三半桥双向DC-DC变换器的控制系统设计

为了设计三半桥双向DC/DC变换器控制器,进一步提高变换器的性能,本文探讨了三半桥拓双向DC/DC变换器控制器的设计参数。通过波特图分析,设计了三半桥双向DC/DC变换器的电流内环、解耦网络以及电压外环,并利用Matlab/simulink进行了仿真验证。结果表明所设计的电流内环、解耦网络和电压外环控制系统具有良好的抗干扰性能。

具有宽范围输出电压的三电平半桥LLC谐振变换器控制策略

由于三电平变换器的开关管电压应力仅为输入电压的一半,在大功率DC-DC电源、电动汽车充电等应用领域得到广泛的关注和研究。为了实现宽范围输出电压调节控制,克服三电平半桥LLC谐振变换器采用变频调制时电压调节范围小的缺点,将移相调制策略引入三电平半桥LLC谐振变换器控制,分析了其工作过程、电压调节范围及软开关条件,导出了实现软开关的工作状态分界点,由此提出一种三电平半桥LLC谐振变换器移相和变频相结合的混合式调制策略。该策略根据软开关工作状态,切换移相调制和变频调制,以实现全程软开关和宽范围输出电压控制。实验验证了理论分析结果的正确性以及所提调制策略的可行性和有效性。

一种新颖的磁集成自驱动倍流整流半桥三电平直流变换器

提出了一种新颖的磁集成自驱动倍流整流半桥三电平直流变换器。首先采用无非跨电容和钳位二极管的半桥三电平结构作为变换器的一次,接着采用倍流整流电路作为变换器的二次。为了减小变换器的体积,本文采用了磁集成技术,将主变压器拆分成两个,利用主变压器的励磁电感分别替代滤波电感,最后再将两个变压器集成到一副磁心里面。与传统倍流整流半桥三电平变换器相比,该变换器不存在三电平桥臂钳位二极管可靠性较差的问题;仅需采用一副磁心,增加了变换器的功率密度,同时可以直接利用主变压器辅助绕组驱动二次同步整流管,简化了驱动电路,提高了变换器的效率。一台28V/100A的原理样机验证了理论分析的正确性。

基于UCC3895控制的移相半桥三电平变换器闭环系统

提出了移相半桥三电平DC/DC变换器闭环系统设计方案,设计了基于UCC3895的电压外环控制电路,峰值电流内环及电流补偿电路,对闭环系统进行了小信号建模。最后的仿真和实验结果表明所设计的闭环系统动稳态特性较好,无变压器偏磁问题,主功率管的ZVS软开关情况较好,整个系统工作稳定可靠。

半桥三电平LLC变换器宽范围输出电压控制策略

半桥三电平LLC(HBTL-LLC)谐振变换器电压应力小、功率密度高、软开关范围大,因此受到广泛关注和应用,但存在输出电压可调范围小、软开关难以实现等问题。这里在分析HBTL-LLC谐振变换器工作原理的基础上,提出一种3段式混合控制策略:增益较大时釆用调频控制,而在增益较低时釆用移相控制,若移相角达到实现软开关的临界值且增益仍然偏高,则釆用变频burst控制,从而扩大输出电压的调节范围,提高低压输出时的电源效率。最后,设计了一台500V/15A样机并进行了相关分析和实验,结果验证了所提3段式混合控制策略的可行性和有效性。

基于半桥三电平变换器LLC谐振参数的分析设计

在LLC谐振电路中,为了计算谐振元件Lr、Lm、Cr的参数值,以应用在电动汽车充电桩上的半桥三电平LLC谐振电路为研究对象,分析该电路的工作机理,并采用每对开关管关断时间错开,一只先关断,另一只后关断的控制策略,从而实现电路工作在零电压关断工作状态,达到减少开关损耗和实现软开关的目的。基于基波分量简化建模法对该电路建立数学模型,经过理论推导,得出应用于半桥三电平电路中的LLC谐振元件Lr、Lm、Cr的参数设计方法。设计了一款输入电压为600～750 V,输出为750 V/20 A的样机,验证了上述理论分析的正确性和设计方法的合理性。

双向半桥三电平LLC谐振变换器

在此提出一种双向半桥三电平LLC谐振变换器,其结构完全对称。半桥三电平结构的电压应力小,仅为输入电压的一半。采用改进的同步控制策略,变换器在不同增益下,只需要通过控制开关频率,就可以实现正向工作和反向工作的自由切换。在增益等于1时,可以在任何工况下实现所有开关管的零电压开关(ZVS)开通;在增益不等于1时,低压侧开关管可始终实现ZVS开通,高压侧可实现ZVS开通或零电流开关(ZCS)开通。在此提出一种空载启动方案,可解决变换器在空载启动时,产生冲击电流的问题。最后,设计了一台4.8 kW样机进行实验,实验结果验证了空载启动方案以及双向控制策略的有效性。

