制策略利用线性补偿器消除稳态误差,且适用于包括Buck,Boost和Buck-Boost在内的3种基本变换器。对同相Buck-Boost变换器的仿真与实验验证了该方法的有效性。

电流模式控制Buck-Boost变换器建模及非线性现象仿真

根据电流模式控制下Buck-Boost变换器的工作特性,建立变换器的统一数学模型,并基于Matlab/Simulink仿真软件,分别搭建工作于电流连续和电流断续模式下变换器的仿真模型。通过对电流连续模型进行仿真,揭示参考电流Iref和电感L在不同的工作情况下出现倍周期分叉并最终导致混沌的现象;对电流断续模型进行仿真,得出以输入电压E变化时的混沌相图,验证电流断续模式下混沌现象的存在性。同时为消除这2种模式下的混沌现象,引入PID控制器。仿真结果表明:通过设置适当的参数,可以有效地抑制变换器中的混沌现象。

电流型脉冲序列控制单电感双输出Buck变换器

提出了一种电感电流断续工作模式(DCM)单电感双输出(SIDO)Buck变换器的电流型脉冲序列(PT)控制方法。为避免两路输出的交叉影响,应用时分复用理论,由时分复用信号决定两路输出中相应输出支路的调节,从而实现每一个输出支路的独立调节,避免了两个输出支路的交叉影响;通过在脉冲序列中加入空白脉冲,改善了变换器轻载时的瞬态响应及开关损耗;在控制回路中引入了电流环,实现主功率回路的逐周期限流。有别于传统电流型脉冲宽度调制(PWM)控制技术,电流型PT控制不需要误差放大器及相应的补偿网络,因此具有实现简单和瞬态响应快的优点。仿真与实验验证本文研究结果的正确性。

无桥Dual-Sepic PFC变换器分析与设计

研究了一种新型无桥Dual-Sepic功率因数校正(Power Factor Correction,PFC)变换器,该变换器具有升降压功能,且完全消除了传统桥式PFC变换器中的二极管整流桥,减少了电流流通路径中功率器件的数量,提高了变换器的效率。工作于不连续导电模式(Discontinuous Conduction Mode,DCM)的无桥Dual-Sepic PFC变换器具有二极管零电流关断特性,减小了二极管反向恢复损耗和开关损耗,进一步提高了变换器的效率。此外,无桥Dual-Sepic PFC变换器输入电流连续,减小了电磁干扰。对DCM模式无桥Dual-Sepic PFC变换器进行了详细的分析和电路参数设计,仿真和实验结果证实了参数设计的正确性和方案的可行性。

一种BUCK型开关稳压器负载电流检测电路

针对Buck型开关稳压器的断续工作模式(DCM),基于CSMC0.5μm CMOS工艺设计实现了一种新颖的负载电流检测电路。同传统的电感电流采样方式不同,该结构直接应用与负载电流变化几乎同步的同步管栅极驱动信号作为"电流采样"信号,实现了负载平均电流的检测。经投片验证,提出的电流检测电路工作良好,且面积仅占芯片的1.5%,同传统采样方式相比,面积减小了21%,静态时的耗电仅为原来的40%。

脉冲序列控制反激变换器输出电压纹波和脉冲组合方式

分析了一种新型非线性控制方法——脉冲序列控制,通过调整两组预先设定的控制脉冲的组合,实现开关变换器输出电压的调整。脉冲序列控制开关变换器的控制电路简单、可靠,不需要补偿网络。对脉冲序列控制反激变换器的工作原理及控制策略进行了系统、深入地分析,研究了不同负载情况下一个脉冲序列周期内的脉冲组合方式和输出电压纹波,设计了一个脉冲序列控制器。仿真与实验结果验证了理论分析的正确性及控制器设计的可行性。

一种具有输入端电容均压的串-并型双管正激组合变换器研究

针对该双管正激组合变换器电感电流连续模式工作时,由于参数不对称导致输入端电容不能均压,须采用专门电压控制闭环来保证输入端电容均压,因而增加系统的控制复杂程度和降低了系统的可靠性。该文在分析工作原理基础上,揭示了组合变换器在电感电流断续模式工作时输入端电容自然均压的机理,使得功率开关管只承受一半的输入电压,并得到实验验证,从而简化系统控制、提高了系统可靠性。

一种全新的临界工作模式下的单级功率因数校正电路工作特性研究

该文首先分析了单级功率因数校正(PFC)电路中普遍存在的储能电容电压过高的问题。在此基础上,该文提出了一种全新的临界工作模式下的单级功率因数校正电路,在对PFC变换器及DC/DC变换器的临界条件进行了数学解析后,得出了电路工作状态的精确解并提出了控制储能电容电压的临界点工作方式。该电路在利用普通控制芯片实现较高功率因数的同时,有效地控制了储能电容的电压值,降低了开关应力,提高了电路的稳定性。同时文章还分析了单级PFC电路中的电流畸变特性,得出PFC电路的功率因数表达式。最后实验验证了该文数学推导的正确性和控制策略的实用性。

反激PFC变换器输出电压纹波分析

详细分析了断续导电模式(DCM)反激功率因数校正(PFC)变换器和临界连续导电模式(CRM)反激PFC变换器实现功率因数校正的工作原理。通过推导DCM和CRM反激PFC变换器的输入电流的表达式,证明2种变换器都可以实现PFC功能。进一步推导DCM和CRM反激PFC变换器的输出电压纹波峰峰值的表达式,揭示了工作模式对PFC变换器的输出电压纹波的影响,发现CRM反激PFC变换器的输出电压纹波峰峰值比DCM反激PFC变换器的输出电压纹波峰峰值小。最后通过仿真和实验验证了理论推导的正确性。