一种新型交错并联双向DC/DC变换器

提出一种新型交错并联双向DC/DC变换器,该变换器具有输入电流与输出电流纹波小、开关器件电压应力低、输入输出电压变换比大、各相电感电流自动均流的优点。因此,该新型的交错并联双向DC/DC变换器非常适合应用于一些大变换比的场合(如新能源并网系统及储能系统等)。详细分析该新型交错并联双向DC/DC变换器采用交错控制策略下的工作原理,推导出该新型的交错并联双向DC/DC变换器工作于两种模式下(即Boost模式和Buck模式)的输入输出电压变换比及电感电流纹波表达式,绘制出其主要工作波形。最后,通过一个35 W的原理样机验证理论分析的正确性。

交错并联双向DC/DC变换器Buck模式下的耦合电感设计规则

针对目前交错并联双向DC/DC变换器中耦合电感设计规范不全面这一问题,以三相交错并联双向DC/DC变换器为例,在Buck模式下占空比在1/3～2/3范围内,研究变换器采用分立电感和耦合电感,对稳态电流纹波及暂态电流的响应速度的影响。通过对比,证明采用耦合电感具有减小稳态相电流纹波或者增大暂态总输出电流响应速度的作用,且占空比越接近1/3和2/3,耦合越强,效果越明显。给出一个耦合电感的设计规则,在这一规则下选择电感的耦合系数,既能减小变换器的稳态相电流纹波,又能提高暂态总输出电流响应速度。最后,通过实验证明了耦合电感具有提高暂态总输出电流响应速度和减小稳态相电流纹波的作用,从而证明了设计规范的正确性。

基于电动汽车交错并联双向DC/DC变换器设计的研究

该文分析了交错并联双向DC/DC变换器在不同工作模式下的工作原理,并阐述了为电动汽车供电电源设置双向DC/DC变换器的必要性。从小纹波角度推导了双向DC/DC变换器的主要参数,采用电流控制的方法对选择的参数进行修正。试验结果表明,采用该文所提出的计算方法得出的参数可以有效地对电动汽车双向DC/DC变换器进行控制,具有很好的实用价值。

交错并联双向DC/DC变换器小信号模型分析

非隔离型双向DC/DC变换器广泛的应用于混合直流供电系统中,在低电压大电流的场合采用交错并联拓扑结构的双向DC/DC变换器具有显著的优势。基于超级电容与蓄电池的混合储能系统,采用状态空间平均法,以三通道交错并联Buck/Boost变换器在Buck模态的工作状态作为模型进行分析,推导出相电感电流连续模式(CCM模态)下的交流小信号状态方程及其等效模型,并得到了电路模型的开环传递函数。通过Matlab仿真得到整个系统开环幅频和相频特性曲线,并以此为依据优化设计控制器的补偿网络,提高了系统的稳定性和瞬态响应速度,最后进行实验验证,结果表明双闭环的控制策略实现了恒压限流且动态特性较好。

一种三相交错并联双向DC/DC变换器的研究

双向DC/DC变换器是电力储能系统的重要组成部分,针对传统单相双向DC/DC变换器储能电感过大,变换器功率较低的缺点,文中提出了一种三相交错并联双向DC/DC变换器的拓扑结构。在此基础上分析了其工作原理及控制策略,并进行了仿真验证。仿真结果表明,三相交错并联双向DC/DC变换器应用于电力储能系统能获得较好的电压、电流波形,有效降低电感电流,提升系统的功率等级,为电网及储能系统的安全稳定运行提供了保障。

