Desired Dynamic Equation for Primary Frequency Modulation Control of Gas Turbines

Gas turbines play core roles in clean energy supply and the construction of comprehensive energy systems.The control performance of primary frequency modulation of gas turbines has a great impact on the frequency control of the power grid.However,there are some control difficulties in the primary frequency modulation control of gas turbines,such as the coupling effect of the fuel control loop and speed control loop,slow tracking speed,and so on.To relieve the abovementioned difficulties,a control strategy based on the desired dynamic equation proportional integral(DDE-PI)is proposed in this paper.Based on the parameter stability region,a parameter tuning procedure is summarized.Simulation is carried out to address the ease of use and simplicity of the proposed tuning method.Finally,DDE-PI is applied to the primary frequency modulation system of an MS6001B heavy-duty gas turbine.The simulation results indicate that the gas turbine with the proposed strategy can obtain the best control performance with a strong ability to deal with system uncertainties.The proposed method shows good engineering application potential.

采用分段式自适应PWM/PFM调制的Buck型DC-DC转换器设计

为了在轻重负载条件下获得更高的转换效率,采用分段式结构和导通电阻更小的NMOS作为输入级,并采用PWM/PFM双调制方式,设计了一种Buck型DC-DC转换器。为解决PWM/PFM调制信号切换问题,采用零电流检测方式进行切换。利用断续导通模式(DCM)和连续导通模式(CCM)下端NMOS管导通时电感电压的不同,检测下端NMOS在导通时电感电压大于零的周期。当电感电压大于零的周期大于2时,则处于DCM模式并自动采用PFM调制模式,关闭一部分功率管以减小开关频率和功率管寄生电容,优化轻载效率;反之则处于CCM模式并采用PWM调制。仿真结果表明,在负载电流10~1000 mA范围内,该电路可以在两种调制模式平稳切换,在800 mA时峰值效率可提升到96%以上。

一种PWM/PFM自动切换的DC-DC芯片

提出一种可根据负载变化在脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)和脉冲频率调制(pulse frequency modulation,PFM)两种工作模式间自动切换的降压DC-DC芯片的设计法,推导出临界切换状态下的负载电流值表达式,在此基础上设计了一种PWM/PFM自动切换的DC-DC芯片.该系统在较大的负载变化范围内均具有较高效率.

基于PFM调制的超低功耗红外光通信装置设计

采用分离元件,以STM32F103ZE微处理器作为控制核心,设计了一种红外光通信装置以及超低功耗三维中继器,实现数字或模拟信号的无线传输以及任意方向转发.该装置主要由红外光发射器、三维中继转发器和红外光接收器等模块组成,使用同步传输协议,以脉冲调频的方式调制解调,实现了数字化无线通信的目的,解决了光通信仅能单一方向传递的问题,具有功耗低,传输距离较远的优点.并以音频传输为原型,在13m左右的三维空间里实时传输0.1~10kHz频带内的音频信号.

基于双频PFM控制模式的升压式DC-DC变换器

为了改善系统在宽负载范围内的整体效率,设计了一种基于双频脉冲频率调制(PFM)控制模式的升压式DC-DC变换器.首先,选定2个固定的频率.通过检测负载的变化,使得变换器在轻载或重载时工作于其中的1个频率下,而中载时则通过选择2个频率的不同组合来稳定输出电压,提高全载效率.继而设计了一个双频振荡器电路模块.整个芯片设计基于0.5μm CMOS工艺,并在Cadence工具中完成模拟仿真和版图设计.流片芯片测试结果表明,系统在整个负载范围内的转换效率高于75%,最大输出电流可达300 mA,芯片的实际性能达到设计要求.因此,采用这种控制方法能有效提高系统的全载效率,所得变换器可望具有良好的电磁干扰特性.

一种PFM控制模式高效反激转换器的设计

设计了一种不连续导通模式(DCM)下高效反激式转换器的控制方案。该方案通过电压检测(VS)端电感检测功率MOS管的导通状态,通过控制电路对VS信号进行采样和保持,采样值输入至降频电路产生降频电流,降低振荡器的工作频率,从而减少功率MOS管的开关损耗,提高转换器的工作效率。在不同的输出负载下,VS的采样值产生不同大小的降频电流不同程度降低振荡器的工作频率,实现对系统的脉冲频率调制和脉冲宽度调制的结合控制。本电路采用0.5μm BiCMOS工艺,利用Hspice和Cadence软件对设计的电路进行仿真。仿真结果表明,转换器的效率高达86%,在0.1 A轻载情况下效率也达到了72.1%,较高的工作效率满足设计要求。

