二次型Buck-Boost变换器在光伏系统的应用分析

介绍了单开关二次型Buck-Boost变换器在连续—断续导电模式下的工作状态,研究了光伏电池模型及最大功率跟踪原理,通过仿真分析,得出将二次型CDCM Buck-Boost变换器应用到光伏发电系统中可实现最大功率点跟踪与宽范围的最大功率跟踪,并且不受负载变化影响。

一种高增益低输出纹波电压的二次型Buck-Boost变换器

为提高变换器的电压增益,减小输出纹波电压及降低开关器件的电压应力,将传统二次型Buck-Boost变换器和电压倍增单元、低通滤波器相结合,提出一种改进二次型Buck-Boost变换器。分析该变换器在连续导电模式下的工作原理、开关器件的电压、电流应力及输出纹波电压。根据不同的标准与其它Buck-Boost变换器进行比较,通过对比表明所提改进二次型Buck-Boost变换器不仅具有较高的电压增益,在同等输出电压的情况下减小开关器件电压应力。最后,对改进的二次型Buck-Boost变换器进行建模,仿真和实验结果验证其理论分析的正确性及提高电压增益、减小输出纹波电压的可行性。

改进二次型Buck-Boost变换器的研究与分析

针对传统变换器电压增益低、开关器件电压应力大和输出具有较大电压纹波的缺点,通过在传统二次型Buck-Boost变换器后级增加开关电容单元和LC滤波器,提出一种改进二次型Buck-Boost变换器。对该改进变换器在连续导通模式(CCM)下的工作原理进行分析,同时从不同角度对所提改进二次型Buck-Boost变换器和其他二次型变换器进行对比,表明所提改进变换器具有良好的性能特征。最后,对改进二次型Buck-Boost变换器和改进前二次型Buck-Boost变换器进行实验分析,由实验对比可知改进后变换器输出电压增益是改进前变换器输出电压增益的(1+D)/D倍。在输出电压均为37.4 V的升压模式下,改进前输出电压纹波是改进后输出电压纹波的3倍。在输出电压均为9 V的降压模式下,改进前输出电压纹波约是改进后输出电压纹波的12倍;同时在同等输出电压的情况下,改进后开关器件的电压应力明显减小。实验和理论分析验证了所提改进二次型Buck-Boost变换器是可行的。

基于开关电感的二次型Buck-Boost变换器

为降低基本二次型Buck-Boost变换器输入电感电流应力,提出一种基于开关电感的二次型Buck-Boost变换器。详细分析变换器在L_(1)-CCM、L_(2)-CCM、L_(3)-CCM下的能量传输过程,指出在该模式下电感L_(1)、L_(2)取值是否相等仅对变换器的工作模态有影响;对该模式下的基本关系进行推导,得出变换器电压增益,输入电感电流应力表达式,并分别给出电感L_(1)、L_(2)和L_(3)的连续导通模式(CCM)和断续导通模式(DCM)临界条件与临界电感取值。与基本二次型Buck-Boost相比变换器增益提高了两倍,输入电感电流应力降低了近一倍。最后,通过仿真和实验验证了所提电路的可行性和理论分析的正确性。

新型高增益耦合电感二次型变换器

将开关-耦合电感单元引入二次型变换器,采用一个耦合电感和两个独立电感,在开关管关断时,电感为电容充电;导通时,利用电容为负载供电。与传统变换器相比,所提出的变换器采用更少的器件,能得到高电压增益效果与低占空比。采用了降低电压应力的电容,二极管和半导体开关,开关管应力更低。提出了稳态和比较性能分析,制作了一台140W实验平台,给出实验数据与结论,验证了理论分析的正确性。

双开关二次型结构的耦合电感高增益DC-DC变换器

在能源危机和环境问题的背景下,高电压增益的DC-DC变换器成为利用可再生新能源不可或缺的环节。基于此,提出1种双开关二次型结构,使传统的二次型Boost变换器的电压增益得到有效提升,且降低了开关管的电流应力。结合开关电容和耦合电感,提出1种电压增益极高的双开关二次型结构耦合电感高增益DC-DC变换器。该变换器具有电压增益高、2个开关管同相、开关管和输出二极管电压应力低和多个二极管实现零电流关断的优点。详细分析了变换器的运行原理和稳态性能,包括电压增益推导、元器件电压电流应力等。制作了1款120 W样机,验证了理论分析的正确性和变换器的可行性。

用于可再生能源发电系统的二次型升压变换器

针对太阳能、燃料电池等可再生能源发电系统输出电压较低的问题,此处提出一种基于耦合电感的二次型超高升压变换器,采用无源箝位电路结构,在实现高电压增益的同时,回收漏感能量,提高了转换效率,抑制了开关管的电压尖峰,改善了传统升压变换器开关管和二极管两端电压应力大、增益受限等缺点。最后,在理论分析的基础上搭建了一台输入为24 V,输出为400 V,额定功率为250 W的实验样机,实验结果验证了所提变换器理论分析的正确性和可行性,最大效率和满载效率分别为95.4%和93.8%。

