Analysis on Circulating Current and Split Capacitor Voltage Balance for Modular Multilevel Converter Based Three-phase Four-wire Split Capacitor DSTATCOM

We propose a modular multilevel converter(MMC)based three-phase four-wire(3P4W)split capacitor distribution static synchronous compensator(DSTATCOM),aiming at compensating unbalanced and reactive load currents.Due to the zero-sequence current compensation,the circulating current char-acteristics of 3P4W MMC-DSTATCOM are different from conventional MMCs.Moreover,the distinct working principle of IMMC would affect the features of split capacitor voltage.The decoupled positive-,negative-and zero-sequence second-order and DC components of the circulating current are deduced explicitly.Two proportional-integral controllers with dual dq transformation are employed to suppress the positive-and negative-sequence components of second-order circulating current,while quasi proportional-resonance controller is designed to eliminate the zero-sequence component.Besides,the phenomenon of the unbalanced split capacitor voltages is revealed,and fast-tracking balancing method by controlling zero-sequence current flowing through the split capacitors is provided.Digital simulation results verify the accuracy of the analysis and the feasibility of the suppression methods.

一种双环快速瞬态响应无片外电容LDO

针对传统低压差线性稳压器(LDO)需要离片大电容的不足,基于180 nm CMOS工艺设计了一款双环快速瞬态响应的无片外电容LDO。该LDO采用极点分裂技术,以保证在不同负载电流情况下的稳定性,并通过瞬态增强电路检测输出电压的波动来为功率管栅极提供额外充、放电电路,以减小系统的过冲电压。同时,在传统模拟环路的基础上增加了数字辅助环路,以提升LDO的最大负载电流。仿真结果表明,当电源电压为1.8 V,输出电压为1.5 V,该LDO负载电流最大值为275 mA,空载静态电流为39μA。负载电流1~250 mA在1μs的时间跳变时,上冲电压为66 mV,下冲电压为77 mV。结果表明LDO的带载能力、瞬态响应性能在双环路加持下得到显著提升。

煤矿场景下单相级联H桥整流器解耦控制方法研究

针对单相级联H桥整流器的电力电子设备在煤矿场景下运行过程中直流侧存在二次电压纹波,导致网侧电流畸变、电容值漂移等问题,通过分析单相级联H桥整流器直流侧二次电压纹波的形成原因,提出了一种基于分裂电容不相等的独立型解耦拓扑的优化控制方法。该方法通过在电容两端叠加二倍工频的电压来抵消二次电压纹波,实现了直流侧二次电压纹波的有效抑制。针对3种基于构造二次电压的解耦方式(直流分裂电容值不等,直流电压分量相等;直流分裂电容值不等,且直流电压分量也不等;直流分裂电容值相等,直流电压分量不等)进行了参数设计和控制策略的研究,并通过分析参数对二次电压幅值的影响,确定了最优的参数取值范围,以实现有效的功率解耦,并减小电容值,降低设备体积和成本。仿真结果表明:①在0.2 s时加入分裂电容的独立型解耦拓扑(SC−IAPD)电路,基于解耦方式2的SC−IAPD电路控制方法、基于解耦方式2的SC−IAPD电路的优化控制方法、基于解耦方式1的SC−IAPD电路控制方法的直流侧输出电压纹波都控制在1~1.5 V,说明对称半桥解耦电路可有效抑制直流电压波动,同时在负荷变化时具有良好的解耦性能。②在轻载切重载的情况下,基于解耦方式2的SC−IAPD电路的优化控制方法能快速跟随负载变化,实现纹波的抑制,具有更强的带载能力和更佳的解耦效果。而在重载切轻载的情况下,基于解耦方式1的SC−IAPD电路控制方法能够更好地实现解耦性能,将电压纹波控制在1 V以内。如果考虑电容值的最小化,基于解耦方式2的SC−IAPD电路的控制方法则更具优势。实验结果表明:①负载突变前,传统控制方法和基于二次电压的解耦控制方法都能有效抑制直流侧的电压纹波,但基于二次电压的解耦控制方法在抑制电压纹波方面效果更佳,使直流侧的电压纹波更小。②负载突变后,传统控制方法无法维持直流侧电压的稳定性,出现较大的震荡,失去稳定性。

