An Active Inrush Current Limiter Based on SCR Phase Shift Control for EV Charging Systems

This article gives an overview of the main passive solutions and active techniques, based on AC switches to limit inrush currents in medium power AC-DC converters （up to 3.7 kW） for electric vehicle charging systems. In particular, a strategy, based on SCR （silicon controlled rectifier） phase, shift control in a mixed rectifier bridge with diodes and thyristors, is proposed. The challenge is to help designers optimize the triggering delay of SCRs to both limit the peak value of inrush current spikes and optimize the charge duration of the DC-link capacitor. A mathematical model （Mathcad engineering tool） has been defined to point out, the interest of a variable triggering delay to control SCRs to meet the expectations described previously. Experimental measurements using an industrial evaluation board of the AC-DC converter demonstrate the robustness of the method.

One step to generate quantum controlled phase-shift gate using a trapped ion

This paper presents a very simple scheme for generating quantum controlled phase-shift gate with only one step by using the two vibrational modes of a trapped ion as the two qubits. The scheme couples two vibration degrees of freedom coupled with a suitable chosen laser excitation via the ionic states.

Study of the EAST Fast Control Power Supply Based on Carrier Phase-Shift PWM

EAST （experimental advanced superconducting tokamak） fast control power supply is a high-capacity single-phase AC/DC/AC inverter power supply, which traces the displacement signal of plasma, and excites coils in a vacuum vessel to produce a magnetic field that realizes plasma stabilization. To meet the requirements of a large current and fast response, the multi- ple structure of the carrier phase-shift three-level inverter is presented, which realizes parallelled multi-inverters, raises the equivalent switching frequency of the inverters and improves the per- formance of output waves. In this work the design scheme is analyzed, and the output harmonic characteristic of parallel inverters is studied. The simulation and experimental results confirm that the scheme and control strategy is valid. The power supply system can supply a large current, and has a perfect performance on harmonic features as well as the ability of a fast response.

Analysis of a novel phase-shifted soft switch converter

In this paper, on the basis of the phase shifted controlled zero voltage switch (ZVS) full bridge converter with pulse width modulation (PWM), a novel zero voltage and zero current switch (ZVZCS) PWM converter using a simple auxiliary circuit was designed. The ZVZCS soft switch is achieved by the resonance among the resisting electromagnetic deflection capacitor, the capacitor of the simple auxiliary network and the leakage inductor of transformer. There are no dissipation devices of the saturation inductor and the auxiliary switch in the converter, meantime the capacitor of the auxiliary circuit is also used to clamp the voltage of the rectifier, and there is no additional clamped circuit. There is no big circulating current in the converter, all the active and passive devices work on the condition of the low current and voltage stress, and the proposed converter has wide load range and small duty loss.

基于半桥三电平LLC谐振变换器的混合控制策略研究

半桥三电平LLC谐振变换器具有体积小、开关器件少、开关器件耐压高等优势,已逐渐应用于直流充电模块后级为动力电池充电。针对传统变频调制(PFM)策略与移相调制(PSM)策略无法实现宽输出电压范围的问题进行分析,提出一种宽增益范围的移相-变频(PSM-PFM)混合控制策略。通过搭建一台功率为600 W、输出电压为20~60 V的实验样机进行验证。实验结果表明,所提控制策略相比单一调制策略具有更宽的增益,进而可实现宽输出电压范围,能够为动力电池提供稳定、宽范围且可调的充电电压,并实现开关管零电压开通。

串联谐振型双有源桥变换器电流峰值优化控制

针对串联谐振型双有源桥(dual active bridges,简称DAB)双向直流变换器,该文提出一种基于变频控制的电流峰值优化控制策略.首先,利用时域分析法获得双有源桥变换器中峰值电感电流和传输功率的归一化解析式;然后,将所构建时域模型与传统基波分析法的计算结果进行比较,并推导出软开关范围且对死区时间进行分析.最后,通过仿真实验验证了时域分析结果和电流峰值优化策略.仿真结果表明,在不同功率等级下所提优化控制策略相对于现有定频控制能有效地降低电流峰值.