直流供电交错并联双向DC/DC变换器切换控制策略

分布式可再生能源的推广应用、节能减排的需求以及用户终端负荷特性的变化,给传统交流供电带来了巨大挑战,直流供电因其强大的节能优势受到广泛关注。作为直流供电系统的关键组成部分,DC/DC变换器对稳定性有较高的要求。目前变换器普遍采用小信号建模,建模精度不高,在面临大的扰动时系统可能变得不稳定。文中基于切换系统理论,提出一种储能交错并联双向DC/DC变换器的切换控制方法,直接对系统进行大信号建模,建模精度高。首先选取系统储能函数作为共同的Lyapunov函数并设计最优切换率,然后分析了该切换率条件下系统在切换平衡点处的稳定性,最后在Matlab中进行了仿真,搭建了基于SiC MOSFET的双向DC/DC变换器样机进行验证。实验验证了该切换控制策略的有效性。

一种交错并联双向DC/DC变换器仿真的研究

本文提出了一种用于机电制动/发电能量循环利用的双向DC/DC变换器。该变换器不仅增益比高,而且利用了交错并联技术,电流和电压纹波明显减少。通过仿真分析证明了这种变换器的有效性。

基于模糊控制的交错并联双向DC/DC变换器研究

为了提高交错并联双向DC/DC变换器输出电压及均流的控制精度和动态性能,提出了电压、电流双环控制均采用模糊控制理论的模糊PI控制器。以研究交错并联DC/DC变换器工作原理为基础,详细介绍了电压、电流双环的模糊PI控制器的设计方法。通过仿真,对比了采用模糊PI控制和常规PI控制的仿真波形,验证了双环均采用模糊PI控制能提高输出电压和电感电流的响应速度、减小超调,从而实现电压及均流的精确控制。

交错并联双向DC/DC变换器中耦合电感的设计与仿真

针对交错并联变换器中的多相电感集成,提出一种"EEEE"型耦合电感,通过分析耦合电感的磁通分布,建立了磁路模型,给出了自感、漏感和互感的计算公式和耦合电感的设计方法。"EEEE"型耦合电感增加了磁路气隙的数量,磁压分布更加均匀,与传统铁心电感器相比显著减小了磁路的电磁损耗、电磁干扰和线圈的涡流损耗,且增大了窗口面积。通过三维有限元仿真,验证磁路模型的有效性。

三相交错并联DC-DC变换器的模糊高阶滑模控制

针对传统ST滑模控制算法在DC–DC变换系统到达段存在快速性和抑制抖振之间的矛盾问题,提出一种三相交错双向DC–DC变换器的模糊高阶滑模(FZST)控制算法.该算法依据李雅普诺夫函数求解出系统稳定需要满足的收敛条件,然后基于当前误差进行模糊逻辑推算,进一步在线调整收敛条件下的滑模面系数,保证对误差项加速抑制的同时完成对静态误差的积分,保留了ST滑模控制的动态性,并抑制系统的抖振.最后对双向DC–DC半桥回路中的电压环和电流内环,进行双FZST滑模控制的仿真与实验验证,结果表明:系统在电压跟随,输入端电压与输出端负载大扰动情况下,FZST滑模控制算法具有较强的鲁棒性,能够改善系统的动态品质,并有效地解决抖振问题.

动力电池检测用双向DC/DC变换器设计

针对传统动力电池化成分容设备中电源模块体积大、输出功率小、稳态精度低、可靠性差等问题,设计了一款高精度、大功率双向DC/DC变换器。该变换器以同步整流双向Buck/Boost电路为核心电路,采用多模块并联拓扑结构,减小系统体积的同时提高了整机效率。基于DSP数字控制技术,实现各通道电流独立闭环控制输出,并机状态下可实现稳压输出以及电流自主比例分配,无需额外均流电路调节控制。实验结果表明:采用多模块并联型设计的双向DC/DC变换器效率高,充放电电流调整范围大,可在0~±180A内变化稳定输出,且精度可达0.005%F.S以内,满足大功率动力电池化成分容设备的技术要求,在动力电池检测行业具有较高的实用价值。

