三相交错并联三电平DC-DC变换器的ZVS控制

非隔离DC-DC变换器具有高效率、低成本、小体积的优势,广泛应用于大功率储能系统。文中研究一个通过近似临界导通模式(near critical conduction mode,near-CRM)实现零电压软开关(zero-voltage switching,ZVS)的三相交错并联三电平DC-DC变换器,以减小开关损耗和电感体积。首先,详细地分析该变换器区别于传统两电平交错并联DC-DC的电感电流纹波特性,并成功推导出纹波峰峰值解析表达式。然后,提出通过变开关频率控制纹波峰峰值和纹波反向电流的方法,以实现全负载范围的near-CRM和ZVS模式。最后,搭建一台基于IGBT器件的15kW实验样机,验证了电感电流纹波分析和提出的控制方法,其最大效率98.02%。

三相交错并联双向DC-DC变换器动态休眠控制策略

飞机地面静变电源系统中三相交错并联双向DC-DC变换器具有较高的额定功率和直流母线电压,对开关器件匹配的要求极高。针对变换器工作时开关器件长时间处于导通关断的状态导致其工作寿命缩短的问题,提出了一种相应的动态休眠控制策略。该文对三相交错并联双向DC-DC变换器工作原理进行了详细分析,建立数学模型,加入电流环动态休眠控制环节,制定动态休眠双闭环控制策略,相比传统双闭环控制策略,各个开关器件均处于动态休眠状态,有效地延长了开关器件和变换器工作寿命。最后搭建了Matlab/Simulink仿真平台和30kW实验样机,对理论分析结果进行了实验验证。实验中变换器的所有开关器件均实现了动态休眠且轻载条件下开关次数仅为传统双闭环控制策略的1/3,其工作寿命提高了200%;半载条件下开关次数为传统双闭环控制策略的2/3,其工作寿命提高了50%;满载条件下开关次数与传统双闭环控制策略相同。

滑模控制在三相交错并联双向DC-DC变换器中的应用

传统的双向DC-DC拓扑结构具有电压、电流应力大、响应速度慢的问题.针对这一问题提出三相交错并联双向DC-DC变换器的拓扑结构,采用PI滑模变结构控制方案;外环用PI控制方案,实现自动跟踪参考目标电压的目的,内环采用滑模变结构控制方案,并利用等效控制的方法使变换器在恒定的开关频率下工作,实现了各并联电路电感电流的均流.Matlab Simulink仿真结果表明,该控制策略具有响应速度快、鲁棒性强的优点.

交错并联磁耦合双向DC-DC变换器非对称耦合电感的研究

对三通道Buck+Boost交错并联双向DC-DC磁耦合变换器运行在Buck模式下的稳态电流纹波和暂态电流响应速度进行了深入研究,同时研究了耦合电感的不对称性对变换器性能的影响,分析了磁耦合变换器的占空比、电感耦合系数对稳态通道电流纹波、暂态总输出电流响应速度的影响,进而总结出三通道Buck+Boost交错并联双向DC-DC磁耦合变换器运行在Buck模式下的设计准则,即在设计这种变换器时,利用本文所给出的设计公式和设计区域设计相关参数。最后通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。

零电压开关N型交错并联三电平双向DC-DC变换器

针对传统的两电平双向DC-DC变换器开关管电压应力较大和输入输出电流及电感电流纹波较大的问题,提出一种零电压开关N型交错并联三电平双向DC-DC变换器。该变换器采用两相三电平交错并联的结构,以开关管依次移相90°的方式导通,减小了输入输出的电流纹波和开关管的电压应力;通过变频软开关控制使该变换器在宽范围负载内能实现所有开关管的零电压开通(ZVS),提高变换器的工作效率。文中详细分析该拓扑结构的工作原理和数学模型,推导出电感电流纹波、输入电流纹波与占空比的关系。同时,在实现ZVS的工作状态下推导电感最小负电流、电感平均电流和开关频率之间的关系。最后,搭建50V/200V 650W的实验样机,对理论分析结果进行实验验证。实验中变换器的所有开关管均实现了ZVS且输入电流纹波几乎为0,其满载效率为96.85%。

一种三相交错并联双向传输CLLLC谐振变换器

针对电动汽车OBC(On Board Charger)在进行充放电时,需要DC/DC变换器同时具备大容量和双向功率传输的性能,提出了一种能够双向功率传输的三相Y-Δ型交错并联结构的CLLLC型DC/DC谐振变换器。它兼顾了多相交错并联结构的大容量特性和CLLLC结构的双向功率传输能力。该结构高压侧为Y型交错并联,低压侧为Δ型交错并联,实现较小的变压器原、副边匝比,同时使各相间自动均流。对CLLLC结构在高、低压侧谐振腔不完全对称情况的增益特性进行了分析,给出了该拓扑的参数设计方法。选取了一组参数,其可以通过变频控制在高压侧得到最高两倍的电压增益。最后通过一台频率200 kHz功率1.5 kW的实验样机进行验证,证明该型拓扑结构和其参数设计方法的可行性。