峰值电流模式的移相半桥三电平DC/DC变换器闭环系统建模研究

半桥三电平变换器拓扑解决了PFC技术带来的功率管应力过高问题,非常适合于大功率高压输出场合,峰值电流模式采用电压外环,电流内环的双环控制,是开关电源闭环系统最实用的控制模式。对移相半桥三电平DC/DC变换器进行了小信号建模分析;建立了峰值电流内环和电压外环的小信号传递函数,在此基础上给出了峰值电流模式的移相半桥三电平变换器闭环系统结构图,推导出相关闭环传递函数;给出了补偿网络参数设计步骤;对建立的双闭环系统模型进行了MATLAB仿真,结果表明经过补偿后的闭环系统具有满意的性能指标。

基于三半桥拓扑的双向DC/DC变换器软开关条件研究

为了实现三半桥双向DC/DC变换器的零电压导通和关断,进一步提高变换器的性能,本文探讨了三半桥拓扑双向DC/DC变换器的软开关条件。通过理论分析和仿真验证,研究了影响三半桥双向DC/DC变换器的软开关条件的因素。结果表明,三半桥双向DC-DC变换器的软开关条件与其控制变量有关。

基于三半桥拓扑的双向DC-DC变换器的建模研究

为了设计三半桥双向DC/DC变换器控制器参数,进一步提高变换器的性能,本文探讨了三半桥双向DC/DC变换器的模型。运用状态空间平均法,推导出了三半桥双向DC/DC变换器的状态空间平均方程。通过分析三半桥双向DC-DC变换器的小信号模型,推导出了变换器在Boost方向上控制-输出的开环传递函数。

工作在双移相状态下的隔离式三电平半桥双向DC/DC分析

双向DC/DC具有易实现软开关,功率双向流动,电气隔离,高可靠性以及具有完全对称的配置等特点。文章对一种新的隔离式三电平半桥双向DC/DC拓扑进行了分析,和两电平双向DC/DC对比,发现三电平半桥双向DC/DE拓扑可以更方便的用在高电压环境中,因为每个开关管所承受的耐压只有直流侧电压的一半。文章对该拓扑工作在双移相情况下作了详细的电路分析,并进行了仿真实验,仿真结果证明了结果的正确性。

半桥三电平LLC谐振变换器的轻载控制策略

半桥三电平LLC谐振变换器(HBTL-LLC)具有开关管电压应力小、效率高等优点,通常将移相控制策略引入LLC控制以提高输出电压的调节范围,但随着负载变轻,该控制策略下的变换器输出电压增益曲线发生偏移。针对这个问题,在考虑变换器整流二极管寄生电容的情况下,详细分析了轻载增益不能有效调节的原因,并提出了半桥三电平LLC谐振变换器的一种轻载控制策略,能够在轻载工况下实现软开关以及输出电压低纹波。设计了一台7.5kW的样机,验证提出的轻载控制策略的可行性。

基于谐振式三电平半桥直流变换器的电力变压器拓扑结构

针对现有的几种典型电力电子变压器(PET)拓扑结构对电网电压暂升骤降的变化抑制能力较弱,无法保证负载电压的恒定,提出一种基于谐振式双侧三电平半桥直流变换器的电力变压器拓扑结构。该系统输入级使用三相三电平PWM变换器,有效确保了交流电网输入的电流和电压维持波形正弦及直流侧电压恒定,功率因数可调,降低了电路元件的耐压等级。隔离级采用LC谐振式的半桥三电平DC-DC变换器,该变换器可有效降低电路损耗,提高电能质量。在此基础上,结合系统的工作特征在本系统输入级、隔离级和输出级引入闭环控制策略,提高了电路的稳定性,保证了系统的输出电压的恒定,抑制了输入级电压突变对输出的影响。仿真结果验证了该方案的可行性和有效性。

半桥三电平直流变换器的电容电压控制策略

三电平(TL)直流变换器具有主开关管电压应力为输入电压一半的优点,适用于高压输入场合。本文所研究的四开关半桥TL直流变换器可以实现一次侧开关管的宽范围软开关,而且避免了钳位二极管和飞跨电容带来的可靠性问题。但是主电路以及控制电路的不对称可能造成输入分压电容以及隔直电容的偏压,从而导致主功率管以及整流二极管电压应力增加。本文提出了一种电容电压控制策略,通过调节正负半周占空比以及相位差,实现输入分压电容和隔直电容的电压控制,提高变换器运行的可靠性。最后研制了一台输入800V、输出28V/2k W的原理样机,实验结果验证了偏压理论分析的正确性以及电容电压控制策略的有效性。

