两相交错并联DC-DC变换器系统效率优化

针对均流控制方案无法保证两相交错并联直流-直流(DC-DC)变换器系统效率处于最优,从而造成能源浪费的问题,提出一种基于电流分配的效率优化控制策略.采用支持向量回归(SVR)算法训练单相变换器效率预测模型,预测任意工况下各相变换器效率特性曲线,进而采用Q学习(Q-learning)算法寻找使系统总效率最优的最佳电流分配方案.该方法克服了传统方法当工况发生变化时须要重新采集数据以拟合效率特性曲线,以及复杂工况下数学求解最佳分配方案计算繁琐的缺点.模型适用性高,所需参数少,可以适应系统运行工况的动态变化,在无须重置模型的情况下给出最优电流分配方案.仿真实验表明:与均流控制相比,所提出的效率优化控制方法能明显提升系统整体效率,最高可达4.5%.

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。

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%。

基于单辅助绕组构造虚拟受控电压源的两相交错并联LLC谐振变换器均流策略

文中提出一种基于单辅助绕组构造虚拟受控电压源的两相交错并联LLC谐振变换器均流策略。将其中一相的辅助绕组作为虚拟电压源串入另一相谐振回路中,进一步通过调制相与相之间的交错角调节虚拟电压源的相位以改变该相谐振腔的等效输入电压,从而实现输出均流。所述方案仅需增加一个辅助绕组,结合移相控制策略便能实现输出均流和纹波电流抵消,结构简单且几乎不增加电路成本和损耗。详细分析所述均流策略的工作原理和设计要点。最后,通过搭建一台12V/40A的两相交错并联LLC谐振变换器实验样机验证所述方案的可行性。

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。

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。

基于移相补偿的全桥LLC谐振变换器交错并联技术

LLC谐振变换器具有高频化、高效率和高功率密度的优点,近年来已被广泛应用。但由于电路本身的特点,输出电流纹波较大,需要多个输出滤波电容并联,这给系统的体积和应用场所带来了一定的限制。为解决这个问题,可采用交错并联技术,但是谐振元件参数存在的偏差,使得LLC谐振变换器并联时输出电流无法均分。为此提出一种适用于全桥LLC谐振变换器交错并联的均流控制方案,输出电压由脉冲频率调制(PFM)控制,因谐振元件参数偏差引起的负载不均流,由移相调制(PSM)补偿,并根据移相角的大小,动态调节两路LLC谐振变换器之间的交错角,进一步减小输出电流的纹波。在理论分析的基础上,设计并制作一台实验样机,实验结果验证了提出方法的可行性和有效性。

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%。

基于移相控制的三相交错并联LLC谐振变换器均流控制策略

为了适应大功率应用场合,多相LLC谐振变换器的交错并联结构得到了广泛关注和研究。由于并联各相LLC谐振变换器谐振参数(励磁电感L_(m)、谐振电容C_(r)和谐振电感L_(r))的差异,各相的电压增益互不相同,进而导致各相电流不平衡。为了解决这一问题,基于原副边星形连接的三相交错并联LLC谐振变换器电路拓扑,详细分析了各谐振参数对并联LLC谐振回路均流的影响程度;提出了一种基于移相控制的均流控制策略,运用余弦定理求出谐振电流相位的关系,转化为开关管的相位驱动信号,在不增加任何附加电路的情况下,实现并联各相LLC谐振回路的自动均流,提高了系统整体运行的可靠性。最后通过仿真和实验分析了所提控制方法的有效性和准确性。

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。

两路交错并联DC/DC变换器软开关自适应控制策略研究

传统的移相全桥变换器在解决滞后开关管的零电压开通与占空比去问题的同时,又带来了新的问题。两组以上全桥变换器文错并联的电路拓扑,能够在宽范围内实现软开关,并且使变换器输出效率大大提高,逐渐成为研究的热点。本文在前人的基础上,对两路交错并联D C/D C变换器实现软开关的控制策略进行了研究,对桥内移相角度θ和桥间移相角度φ做了详细的理论推导,并且进行了仿真,提出了φ=(φ_1+φ+φ_2)/3的控制策略。通过该控制策略可以实现变换器在宽范围内实现软开关的能量自适应控制,有效的减少了实现软开关过程中的能量损耗。最后研制了一台15k W实验样机,仿真和实验结果表明理论分析的正确性,变换器性能得到很好的改进。

非共地两相交错Boost型直流变换器的有源柔性启动方法

非共地两相交错Boost型直流变换器(non-common-ground two-phase interleaved boost DC-DC converters,NCG-TIBDCs)已被广泛应用于具有低电流纹波高电压增益需求的电能变换设备中。为消除NCG-TIBDCs的启动浪涌电流,文中提出一种有源柔性启动方法(active flexible start,AFS)。该方法通过在NCG-TIBDCs输入电感两侧增加一个有源支路与之并联,在此基础上提出一种有源支路开关与NCG-TIBDCs开关的协同调制策略,能够彻底消除启动浪涌电流超调。详细分析NCG-TIBDCs启动浪涌电流产生机理,提出实现AFS的思路和方法,并选取电容箝位型NCG-TIBDC作为例子进行理论、仿真和实验验证。通过对比直接启动、程序软启动和提出的AFS方法,验证AFS方法的抑制启动浪涌电流有效性和优势。相比于程序软启动,提出的AFS方法可彻底消除启动浪涌电流尖峰和超调,且适用于不同升压结构的非共地两相交错Boost型直流变换器,在该类型变换器中具有良好的应用前景。

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。