离子推进器屏栅电源稳压控制方法研究

为了解决离子推进器屏栅电源在负载突变过程中产生的过压、过流等问题,对LLC谐振变换器采用移相-变频控制(PS-PFM)稳定输出电压,当采样电压低于设定值下限时,进入变频控制模式,当采样电压高于设定值上限时,进入移相控制模式。实验证明,相比于常用的调频控制,移相控制的加入能够解决轻载或空载模式下的电压飘高问题,通过PID参数的调整,可以实现负载跳变时的稳定快速调节,使输出电压保持在设定值;通过PCB布局与磁性元件优化设计,所研制的原理样机在额定情况下效率高达98.9%,功率密度可达6.47×10^(6)W/m^(3),在同等级的电源产品中具有优势。

基于单稳态电路的PFM控制器设计

在分析脉冲频率调制(PFM)对开关电源轻负载效率提升的基础上,设计了一款新颖的PFM升压DC-DC转换器控制芯片,内部采用独特的低压偏置产生电路和单稳态电路,结构简单(仅有21个双极型晶体管——BJT(bipolar junction transistor),它与外接高性能元件配合构成驱动LED(lightemitting diode)的高效升压电路.HSPICE仿真结果表明:在BCD-0.6μm-30 V工艺下,最低工作电压只需0.9 V,效率高达94%以上,达到了设计预期的结果,具有很好的应用前景.

一种基于负载电压换流的新型ZCS-PFM变换器

为实现一种结构简单,高效、高频、低电压应力,控制简单的软开关升压变换器,提出一种零电流软开关脉冲频率调制(pulse frequency modulation,PFM)变换器,并以其在boost变换器的应用为例分析了其工作原理、软开关实现条件以及该电路的设计方法.仿真和实验结果表明:该变换器在较宽的输出电压、输入电压、负载及控制频率变化范围内,能够实现稳定的零电流开关.该软开关设计思想可以推广到其他基本DC-DC变换器中.

一种高效率的PFM控制策略

提出了一种应用于DC-DC(直流-直流)变换器的高效率脉冲频率调制(pulsefrequencymodulation,PFM)控制策略。它在一般PFM控制原理的基础上,结合了脉冲宽度调制(pulsewidthmodulation,PWM)控制方式的优点。因此,采用这种控制方式的DC-DC变换器具有功耗低、带负载能力强的特点。

基于PWM/PFM技术的降压型开关电源设计

为解决目前电子产品降压型开关电源工作模式无法实现实时动态转换,导致功率消耗较大问题,在传统降压型开关电源的基础上,引入脉冲宽度调制/脉冲频率调制(Pulse Width Modulation/Pulse Frequency Modulation,PWM/PFM)技术设计了降压型开关电源。通过对开关电源芯片内部模块进行分析,设计开关电源电压稳压器结构,减小电源环路中的噪声信号;采用PWM/PFM调制技术,设计降压型开关电源的切换电路。通过实验分析可知,新的降压型开关电源优于传统开关电源。

基于广义状态空间建模的串联谐振DC/DC变换器主动软开关控制策略

基于广义状态空间平均法,利用脉冲频率调制-脉冲宽度调制(pulse frequency modulation-pulse width modulation,PFM+PWM)调制提供的双自由度提出一种可以同时调节输出电压以及实现开关器件主动软开关的控制策略,可以根据器件主体损耗情况“主动”切换软开关模式,兼顾整体效率提升与负载调节范围的扩展。分析全桥型串联谐振直流变换器工作频率高于谐振频率时的3种运行模式,并通过谐振腔参数设计避免特殊断续电流模式的发生;通过广义状态空间平均法建立包含调制环节在内的系统基波截断小信号模型,其数值扫频结果与物理模型展现出极高的精确度,并能精确反映拍频极点;定义反映多输入多输出系统能控程度的灵敏度矩阵,依据此设计实现输出电压调节及主动软开关的双链路线性控制策略。MATLAB/Simulink仿真及样机实验验证表明,所提控制相比传统脉冲频率调制具备更高的整体效率以及更宽的负载调节范围。