半周期电流滞环控制的二极管钳位型三电平半桥逆变器

传统的桥式电路在其控制策略中需要加入死区时间来避免直通问题,从而增大了桥臂电压谐波。本文针对应用广泛的单相二极管钳位型三电平半桥逆变器(DCTLHBI),采用一种半周期电流滞环控制模式,在电流正负半个周期内分别只控制上、下桥臂开关管来实现三电平输出,在整个周期的控制中驱动信号不用加入死区时间,可以更好地减小桥臂输出电压的谐波含量,双环宽的滞环电流控制方法进一步提高了系统的稳定性及动态响应。本文详细分析了工作在该控制方法下的DCTLHBI工作原理及其无死区时间控制策略,仿真和实验结果验证了该控制方案的可行性。

双PWM控制下三电平半桥隔离型双向DC-DC变换器的全局最小峰值电流研究

针对三电平半桥隔离型双向DC-DC变换器,提出了一种双PWM与移相结合控制(DPWMPS)的方法。通过对该控制工作原理进行分析,并以变压器两侧电压的相对位置为依据,归纳出系统运行的12种工作模式,并推导出每一种工作模式下的功率传输特性。在此基础上,该文提出一种电感最小峰值电流控制方法,能在电压配比m≤1的情况下实现稳态电感峰值电流全局最优。最后搭建实验平台,通过实验结果证明了该算法的正确性和有效性。

基于SiC器件的三电平半桥单电感均压电路

针对辅助变流器中充电机输入端支撑电容电压不均衡导致变压器出现磁饱和的问题,研究一种基于SiC MOSFET器件的单电感均压电路。对单电感均压电路的4种工作模态进行分析,通过两个开关管的互补导通,利用电感实现能量在支撑电容之间的重新分配,可实现支撑电容电压的均衡。对单电感均压电路的3种典型开关状态类型进行分析,并根据其开关状态类型计算单电感均压电路电感选取范围。仿真和小功率实验结果表明单电感均压电路具有较强的均压能力。

双输入三电平半桥DC-DC变换器及其回流功率优化控制方法

在双极性直流微电网中,正负极母线之间存在电压不平衡的问题。为平衡正负极母线电压和提升母线的功率输出性能,文中提出一种适用于双极性直流母线的新型双输入三电平半桥DC-DC变换器。通过分析变换器的工作原理,在双重移相控制的基础上建立输出功率、电压传输比与回流功率的数学模型,并提出最小回流功率追踪控制方法,降低变换器的损耗。根据双极性直流微电网的特性,在最小回流功率追踪控制的基础上进行切换电压传输比的改进,以一定程度上解决正负极母线电压不平衡的问题,并且进一步降低变换器的回流功率,有效地提升变换器的工作性能。最后利用Matlab/Simulink仿真模拟并分析不同工况下变换器的工作状态,验证文中所提出的双输入三电平半桥DC-DC变换器及其回流功率优化控制方法的有效性与优越性。

半桥三电平双有源桥不对称均压控制策略

半桥三电平双有源桥(HBTL-DAB)电路工作时必须解决三电平侧上下直流母线电容均压问题,在传统对称控制模式中,可通过微调占空比的方法,实现带载情况下的电容电压均衡控制。然而在空载情况下,对称控制模式难以从控制策略上实现上下直流母线电容电压的均衡调节。针对该问题,文中提出一种针对HBTL-DAB电路的不对称控制方法,首先从理论上分析对称模式不能均压的原因,进而根据不对称方法计算空载时上下直流母线电容分别在正负半周期内传输的能量偏差。通过调节该能量偏差实现上下直流母线电容电压的均衡控制,并同时指出影响电压均衡控制效果的主要因素。最后通过仿真,对所述不对称控制方法在多种工况下的运行情况进行验证。结果表明,无论是外部持续存在不平衡因素的工况、只存在初始不平衡因素的工况,还是内部存在脉冲误差的工况,不对称控制方法都能实现空载和带载时的电压均衡控制。

新型单相半桥光伏逆变器漏电流及直流分量抑制

单相非隔离逆变器由于成本低、体积小、效率高,被广泛应用于低功率分布式光伏并网系统中。该文提出了新型非隔离单相半桥光伏并网逆变器,在传统ANPC三电平半桥拓扑的基础上引入2个电容和4个二极管,实现了直流侧2个分压电容的均压。该逆变器不产生共模电流,对电网不产生直流分量;相同条件下,开关器件应力小,损耗分布均匀。构建仿真试验分析验证了所提出的逆变器的有效性和可行性。