DC-DC变换器的交错并联磁集成技术研究综述

交错并联磁集成技术已经成为电力电子领域的研究热点之一。在介绍内燃机和电力系统的交错并联技术的基础上,引出电力电子的交错并联磁集成技术。首先介绍了各种非隔离型和隔离型DC-DC变换器的交错并联磁集成技术及其最新研究成果和应用情况;接着比较了内燃机、电力系统和电力电子三种交错并联技术;最后指出当前我国对于交错并联磁集成技术的研究在国际上并不落后,但人们对隔离型DC-DC变换器的交错并联磁集成技术的研究还相对较少,建议今后加强这方面的研究。展望未来,电力电子的交错并联磁集成技术将像内燃机和电力系统的交错并联技术一样得到更大的发展,并且为工业和国民经济的发展做出重大贡献。

四相交错并联双向DC-DC变换器中耦合电感的设计准则

深入研究了四相Buck+Boost交错并联双向DC-DC磁集成变换器运行在Buck模式下的稳态电流纹波和暂态电流响应速度,同时研究了耦合电感的非对称性对变换器性能的影响,通过分析磁集成变换器的占空比和电感耦合系数对稳态电流纹波和暂态电流响应速度的影响,总结出四相Buck+Boost交错并联双向DC-DC非对称磁集成变换器运行在Buck模式下的设计准则,即在设计这种非对称变换器时,利用给出的设计公式和设计区域选择相关参数。最后,通过实验验证了理论分析的正确性。

基于开关电容和耦合电感的交错并联型高电压增益双向DC-DC变换器

提出一种基于开关电容和耦合电感的交错并联型高电压增益双向DC-DC变换器。通过并联通道数的增加,使得变换器具有更高的电压增益、更大的输出功率和更小的器件电压/电流应力。通过引入耦合电感,不仅降低了通道内电流纹波,同时可使各通道的电感量最小,进一步提升变换器的效率和功率密度。而且,较小的电感量可加快开关电容自动均流速度,仅需简单的控制方法,有利于提高电路的可靠性和实用性。制作了一台500W样机,以验证该拓扑和理论分析的有效性。

基于多进制正交幅度调制的交错并联DC-DC变换器能量信息一体化技术

电力电子变换器通过功率和数据信息复合调制,使其在电能变换传输的同时实现数据信息的传输,达成了能量信息的一体化,极大地促进了电力电子装置的数字化和智能化。为进一步提升变换器能量信息一体化中的通信速率,该文针对交错并联DC-DC变换器的电路结构,提出基于多进制正交幅度调制(MQAM)的能量信息一体化技术。首先介绍基于MQAM的交错并联变换器能量信息一体化的原理;其次建立变换器传输电能和信息的数学模型并进行分析;然后提出适合电力电子变换器的基于MQAM的能量信息一体化实现方法,使其在负载变化工况下仍能进行信息的传输;最后通过一台交错并联的5V/10V Boost变换器完成技术的验证。该技术在电能可靠变换传输的条件下,大幅提升了通信速率,可作为电力电子变换器实现高水平能量信息一体化的参考。

一种交错并联DC-DC变换器数字优化控制方法

车用超级电容具有大电流放电能力要求,其后端双向DC-DC变换器具有较大的电流容量。单个变换器难以承担过大的电流容量,可采用并联多个标准模块变换器提高电流容量。以工作于电流模式的两相交错并联半桥型Buck-Boost变换器为例,对目前已有的均流、交错方法进行了改进,提出了一种数字控制方法。设计了一台基于DSP控制的实验样机,实验结果证明了所采用方案的可行性。

带耦合电感的交错并联式双向DC-DC变换器的改进型降阶建模方法

针对带耦合电感的交错并联式双向DC-DC变换器,基于PWM+移相双自由度调制技术,在传统的降阶平均模型的基础上,提出了一种改进型降阶平均建模方法。新模型考虑了耦合电感的功率损耗、磁芯损耗,以及电路拓扑中电感、电容和开关管等元件的寄生参数,比传统模型更精确,能够反映变换器在宽频域范围内的动态性能。在此基础上,根据电压源负载和电阻负载的不同,分别设计了双闭环和三闭环控制器。将新旧2种模型进行理论分析和优势对比,通过一个1.5 kW的原理样机对所设计的控制器进行了实验验证。

基于SiC器件的交错并联双向DC-DC变换器的设计

针对传统组串式储能变流器存在的系统损耗大、输出电能质量低及整体可靠性差等问题,文中提出一种新型两相交错并联变换器拓扑,以提高系统效率及过流能力。首先给出交错并联DC-DC变换器的拓扑结构,分析两相交错并联拓扑结构工作原理,并推导相应的小信号模型,求其开环传递函数;然后以提升系统响应速度为目标,设计基于电流内环、电压外环的串级控制器,搭建基于SiC器件的10 kW样机。通过大电流实验、双脉冲实验对样机进行稳定性验证,最后对样机充放电模式分别进行效率测试。实验结果表明,基于SiC器件的两相交错并联双向DC-DC变换器能在一定程度上减小电流纹波,提高变换器功率等级,显著提升效率。