应用于24G雷达芯片系统的12 bit 50 MS/s SAR ADC

针对24G雷达芯片的设计需要,设计了一款12 bit、采样率为50 MS/s的逐次逼近型模数转换器(SARADC)。整体架构采用全差分形式,采用改进型的分裂式电容阵列,提高CDAC的建立速度。同时,采用二进制重组权重的冗余校正算法,进一步提高系统线性度。利用优化的Strong-arm比较器结构,与异步时序配合,提高ADC的工作速度。电路采用SMIC 40 nmCMOS工艺进行设计,后仿真结果表明,在电源电压为1.1 V,采样率为50 MS/s下,输入信号频率约为5 MHz的正弦信号,无杂散动态范围为80.6 dBc,信噪失真比为71.5 dB,有效位数能够达到11.58 bit。

10 bit高速低功耗SAR ADC设计

基于TSMC40 nm工艺,提出一种高速低功耗逐次逼近型模数转换器。设计电路采用全差分结构,基于vcm-based电容拆分技术解决先进工艺下难以设计精准VCM电平和复杂逻辑的问题,采用double-tail动态比较器实现高速和低功耗,采用TSPC触发器设计SAR逻辑进一步提高速度和降低功耗,采用异步时序,通过环路自身产生比较器时钟,不需要外接时钟信号,降低设计复杂度。在150 MHz采样频率,1.1 V电源电压,奈奎斯特的输入频率下,对该设计进行仿真,仿真结果表明,SAR ADC的ENOB=9.93 bit,SNDR=61.6 dB,SFDR=78.6 dB。

并网逆变器分裂电容型LCL滤波器参数优化设计

现有并网系统中传统LCL滤波器有效解决了电流谐振问题,而分裂电容型LCL滤波器则进一步降低了阻尼电阻的功率损耗。针对分裂电容型LCL滤波器的参数配置繁琐、计算密集、准确性低等问题,提出一种基于NSGAⅢ多目标优化算法来设计滤波器的参数,并给出了滤波器参数寻优的实现流程。仿真结果表明,该方法不仅改善了滤波性能和系统稳定性,还降低了功率损耗,大大降低了设计过程对经验的依赖,滤波器参数设计更加具有普适性。

电容失配下MAPD型级联H桥整流器纹波分析及控制

针对直流分裂电容型复用式有源功率解耦(MAPD)电路在电容失配下解耦效果变差的问题,提出一种适用于电容失配情况下的控制策略。首先,将MAPD电路移植到单相级联H桥整流器(CHBR)中,阐述了所结合电路的优势,分析了MAPD电路在电容匹配下运行的机理。其次,考虑到电容容值容易随温度等因素发生变化,对电容失配下电路中衍生的纹波进行分析,对分裂电容的电压参考值进行修改,研究电容失配情况下的纹波抑制方法,设计一种针对电容失配情况下的双环路控制策略,可有效解决电容失配对系统解耦产生的影响,具有鲁棒性好、解耦精度高的特点。仿真和实验结果均验证了所提出控制策略的有效性。

一种交错并联分裂开关电容升压变换器

该文提出了一种可用于光伏储能系统的交错并联分裂开关电容升压(Boost)变换器。其输入、输出电流均连续,且具有2种典型的控制方式:对称控制(d_(1)=d_(2))和均流控制(d_(2)=1/(2-d_(1)))。d_(1)、d_(2)分别为2个开关管的占空比。对称控制下,电压增益为传统Boost的(1+d_(1))倍,所有功率管的电压应力均等于输入电压U_(in)与输出电压U_(o)和的一半。均流控制且电流连续模式下,无需检测输入电流,即可在全占空比范围内实现两相电感的均流控制,且电压增益为G=2/(1-d_(1)),一个开关管和一个二极管的电压应力等于U_(o)/2,其余功率管的电压应力为U_(in)+U_(o)/2。该文详细分析了所提变换器在电流连续模式下的工作原理和2种控制方式下的稳态特性,并通过一台500W/50kHz的样机实验验证了理论分析的正确性。

一种基于分裂电容的LCL型并网逆变器阻尼策略

针对LCL滤波器存在谐振尖峰导致系统稳定性不佳的问题,基于阻尼谐振峰的思想,考虑分裂电容结构,推导出虚拟电阻的等效模型,提出了电容电流反馈虚拟电阻方案,进而分析了不同情况下的虚拟电阻抑制效果。其次外环采用PQ控制对控制逆变器的输出功率进行调节,改善了逆变器的控制性能。仿真分析所提控制策略,结果表明与电容电流比例反馈方案对比,所提控制策略具有更大的相位裕度,并网电流畸变率也从1.55%降至0.48%,提升了并网功率因数。