基于移相策略的无变压器半桥锂电池均衡器

针对锂电池单体间存在不一致性以及传统半桥均衡器多绕组变压器制作难度大、成本高等问题,文中提出了一种无变压器半桥锂电池均衡器,并分析了该均衡器在高频状态下影响电池单体间能量流动的关键因素。均衡器采用移相控制、最短均衡路径以及并行均衡模式,可以快速实现多个电池单体间同时均衡,因此其均衡速度快、均衡效率高且不受串联电池单体数量的影响,具有控制简单、均衡效率高、灵活性高以及开关器件少等优点。根据电池充放电动态模型推导出电池单体间能量均衡计算式,通过搭建仿真模型和实验样机对其进行验证。仿真和实验结果表明,基于移相策略的无变压器半桥锂电池均衡器能够快速实现电池单体间电压均衡。

高速电磁阀相移PWM电压驱动策略

高速电磁阀作为数字流量技术的核心控制元件,其动态响应及有效可控占空比区间严重影响系统流量控制精度。为进一步扩展有效可控占空比区间,提出一种包含基准脉冲宽度调制(PWM)、预激励PWM、激励PWM、高频PWM、预卸荷PWM、卸荷PWM在内的相移PWM电压驱动策略,给出相移PWM电压驱动策略的工作原理,并建立高速电磁阀动态特性理论模型,开展预激励PWM、预卸荷PWM可控占空比仿真分析与实验验证研究。结果表明:所提策略与复合PWM电压驱动策略相比,阀芯开启、关闭压力响应时间分别缩小了87%、37.9%,工作频率为100 Hz,阀芯正常启闭可控占空比为0.285~0.77,自扩展至0.085~0.81。

基于超螺旋滑模控制的DAB变换器应力优化

针对在传统的单移相(SPS)控制下的双有源桥(DAB)DC/DC变换器,在工作时会产生较大的电感电流应力的问题,本文提出了一种基于双重移相(DPS)调制的超螺旋滑模控制(STSMC)方法,能够有效降低其电流应力。首先,分析DAB DC/DC变换器在DPS控制方法下的两种工作模式,得出传输功率、电流应力特性及功率关系,搭建DAB的降阶模型;然后,将电流应力作为优化目标,选择拉格朗日乘数法求出最优的移相比,实现电流应力优化,并引入STSMC,降低系统的抖振;最后,在仿真和实验中,将所提控制策略与传统的PI控制方法相比较,验证了该方法的有效性和性能优势。

单相级联型多电平变换器直流纹波电压分析及抑制策略

级联H桥型多电平变换器采用移相变压器+整流供电时具有功率因数高、输出电压谐波含量低等优点,在大功率工业领域范围内得到了广泛应用。传统的调制算法都以假设直流母线电压恒定为前提,然而在直流侧会出现低频纹波并被调制和传输到负载,导致输出电压波形畸变。目的为了探讨级联H桥单元供电侧存在大量直流纹波电压导致输出负载电压波形畸变的问题,方法本文首先采用双重傅里叶理论分析直流纹波电压,在此基础上引入一种直流纹波前馈补偿策略,通过测量每个级联H桥的直流侧实际输入电压除以电压基准值并与传统载波信号相乘,进而与调制电压进行载波移相调制;同时采用矢量控制,通过FFT变换虚拟出无功电压,以获得更快的收敛速度、更高的稳定性和更小的振荡。结果仿真和实验结果表明,所提调制算法和控制策略可有效抑制负载电压中的低次谐波,减小输出电压波形畸变,实现逆变电源的快速动态响应和无稳态误差控制。结论实验结果验证了本文所采用的调制策略和控制策略的可行性与合理性。

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。

三重移相控制的DAB变换器多目标统一优化控制策略

针对双有源桥变换器存在电流应力大、全部开关管软开关实现困难以及动态响应慢的问题,提出1种基于三重移相控制的多目标统一优化控制策略。分析三重移相控制正向功率流的全局模式,选出其中3种高效率模式并建立电流应力和软开关解析模型。结合模型,采用成本函数优化方程推导不同模式下的最优移相比组合和最小电流应力,使开关管运行在零电压开关功率约束范围内。同时在效率优化过程中引入虚拟功率分量,构建小信号模型并阐明不同状态变量的小扰动对输出电压的影响较小。实验结果表明,所提控制策略可以在全功率范围内降低双有源桥变换器的电流应力且使所有开关管实现零电压开通,同时还能够提高输出电压的动态性能。

Digital control system for pulsed MIG welding power based on STM32

Digital control system for pulsed MIG welding power based on STM32 is set up with 32-bit STM32FlO3ZET6 directing against the pulse waveform modulation of pulsed MIG welding. High-frequency inverter and medium-low frequency pulse waveform modulation of pulsed MIG welding are realized by using the integrated PWM module within STM32 to generate PWM signals of phase-shifted full-bridge soft-switching and constant-current control of output current is achieved by means of anti-windup PI control algorithm to improve the stability and reliability of control system. Experimental results demonstrate that the designed digital control system based on STM32 can achieve pegrect pulsed MIG welding technique with stable welding process and good weld appearance, fully demonstrating the advantages of digital control based on STM32.

