基于模糊PID的Z源逆变器直流链升压电路控制

提出一种模糊PID补偿器用以直接控制Z源逆变器直流链电压最大值。控制至直流链电压最大值传递函数有一左(左半平面)一右(右半平面)2个零点,同时零、极点位置相近且靠近虚轴,具有严重的非最小相位现象。该文在详细的分析了控制至直流链电压最大值传递函数的基础上,针对Z源逆变器应用场合(燃料电池或光伏发电)中,输入电压大范围波动的特点,设计了具有良好非线性控制性能的模糊PID控制器。应用相平面响应轨迹特征向量法修正了模糊规则库,使系统具有良好的动态响应,同时用相平面法对闭环控制器进行了稳定性分析。该控制器能够实现直流链电压最大值的直接控制,消除了2个靠近极点的零点(1个右半平面和1个左半平面)造成的影响。减少了非最小相位系统阶跃响应的超调和负调。控制器设计简单,鲁棒性好,对输入电压扰动和负载电流变化具有良好的抗扰能力,动态、静态性能有了明显的改善。通过仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。

基于RHP零点限制的VSC-HVDC不同控制回路稳定性及交互作用机理分析

该文推导了电压源换流器型高压直流输电系统(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)在频域下的多输入–多输出传递函数矩阵模型,通过分析逆变及整流工作模式下VSC不同控制回路被控对象传递函数的右半平面(righthalfplane,RHP)零点分布规律,分析研究RHP零点对VSC不同控制回路自身稳定性的影响;在此基础之上,基于单通道分析设计方法,定量评估逆变及整流工作模式下VSC不同控制回路之间交互作用的强度,对比分析不同控制回路间交互作用对VSC-HVDC系统稳定性的影响;仿真结果验证了理论分析结论的正确性。

循环流化床锅炉床温的控制特性

结合上海石化热电总厂310 t/h循环流化床锅炉的运行实例,研究循环流化床锅炉燃烧系统中床温的控制特性。根据锅炉燃烧试验曲线,确定了影响锅炉床温变化的各个调节变量及其相应的传递函数。其中,一次风变化对床温影响表现出典型的逆向响应特性。以经典控制理论为基础,详细分析了逆向响应系统的特点,与右半平面零点的关系,以及闭环的稳定性问题,并且将结论进一步推广到含有延迟环节的系统。

含有右半平面零点的开关DC-DC变换器暂态性能分析及频域法设计

含有右半平面零点(RHPZ)的开关DC-DC变换器发生占空比突变时,暂态过程会出现负调现象,该现象会导致系统暂态性能变差,负调持续时间段系统易形成正反馈而出现不稳定现象,传统的频域法无法直接进行控制器设计,因此对其进行控制较最小相位系统困难的多。该文以含有RHPZ的Buck-Boost变换器为例,建立负调电压暂态数学模型,推导出衡量负调电压性能的表达式,依据该表达式与变换器参数之间的关系,给出抑制负调电压的参数设计方法。根据负调电压抑制后的系统暂态性能特点,并结合含有RHPZ开关DC-DC变换器电路拓扑的特点,提出限制占空比和频域法相结合的控制策略。实验结果表明,该控制策略具有良好的暂态和稳态性能。

磁集成有源箝位正激变换器小信号建模分析

电感和变压器的集成可以有效地减小正激变换器电感电流纹波,提高输出品质。为了对该变换器进行系统研究,论文提出小信号建模分析的一般方法,着重研究控制-输出传递函数的影响参数。研究表明:由于变压器和输出电感绕组耦合,在控制-输出传递函数中额外引入动态极点和动态零点,并且传递函数以输出零纹波为临界条件出现右半平面零点。