LCL型并网逆变器的分裂电容无源阻尼控制

采用电容支路串联电阻的无源阻尼方案能够较好解决LCL型并网逆变器存在的电流谐振问题,但其存在阻尼电阻功率损耗较大的缺点。为此,提出了分裂电容无源阻尼方案。该方案将LCL的电容支路均分为2部分,只在其中一半电容上串联阻尼电阻。分析了该方案下LCL滤波器在固有谐振峰值的阻尼效果,并对比了不同阻尼电阻下其与传统方案的功率损耗情况。结果表明,相比传统的完全电容阻尼方案,选择合适的阻尼电阻后,采用所提方案能够获得几乎相同的阻尼效果,且能够降低阻尼电阻功率损耗。仿真结果验证了理论分析的正确性。

基于双环控制器的电容分裂式三相四线制DSTATCOM控制方法

针对不对称负载无功补偿装置电容分裂式三相四线制DSTATCOM补偿精度问题,建立了分析模型,针对传统PI控制器对于周期性信号跟踪较差的问题,提出了基于双环控制器的电容分裂式三相四线制DSTATCOM控制方法。该方法将能够对指令快速响应的PI控制器与能够对周期性信号高精度控制的重复控制器相结合,构成双环控制器,并将其应用到DSTATCOM内环电流跟踪环节。对该控制器的设计进行了详细分析以及仿真与实验验证,结果表明采用所提出的双环控制方法,可以在保证响应速度的同时提高电流跟踪精度,实现电容分裂式三相四线制DSTATCOM对不对称负载的无功补偿功能,降低装置输出电流及畸变率,提高DSTATCOM并网电流质量,补偿效果较传统PI控制方法大幅提高。

基于模糊控制功率分流式混合动力客车控制策略

针对开发的双行星排式混合动力系统,选取超级电容作为唯一的电源储能器,对超级电容进行选型和参数匹配。基于模糊控制理论和整车燃油经济性目标,提出了发动机最优曲线的控制策略并给出了具体实施的方法。为验证控制策略的实际控制效果,样车进行了台架试验,测试结果表明:在典型综合城市工况下,发动机工作点按照目标曲线运行,克服了传统PI控制中发动机转速波动大、油耗高的缺点,使用模糊控制算法的整车综合油耗为21.44L/100km,相比传统PI控制算法节油率提高了4.88%。

三相四线制有源电力滤波器指定次数谐波控制策略

针对三相四线制低压配电网不平衡非线性负载的电能质量问题,提出采用矢量谐振控制器对电容分离型有源电力滤波器(Active Power Filter,APF)进行指定次数谐波控制方案。在αβγ坐标系下对电容分离型APF进行建模,省去了在dq坐标系下的电流交叉解耦环节。比例谐振控制器应用在APF闭环控制系统时,存在各次谐振点附近谐振尖峰影响闭环控制系统稳定性和补偿精度的问题,采用矢量谐振控制器实现指定次数谐波跟踪控制,其分子零点与控制对象的极点抵消,实现控制系统降阶,提高了控制性能。仿真结果表明,所提控制方法在针对指定次数谐波补偿方面有着良好效果,其三相不平衡被抑制,直流侧电容电压得到均衡控制,证明了所提方法有效性。

并网逆变器的分裂电容无源阻尼设计与控制

针对电感电容电感(loop capacitor loop,LCL)滤波的三相并网逆变器控制存在的谐振问题,结合分裂电容和无源阻尼两种方法,提出了分裂电容无源阻尼方案以及参数设计方法。首先,比较分析了分裂电容无源阻尼方案和完全电容阻尼方案之间的能量损耗与分裂电容容值比的关系;其次,分析了不同频率下能量损耗与分裂电容容值比的关系,使分裂电容容值比参数得到了进一步的优化。通过建立的MATLAB/Simulink仿真模型验证了该参数设计能够更有效地抑制谐振问题,降低并网电流总谐波畸变率和能量损耗,提高了系统的稳定性和动态性。