峰值电流控制二次型Boost变换器

二次型Boost变换器因其具有宽输入电压范围特性而得到广泛关注。与传统Boost变换器相比,二次型Boost变换器含有两个LC滤波器,呈现四阶动力学特性。本文提出将二次型Boost变换器输入电感电流和输出电容电压作为反馈信号的峰值电流控制策略,简化了控制环路设计。实验结果验证了峰值电流控制二次型Boost变换器具有瞬态特性好、输出电压纹波小等优点。

双耦合电感二次型高升压增益DC-DC变换器

提出一种双耦合电感单开关二次型高增益变换器。在传统单开关二次型Boost变换器拓扑的基础上,在前级Boost电路单元引入耦合电感,输出端叠加以提升变换器的升压增益特性;同时,通过在后级Boost电路单元引入耦合电感,进一步减小开关管的电压应力。此外,采用无源无损吸收电路抑制了开关管两端的电压尖峰,从而可选取低导通电阻、低电压等级的MOSFET以降低开关管的导通损耗,提高了变换器的效率。文中详细分析了变换器的工作原理及工作特性,最后通过搭建一台200W、18V/200V的实验样机,验证了理论分析的正确性。

低输入电感电流纹波二次型Boost PFC变换器

针对Boost功率因数校正(power factor correction,PFC)变换器输入电感电流纹波大、电磁干扰(electromagnetic interference,EMI)问题严重的缺点,提出将二次型Boost变换器应用于PFC变换器,简称二次型Boost PFC变换器,并分析其电路工作模态。当输入电感工作于连续导电模式(continuous conduction mode,CCM)时,根据储能电感的工作模式(CCM和断续导电模式(discontinuous conduction mode,DCM)),将CCM二次型Boost PFC变换器分为CCM-CCM二次型Boost PFC变换器和CCM-DCM二次型Boost PFC变换器。分析不同交流输入电压等级下CCMBoost PFC变换器和二次型Boost PFC变换器的输入电感电流纹波和占空比变化范围。结果表明,与CCM Boost PFC变换器相比,CCM二次型Boost PFC变换器减小了输入电感电流纹波和占空比变化范围。最后,通过仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。

基于二次型Buck PFC变换器的无频闪无变压器LED驱动电源

提出了一种基于二次型Buck功率因数校正(power factor correction,PFC)变换器的无频闪无变压器LED驱动电源,分析了其工作原理和工作特性。它由共用一个开关管的两个Buck变换器级联构成,其中前级Buck变换器实现PFC功能,后级Buck变换器调节LED电流。该电源无需使用高降压比的变压器也可以驱动低正向导通电压的LED,它只使用一个控制器不仅实现了PFC功能,而且极大的降低了流过LED的二倍工频电流纹波,从而实现无频闪。最后通过7W的实验样机验证了理论分析的正确性。

二次型Boost变换器工作模式及输出电压纹波分析

根据二次型Boost变换器输入电感和储能电感的工作模式,划分了二次型Boost变换器的工作模式区域,并分析了不同能量传输模式时输出电压的纹波特性。根据储能电感电流谷值与输出电流的关系,分析了二次型Boost变换器在开关管关断期间的能量传输模式:完全电感供能模式(CISM)和不完全电感供能模式(IISM),得出了CISM与IISM的临界电感值和临界工作条件。当储能电感工作于连续导电模式(CCM)时,二次型Boost变换器既可以工作于CISM,也可以工作于IISM;当储能电感工作于不连续导电模式(DCM)时,二次型Boost变换器只能工作于IISM。对于给定输入电感、负载、电容和开关频率的二次型Boost变换器,当储能电感工作于CCM-CISM模式时,输出电压纹波最小,输出电压纹波仅由开关管导通期间输出电容电压的下降幅度决定,与储能电感无关;而当储能电感工作于DCM-IISM模式时,输出电压纹波最大,输出电压纹波随着储能电感的减小而增大。最后,通过试验装置验证了理论分析的正确性。

单开关二次型DCM Buck变换器

单开关二次型DC-DC变换器采用一个功率开关管实现两个变换器的级联,拓宽了变换器的输入到输出的电压传输比,减少了驱动电路,提高了变换器的效率。相比于传统Buck变换器,二次型Buck变换器工作于DCM模式时有三种不同的工作模态。本文分析了三种工作模态下单开关二次型Buck变换器的工作原理,建立了其平均状态空间等效模型,研究了其稳态特性及各参数之间的关系,最后通过仿真及实验验证了理论分析的正确性。