基于LLC谐振变换器的LED混合调光控制策略研究

为实现大功率LED驱动电源宽范围调光,需要解决LLC谐振变换器轻载下增益失调问题。结合恒定频率变占空比非对称脉宽调制(APWM)控制的LLC谐振变换器存在可以降压控制区域的特点,提出分段混合控制新型调光策略。重载时,LLC谐振变换器采用脉冲频率调制(PFM)控制;轻载时,LLC谐振变换器则采用占空比小于0.5的APWM控制。搭建了一台额定输出功率1440 W,输出电压30~48 V的大功率LED驱动电源样机,实验表明样机调光范围宽、调光速度快,轻载时电流纹波小、工作稳定,验证了所提策略的正确有效性。

基于原边反馈的反激式AC-DC开关电源芯片研究

现今时代是信息化的时代,信息技术的迅猛发展使得人们对于电子产品的依赖性越来越大,这些产品都离不开电源,其性能对电子产品的各项指标是否正常起关键性作用。开关电源是常用的直流稳压电源,芯片中的关键部件都处于高频开关的条件下,自身所需的能耗较少,工作效率可高达80%~90%。该文是采用CSMC0.5μm工艺,基于Cadence平台,设计的一款反激式AC-DC开关电源芯片系统,其输入交流电压范围为85~265 V。此芯片采用原边反馈技术,省去了光耦器件的使用,对整体电路进行简化,从而缩小体积且降低成本;运用PWM/PFM(Pulse Width Modulation/Pulse Frequency Modulation)调制方式,提高了系统的工作效率。最后,通过实验验证此开关电源芯片的可靠性,该芯片可恒流稳定输出达1 A;恒压稳定输出达5 V。

一种宽负载高效率Buck转换器设计

本文提出了一种双模式调制技术,以提高宽负载范围内降压型DC-DC转换器的转换效率。采用自适应导通时间电路(AOT)和斜坡信号VRAMP产生电路来维持转换器连续导通时间(CCM)工作模式下开关频率基本稳定;利用过零检测电路来检测电感电流,当电感电流过零时,能及时关断续流管,降低开关损耗,进一步提升轻载转换效率。该DC-DC基于SMIC 0.18 um BCD工艺进行电路仿真验证,该电路可在0~3A宽负载范围内正常工作,在输入电压3~5V范围内,PFM模式下输出电压纹波小于5.2mV,1m A负载下转换效率为87.37%。在PWM模式下输出电压纹波小于2.8mV,3A负载下最低转换效率为84.24%。峰值效率可达94.91%,全负载范围内转换效率大于84%。

全负载下实现高效率的DC-DC转换器芯片设计

首先讨论了DC-DC转换器的功率损耗源,根据重载情况下PWM控制效率高而轻载情况下PFM控制效率高的特点,提出了全负载下实现PWM/PFM自动切换以降低功耗、提高电源效率的控制方法.将相加模式PWM、跳周期和限流相结合的PFM整合于一个系统中,使整个系统高效协调地工作,并在较大的负载变化范围内均具有高效率的优点.系统采用0.5μm CMOS工艺实现,对系统的仿真结果表明,系统正常工作,成功实现了PWM/PFM的自动切换,性能指标达到了设计要求.

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。

开关变换器调制与控制技术综述

在归纳和总结开关变换器控制技术的基础上,根据电压、电流、电荷和磁通4个基本物理量,将控制技术划分为4类基本型控制(即电压型、电流型、电荷型和磁通型)和组合型控制。按照占空比实现方式的分类,存在两种基本的调制,即脉冲宽度调制和脉冲频率调制。指出开关变换器的控制技术是由"控制"与"调制"相结合而形成的。利用调制与控制结合的概念,系统地分析基本型控制和组合型控制的工作原理、本质特点、内在关系和优缺点,为开关变换器调制与控制技术的应用提供参考。根据对偶原理,将现有的控制技术拓展到输出恒流控制,并对其进行简要分析。

基于LLC谐振变换器的直流电源控制系统设计

基于LLC谐振变换器的直流电源,具有输出电压范围宽、效率高、体积小等优点,因此受到了青睐。首先分析了三电平半桥LLC谐振变换器的数学模型。在此基础上,设计了以数字信号处理器(DSP)为控制器的脉冲频率调制(PFM)控制系统。针对DSP处理器在闭环调频过程中易出现周期值和比较值装载时间不一致、导致电路出现异常振荡的问题,提出了特定区域内赋周期值和比较值的方法。最后,通过实验证明了该方法的有效性。

场效应管逆变式弧焊电源的研究

本文在输出电流为100A、160A、250A系列场效应管逆变式直流手工电弧焊机的基础上,对逆变主电路的型式及其工作原理进行了讨论,对PWM和PFM等综合调制技术以及限流保护、快速反馈等方案提出了见解。可供设计逆变式弧焊电源时参考。