集成功率解耦的单相PFC AC/DC变换器设计及控制

对于电动汽车车载充电器,其前端PFC AC/DC变换器输出存在二倍频脉动功率,传统解决方法导致充电器使用寿命和安全可靠性的直接下降。为此,论文采用的方法降低了变换器输出脉动功率和电容容量,并基于功率解耦电路工作原理的分析,完成其关键参数的确定。针对PFC AC/DC变换器设计无模型非线性功率控制器,旨在提升变换器的动静态性能和鲁棒性,针对2 k W车载充电器,建立了集成功率解耦电路的PFC AC/DC变换器的SIMULINK仿真模型,通过系统仿真研究证实所建立的集成功率解耦电路的PFC AC/DC变换器一体化解决方案的可行性和有效性。

集成功率解耦电路的PFC AC/DC变换器

电动汽车车载充电器前级PFC AC/DC变换器多采用大容量电解电容抑制直流母线输出电压纹波的方式,电解电容寿命短、易受温度影响等自身因素会降低充电机整体的使用周期和可靠性,甚至产生炸机故障。为此,提出采用PFC AC/DC变换器输出侧并联功率解耦电路的方式,大幅减小直流母线处并联的滤波电容容量,为使用性能优良的薄膜电容予以替代电解电容提供可能,旨在使PFC AC/DC变换器在减小直流母线输出电压纹波的同时实现充电机的安全可靠运行。为此,基于功率解耦电路工作状态的详细分析,建立功率解耦电路的数学模型,设计改进型比例谐振(Proportional Resonant,PR)控制器实施控制;此外,为了提升系统的控制性能及鲁棒性,对于PFC AC/DC变换器实施无模型非线性功率控制。在上述研究工作的基础上,制作700 W的实验样机,基于dSPACE 1007平台搭建实验样机测试系统,验证集成功率解耦电路的PFC AC/DC变换器一体化解决方案的可行性与有效性。

一种新型逆变器交流侧功率解耦电路及其控制策略

针对单相逆变器直流母线耦合大量二倍频功率分量,提出一种基于Buck-Boost模式下的AC级功率解耦电路。该电路并联于逆变器交流侧,以实现脉动功率在交流侧就地解耦,并且减小逆变器系统的二倍频脉动回路。分析解耦电路工作原理,推导出解耦电路开关管的开关时序。设计相应的脉冲能量调制(pulse energy modulation,PEM)策略对解耦功率进行精准调控。建立仿真和实验平台,测试结果证明该解耦电路及PEM控制策略能有效缓冲二倍频功率脉动,逆变器系统中电容器容值大幅度下降。

基于逆变器交流侧的四开关功率解耦技术研究

针对两级式单相逆变器常用大容量电解电容来缓冲其固有的二倍频脉动功率,大大降低其耐用性和可靠性这一问题,本文在保证变换器稳定运行的前提下提出了一种四开关功率解耦电路,对降低逆变器电容总容值具有实际工程意义。分析讨论解耦电路的工作原理,通过对4种不同的工作模式进行分析,从而确定解耦主电路各个开关管开关时序。在此基础上,设计了相应的脉冲能量调制策略以实现瞬时能量的精准补偿,提升了四开关功率解耦电路的解耦性能,改善了两级式逆变器交直流侧波形质量。该方案逆变电路与功率解耦电路相互独立,有利于传统设备的改造。最后,搭建了仿真模型和实验样机,仿真和实验结果验证了增加交流侧四开关功率解耦电路后,变换器只需几十μF的薄膜电容就能对二倍频脉动功率进行有效解耦。

基于Buck变换器的单相逆变器有源功率解耦控制策略

单相光伏并网逆变器直流侧与交流侧功率不平衡会导致直流侧产生二倍频功率脉动,附加有源功率解耦(APD)电路虽可以有效抑制二次纹波,但由于附加了额外的元件,必然会导致单相逆变器的系统工作效率降低。对此,提出了一种基于Buck变换器的可以降低解耦电路功率损耗的控制策略,通过对解耦电路功率损耗的计算及其工作约束条件的分析,得到功率损耗与解耦电容平均电压值之间的关系,进而提出一种直接控制解耦电容平均电压的控制策略。仿真验证表明,所提控制策略有效抑制了直流侧电压纹波,并降低了解耦电路的功率损耗。