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。

串并联型海上风电场机组均压控制

针对串联型风机簇产生弃风的问题,在直流侧添加基于超级电容的储能单元,并在串联簇中设置一台参考机组,通过控制双向DC/DC变换器的吸收、释放电能,使同串联簇中除参考机组之外的其他机组向直流汇集母线上输出的功率相同,使直流风机风电功率和风机出口电压一致,实现基于超级电容储能的直流机组的均压控制,以此减少直流风机串联簇各机组间的风电功率差,降低弃风率。针对传统两相DC/DC变换器电感电流纹波大,两相电流不均衡等问题,采用了一种移相均流控制策略。最后,在Matlab/Simulink搭建了仿真模型,仿真结果验证了所提出的策略的有效性。

双有源桥变换器双移相控制动态特性优化方法

为了提高双移相控制的双有源桥DAB(dual active bridge)变换器负载切换的动态响应性能及减小电流应力,研究了1种改进型双移相NDPS(novel dual phase shift)控制方法,通过改变传统双移相TDPS(traditional dual phase shift)控制内移相角移动方向,重构了传输功率与移相比的关系,增大了移相比调节范围。研究了电流应力最小化条件下双移相控制最优移相比的求解方法,对比分析NDPS与TDPS控制方式负载切换时的动态响应特性。最后搭建了DAB变换器实验平台对理论分析进行实验验证,实验结果表明,轻载条件下,基于电流应力最小化方法得到的最优移相比组合可以有效减小电流应力,同时NDPS比TDPS控制方式有更好的动态响应特性。

双重移相控制下双有源桥变换器最小回流功率全局优化控制

双有源桥(dual-active-bridge,DAB)DC-DC变换器通常用于能量转换。然而,传统的单移相控制使得变换器在输入电压和输出电压不匹配时产生较大的回流功率,特别是轻载情况下该现象更为严重。现有基于双重移相控制(dualphase-shift,DPS)的回流功率优化策略,尚未考虑全功率范围内的回流功率,也缺乏对所有工作模式下最小回流功率的研究。为此,该文提出一种考虑全功率范围、全工作模式的DPS最优控制策略。首先,详细阐述回流功率产生的机理,建立了不同工作模式的传输功率和回流功率数学模型。然后,计及不同工作模式的功率限值,将DPS控制的传输功率分成不同的功率区。在此基础上,提出了一种基于最小回流功率的DPS最优控制策略,通过分析不同工作模式下的优化路径获得各个功率区的最优移相角,进而提升DAB变换器的传输效率。最后,搭建实验平台验证所提最小回流功率控制策略的可行性。

定频移相控制六开关双谐振变换器研究

针对传统频率控制的LLC谐振变换器在宽电压应用中电压调节性能差且循环电流较大的问题,设计一种六开关双谐振LLC变换器。该变换器由2个全桥LLC谐振变换器共用1个桥臂混合组成。相较于传统的频率控制,该变换器采用定频移相控制调节输出电压,减小开关频率范围。根据2个变压器连接方式的不同,变换器有2种拓扑形态。当2个变压器顺极性串联时,变换器的增益范围为0~1,可以实现超宽输出电压;当2个变压器反极性串联时,变换器的增益范围为1~2,在工作过程中具有较小的环流损耗。2种拓扑形态下,原边开关管和副边二极管分别实现ZVS开通和ZCS关断。最后,通过Simulink仿真和实验验证了研究内容的有效性。

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。

混合三电平双有源桥变换器暂态直流偏置抑制

二极管钳位型混合三电平双有源桥变换器采用扩展移相控制时,如果桥间移相比发生突变,变换器中的电流会产生直流偏置现象,使开关管电流应力增加,严重时还会导致系统过流和变压器磁饱和。针对该问题,研究了一种基于重构电感电流斜率的改进暂态直流偏置抑制方法。首先,分析暂态直流偏置的形成原因,构建暂态直流偏置模型。其次,根据不同的电感电流斜率选择最佳的开关状态,在最短时间内使电感电流斜率最大以抑制直流偏置。最后,在不同工作模式下,将改进方法与传统直流偏置抑制方法进行了仿真比较。结果表明,所提方法可以成功地抑制直流偏置,减小过流,且暂态过程仅占一个开关周期的10.2%,提高了系统的动态响应速度。