二次型CCM Boost变换器能量传输模式

为了分析二次型CCM Boost变换器输出电压纹波特性,研究其能量传输模式。根据电感电流谷值与负载输出电流的关系,分析二次型CCM Boost变换器在开关管关断期间的能量传输模式,即完全电感供能模式(CISM)和不完全电感供能模式(IISM)。分析在忽略输出电容等效串联电阻和存在输出电容等效串联电阻两种情况下,工作于CISM和IISM模式的二次型CCM Boost变换器的输出电压纹波特性,得出CISM与IISM模式的临界电感值和临界工作条件。分析结果表明,当二次型CCM Boost变换器工作于CISM模式,且忽略输出电容等效串联电阻时,输出电压纹波仅由开关管导通期间输出电容电压的下降幅度决定,与电感无关;而当存在输出电容等效串联电阻时,工作于CISM模式比IISM模式具有更小的输出电压纹波。实验结果验证了理论分析的正确性。

具有快动态响应和低输出电压纹波的二次型BoostPFC变换器

为了提高功率因数校正(Power Factor Correction,PFC)变换器对负载变化的动态响应性能,同时消除输出电压二倍工频纹波,本文将二次型Boost变换器应用于PFC变换器中,并分析了其工作原理。根据主电路电感的工作模式,可以将二次型Boost PFC变换器的工作区域划分为四个区域:CCM-CCM、CCM-DCM、DCM-CCM和DCM-DCM,本论文重点研究了二次型DCM-DCM Boost PFC变换器的输出电压纹波特性及其动态性能。研究结果表明,与传统DCM Boost PFC变换器相比,二次型DCM-DCM Boost PFC变换器可消除输出电压的二倍工频纹波,降低输入电感电流峰值,且提高了负载动态响应速度,极大地降低了输出电压超调量与跌落量。最后,通过实验结果验证了理论分析的正确性。

DC/DC变换器无静差二次型最优PID参数整定

基于二次型最优化理论,对PWMDC-DC变换器PID控制参数进行优化整定和设计。通过引入增广矩阵,增加了控制量U*(t)中对误差的积分环节,推导了无静差跟踪控制系统模型;在目标函数的构成参量和形式确定之后,通过选取适当的加权矩阵,实现系统的无超调动态响应。以BUCK和BOOST变换器为例的仿真结果表明,采用二次型最优PID控制策略所构建的反馈系统具有更为优越的动态品质和稳态特性。

三态伪连续导电模式二次型Boost变换器研究

当二次型Boost变换器的两个电感均工作于连续导电模式时,其控制-输出传递函数含有三个右半平面零点和两个谐振峰值点,增加了其控制环路补偿器的设计难度。本文提出了三态伪连续导电模式二次型Boost变换器,其输入电感L1工作于连续导电模式,中间电感L2工作于伪连续导电模式,从而获得一个额外的控制自由度,并实现两个控制环路的相互独立控制,既降低了控制环路补偿器的设计难度,又提高了变换器对负载变化的动态响应速度。最后,通过实验验证了理论分析的正确性。

二次型Buck变换器的分析与设计

二次型Buck变换器因其可以拓宽输入电压范围而得到越来越广泛的关注。首先分析了二次型Buck变换器的工作原理,解析了其工作模态,运用伏秒平衡、电荷平衡推导了连续导电模式CCM(continuous conduction mode)下电压、电流关系表达式,给出了各电路元件的设计公式。根据各功率半导体器件的电压电流波形得到器件应当承受的最大电压和平均电流表达式,从而为器件选型提供依据。最后,根据前面的分析设计制作了一台样机,实验结果表明该样机达到设计要求,且具有良好的抗负载扰动能力。

低电感电流纹波的二次型Boost PFC变换器研究

针对传统Boost功率因数校正(PFC)变换器电感电流纹波大、占空比变化范围宽的缺点,分析了低电感电流纹波的二次型Boost PFC变换器,研究了其工作原理并分析了输入端电感电流纹波和占空比变化特性。研究结果表明,二次型Boost PFC变换器比传统Boost PFC变换器输入端的电感电流纹波小,降低了输入EMI滤波网络的设计难度,占空比变化范围窄,降低了控制器的设计难度。平均电流控制二次型Boost PFC变换器的实验结果表明,其输入电流具有较好正弦度,其电感电流纹波远小于传统Boost PFC变换器,样机实验验证了理论分析的正确性。

具有快速动态响应的PCCM二次型Boost变换器

工作于电感电流连续导电模式(CCM)的二次型Boost变换器,其控制-输出小信号传递函数含有三个右半平面(RHP)零点和两个谐振峰值点,增加了控制环路补偿器的设计难度。提出了固定中间电感放电时间的伪连续导电模式(PCCM)二次型Boost变换器及其控制策略,其输入电感工作于CCM模式、中间电感工作于固定放电时间PCCM模式,消除了控制-输出小信号传递函数的两个RHP零点,在降低控制环路补偿器设计难度的同时,提高了动态响应速度,最后通过实验验证了理论分析的正确性。