交错并联型复合电池储能系统双向DC-DC变换器

文中提出一种基于交错并联技术的复合电池储能系统双向DC-DC变换器。与传统的双向DC-DC变换器相比,交错并联技术使得双向DC-DC变换器电池侧电流纹波在相同开关频率条件下进一步减小,且频率等效增加两倍,从而大大减小了同等纹波要求下的滤波电感感值和电容容值,提高了系统的功率密度。复合电池储能系统是一种由功率型锂电池和能量型铅酸电池以及一个共用的控制器组成的储能系统。该复合储能系统能够利用两种电池的不同输出特性,满足不同的功率输出需求,因此可以实现更高效的大功率输出需求,同时能有效解决过放电造成电池寿命减少的问题。

交错并联磁集成Buck变换器本质安全性输出纹波电压的分析

为了使Buck变换器以较小的电感达到期望的输出纹波电压指标并满足本质安全要求,将交错并联磁集成技术应用到Buck变换器中,通过合理设置耦合系数,可以增大等效电气电感,同时减小等效本质安全电感,解决了电气指标要求大电感而本质安全特性要求小电感的矛盾。按电感的大小将Buck变换器分为四个工作区域,比较各个区域的最大输出纹波电压,并分析出纹波电压与电感、占空比及负载电阻的关系,得出应在最小占空比与最小负载对应的电感和最小占空比与最大负载对应的电感之间设计变换器。最后通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。

交错并联Buck-Boost变换器模型预测控制方法

对于交错并联Buck-Boost双向DC-DC变换器,以往大多采用传统移相控制方法,该方法具有变换效率提升困难、各模块电感电流不能自动均流等缺点,对此提出一种新的模型预测均流控制方法对交错并联Buck-Boost双向DC-DC变换器进行控制。该方法借鉴了模型预测控制思想,通过建立预测模型来预测下一时刻变换器中所有可能的开关状态对应的目标函数值,然后根据控制性能要求建立目标函数,最后通过最小化目标函数值确立下一时刻的开关状态,使系统控制目标达到最优。对所提出的模型预测均流控制方法进行仿真及实验验证,仿真结果显示所提出的方法可以使直流母线电压和实际电感电流准确追踪给定值,两电感电流均衡且电流纹波很小,动态过程中直流母线电压超调约为1.5%,变换器动态响应时间为8 ms左右;实验结果显示直流母线电压和电感电流有良好的静态性能,两电感电流均衡且电流纹波很小,动态过程中直流母线电压超调约为5%,变换器动态响应时间约为10 ms,证明了所提出方法的可行性。

交错并联磁集成开关电感高增益Boost变换器

为了提高Boost变换器电压增益、减小支路电感电流纹波、减弱开关管电压应力、减小变换器体积,提出了一种新型带有开关电感及开关电容的交错并联磁集成Boost变换器。相对于传统交错并联Boost变换器而言,利用2个开关电感单元代替储能电感,2个电容及4个二极管构成开关电容,对所提出的拓扑进行理论分析、仿真及实验验证。结果表明,在占空比0.5<D<1情况下,新型变换器的电压增益为传统交错并联Boost变换器的2(1+D)倍,电压应力减弱为输出电压的1/2,电流纹波也得到了很大改善,同时减小了变换器的体积。

基于非线性扩张状态观测器的交错并联Buck变换器无模型预测控制

针对交错并联Buck变换器在复杂环境下受到内外部扰动导致控制性能下降问题,提出一种基于非线性扩张状态观测器的无模型预测控制策略(NESO-MFPC)。建立超局部模型来替换原有先验物理模型,降低控制系统模型精度依赖。设计非线性扩张状态观测器估计超局部模型中未知干扰部分,并补偿到基于超局部模型的预测模型中去,提高抗干扰能力。设计无差拍预测控制策略,保证系统的快速动态响应。仿真结果表明,相比于传统控制方法,该控制策略具有更优的动稳态性能和鲁棒性。

一种基于模块间移相的三相半桥LLC变换器均流控制策略

在多个LLC模块并联的系统中,各个模块之间常因参数的偏差存在电流均衡的问题。该文针对三相半桥型LLC变换器提出了一种电流均衡控制策略。所提策略基于交错并联控制下模块间移相的调制方式和三相半桥结构公共点(中点)悬浮的硬件结构,通过调节悬浮中点电压的幅值和相位以实现三相电流的均衡。首先分析了模块间移相调制方式对中点电压的影响;其次给出能够实现三相电流平衡的控制策略,主要分析了加入平衡控制环路后控制结果如何转化为实际的驱动信号移相角。实验验证了所提出方法的正确性与有效性。

一种低电流纹波的低压大电流DC-DC变换器的研究

通过n个倍流整流结构交错并联方式用以进一步减小纹波电流。给出了电路的开关信号波形和仿真模型,并使用Pspice仿真软件对该模型进行仿真,取得满意效果。最后通过实验验证。这种结构特别适用于通信设备、计算机、宇航等领域的电源。