双凸极永磁电机逆变电路中分裂电容电压偏差分析

介绍了一种12/8极双凸极永磁电机的基本结构、工作原理和静态特性,在此基础上研究了该电机逆变电路中直流侧分裂电容电压的变化,推导出了电容电压偏差的解析表达式并由此分析了产生电压偏差的原因,给出了一种通过优化正向开通角来补偿电压不对称的方法,最后通过数字仿真验证了理论分析的正确性。

基于LCL滤波器并网逆变器分裂电容控制研究

基于带LCL滤波器的三相并网逆变器系统,提出将分裂电容电流控制与无源阻尼相结合的控制策略。通过分析分裂电容电流反馈控制的原理及谐振特性可知,采用分裂电容电流反馈可使被控系统由三阶系统转换为一阶系统,有利于增大系统的带宽,但为了抑制控制环外的电容和电感产生的谐振,需在第二个电容支路加入阻尼电阻以满足对并网电流的要求。最后对该控制方案的可行性和影响因素进行分析,建立Matlab/Simulink仿真模型,通过仿真验证该方案的可行性和有效性。

电励磁双凸极发电机分裂电容全桥整流拓扑分析

以12/8极电励磁双凸极发电机(DSEG)为研究对象,针对DSG2发电方式,提出分裂电容全桥整流方式,即发电机三相绕组中点接分裂电容式整流。借助有限元计算分析电容的不同接法对发电机输出特性的影响。研究结果表明,合理的选择容值,分裂电容全桥整流方式能提高换相后相绕组电流的上升率和有效值,使得一周期内的磁场储能得到提高,从而提高发电机的输出功率;傅里叶分析结果表明,分裂电容全桥整流方式对相电压和相电流的相位关系有一定的改善作用。原理样机的实验结果验证了此方式的有效性。

不平衡负载下车载三相四线双向充电器中线桥臂控制与软启动设计

针对汽车向用户供电(V2H)时,由于负载不平衡引起的母线电压振荡、电流不平衡等问题,设计适用于工作在V2H模式下的车载三相四线双向充电器。采用分裂电容并结合中线桥臂作为负载不平衡时中线电流的回路,以抑制因负载不平衡引起的分裂电容两端电压振荡问题。首先分析不平衡负载下分裂电容两端电压振荡的根本原因,给出不同的不平衡负载下分裂电容容值的选择依据,并通过仿真验证了理论分析的正确性。在此基础上,结合中线桥臂与拓扑电路的等效模型,提出与其他三相完全解耦的中线控制方法,保证了不平衡负载下分裂电容端电压及三相输出电压的稳定。同时给出在V2H模式下系统启动过程中的隐患,提出通过调节PWM死区时间的方法实现了系统软启动,进一步提高系统的可靠性。最终采用双有源桥与三相四线逆变器级联完成了10kW的V2H样机,不平衡负载由切换纯电阻负载模拟完成,实验数据与仿真值匹配,验证了所提方案的有效性。

面向片上系统的无片外电容CMOS低压差稳压器(英文)

提出了一种面向片上系统、不依赖片外电容的CMOS低压差稳压器.通过采用片上极点分离技术和片上零极点抵消技术,保证了没有片外电容情况下低压差稳压器的稳定性.芯片通过华润上华0.5μm CMOS工艺进行了流片.芯片核心区域(不包括焊盘)尺寸为600μm×480μm.输入电压变化造成的输出电压变化偏差在±0.21%以内.静态电流为39.8μA.10kHz处的电源抑制比为-34dB.100Hz和100kHz处的输出噪声电流谱密度分别为1.65和0.89μV/Hz^(1/2).

一种采用开关电容分割结构的分辨率可配置SAR ADC

基于开关电容分割结构设计并实现了一种分辨率为6~10 bit可配置的逐次逼近寄存器型(SAR)模数转换器(ADC)。对这种电容分割结构的功耗性能、静态非线性以及电源噪声抑制模型等进行了详细分析,并与其他开关电容结构进行了比较。采用0.18μm CMOS工艺完成了分辨率可配置SAR ADC的流片,其核心部分芯片面积仅为360μm×550μm。测试结果表明,该ADC覆盖了6~10 bit分辨率,电源电压为0.5~0.9 V。在6,8和10 bit分辨率模式下,该ADC的功耗分别为10.8,16.1和22.4μW,微分非线性误差为0.16最低有效位(LSB)、积分非线性误差只有0.1 LSB。该ADC实现了分辨率、电源电压等参数的可配置。