含有右半平面零点的宽负载范围DC-DC开关变换器参数设计

针对含有右半平面(RHP)零点的DC-DC变换器工作在宽负载范围时暂态响应速度慢、参数设计困难的问题,以Buck-Boost变换器为例,建立了其负调电压暂态数学模型,基于该模型对负调电压峰值时间和负载电阻之间的关系进行了分析。指出当负载电阻最小值小于临界负载电阻时,负调电压峰值时间随负载电阻的增大而增大;当负载电阻最小值大于临界负载电阻时,负调电压峰值时间随负载电阻的增大而减小;当负载电阻和临界负载电阻相等时,负调电压峰值时间达到极大值。根据负调电压峰值时间与负载电阻之间的关系,提出了含有RHP零点的宽负载范围Buck-Boost变换器的参数设计方法。实验结果表明:本文提出的参数设计方法可以有效地提高宽负载范围Buck-Boost变换器暂态响应速度。研究结果对含有RHP零点的宽负载范围DC-DC变换器的参数设计具有参考意义。

采用开关电感的Buck变换器CCM和DCM特性分析

Buck型DC-DC变换器采用开关电感单元后能拓宽电压变换范围且减小器件电流应力,但该文经推导发现,因电感的串并联切换会使等效电流分别为单电感电流的一倍和两倍,导致与负载电流的关系不确定,并使变换器变为非最小相位系统。该文以开关电感Buck变换器(SLBC)为例,在分析工作原理的基础上,指出该变换器在连续导通模式(CCM)下开关电感单元电流与负载电流间存在六种与电感和占空比密切相关的匹配关系,同时存在负调现象。在断续导通模式(DCM)下开关电感单元电流与负载电流间仅存在一种对应关系,且不存在负调现象。该文分别在CCM和DCM下使用状态空间平均法和全阶模型面积法建立SLBC的小信号模型,表明该变换器存在右半平面零点(RHPZ),系统特性类似于升压型DC-DC变换器。依据六种电流关系和RHPZ相对位置,给出电感、电容值的最佳选择区域,综合满足稳态纹波和动态响应需求。最后通过实验验证了该文理论分析的正确性。

Superboost拓扑的放电调节器稳定性提升方法

提出一种有效消除Superboost变换器右半平面零点的方法。Superboost常作为航天电源控制器的蓄电池组放电调节器升压拓扑,调节蓄电池组放电,具有高效率、高功率密度等优点。但该变换器具有右半平面零点,会导致电源系统工作不稳定。通过使用由一个电容和一个电阻串联组成的阻尼网络,将其添加在Superboost变换器中,在电压模式控制和峰值电流模式控制情况下,均可以消除右半平面零点,使蓄电池组放电时电源系统保持稳定。通过计算与仿真的方法验证了该方法的有效性。

适合SoC应用的片上集成输出电容快速响应LDO(英文)

提出了适合SoC应用的片上集成输出电容快速响应低压差线性稳压器(LDO)。通过使用一种新颖的双向非对称缓冲器,消除了由LDO传输元件寄生电容产生的右半平面零点。该零点的消除不仅提高了LDO的稳定性,而且可以有效拓展其单位增益带宽,从而改善瞬态响应性能。基于该缓冲器的LDO,其相位裕度大于55°,单位增益带宽可达1.7 MHz,在负载电流以50 mA/μs的速度阶跃变化时输出电压变化量小于100 mV。

基于宽负载应用Boost变换器的环路补偿设计

恒定关断时间控制模式的Boost电路因其无需斜坡补偿的优点而广受欢迎,但由于其环路存在右半平面零点,使得环路补偿变得复杂。该文采用最新的闭环时域分析方法,在不断环的情况下进行环路建模。同时根据具体应用,提出了一种具体的补偿设计的分析方法,适用于片内固定补偿的设计,可减少外围器件的选取。最后加入动态范围匹配(dynamic range match)电路,使系统可以在宽负载范围内稳定工作。该电路通过0.5μm CMOS工艺仿真验证,使得Boost输入电压在2.3~4.2 V范围内,负载电流在0.3~2 A的范围内变化时,环路能够稳定工作。

新型大降压比DC-DC变换器的开关流图建模

提出一种具有大降压比的新型DC-DC变换器,首先讨论了该变换器的电路拓扑和电感电流连续状态下的工作模态,然后基于开关流图方法对该变换器进行建模并得到占空比与输出电压之间传递函数的小信号模型,从小信号模型中发现右半平面零点的存在。使用MATLAB对相关模型进行仿真验证,并给出了硬件样机的部分测试波形。仿真结果验证了右半平面零点的存在以及所建数学模型的有效性。