DCM模式下交错并联磁集成双向DC/DC变换器的稳态性能分析

针对目前交错并联磁集成双向DC/DC变换器工作在DCM模态下的分析不全面这一研究现状,以两相电感进行耦合的两相交错并联磁集成Buck/Boost双向DC/DC变换器为例,在轻载时关断MOS管,利用MOS管的体二极管具有单向导电的特性,避免电感电流出现负值,从而降低变换器的能量损耗,提高变换器的效率。首先深入分析了运行在Buck状态下的双向DC/DC变换器的DCM模态的稳态性能。其次,分析了变换器的工作状况转换条件,求出各模态转换的临界负载电流。并通过引入的变比与其他参数之间的关系具体分析变换器在各种工作情况(CCM/DCM)下每相相电流的变化规律,同时找出变换器的总输出电流的变化规律。最后,通过仿真和实验的具体数据验证理论分析的可靠性。

多相交错并联磁集成双向DC/DC变换器中耦合电感的通用设计准则

针对多相交错并联双向DC/DC变换器中的耦合电感器设计困难这一问题,提出具有普遍适用性的耦合电感器通用设计准则。以电感全部对称型耦合电感器的Buck+Boost型交错并联磁集成双向DC/DC变换器为例,研究变换器的Buck模态转换规律,得到变换器的等效稳态电感和等效暂态电感表达式,推导出变换器的稳态电流纹波和暂态电流响应速度与占空比、相数及电感耦合系数之间的关系。总结出交错并联双向DC/DC变换器中耦合电感的通用设计准则,按照这一准则,在给定占空比时,通过合理选择耦合电感器的耦合系数,可以既减小稳态相电流纹波又提高暂态输出电流响应速度。最后,通过实验验证了通用设计准则的正确性。

交错并联磁集成双向DC/DC变换器的软开关实现条件

为了解决传统双向DC/DC变换器的损耗较大和效率较低等实际问题,提出了一种将交错并联磁集成技术与软开关技术相结合的控制方法。首先,以三相交错并联磁集成双向DC/DC变换器为研究实例,分析了当变换器分别运行在一、二、三相电感时的3种工作状态。在每种状态下,分别讨论了电感反向电流的持续时间和死区时间,从而总结出了变换器运行在每种状态下可以实现零电压开关(zero voltage switch,ZVS)的条件。最后,通过实验进一步验证了理论分析的正确性,证实了该设计方案的实用性。

交错并联磁集成三电平双向DC/DC变换器

本文提出了一种新型的适合于高压大功率的储能用交错三电平双向DC/DC变换器。该变换器通过交错并联提高了变换器的转换功率,并通过电感耦合使蓄电池输入输出电流脉动减小,同时减小变换器的体积。该拓扑在低开关频率下可以实现大功率、高升压比功能,开关管电压应力仅为高压侧一半,且具有双极性输出。本文详细分析了其工作原理,并在Boost模式下,基于扰动法及状态空间平均法对变换器进行动态小信号建模,得到了系统控制变量到状态变量的开环传递函数,并据此进行了基于电感电流自适应控制策略的PI设计,实现稳压的目的,最后通过仿真对拓扑及控制策略进行了验证。

基于非对称耦合电感的交错并联磁集成软开关双向DC/DC变换器的研究

为了解决传统双向DC/DC变换器的损耗较大和效率较低等实际问题,提出了一种将交错并联磁集成技术与软开关技术相结合的控制方法。首先,以非对称耦合电感的交错并联磁集成双向DC/DC变换器为研究实例,分析了当变换器分别运行在一、二、四相电感时的3种工作状态;然后,在每种状态下,分别讨论了电感反向电流的持续时间和死区时间,从而总结出了变换器运行在每种状态下可以实现零电压开关ZVS(zerovoltage switch)的条件;最后,通过实验验证了理论分析的正确性,证实了该设计方案的实用性。

一种复合储能系统两相交错并联双向DC-DC变换器的研究

为了提高复合储能系统双向DC-DC变换器的效率,减小输出电流纹波系数,研究一种复合储能系统两相交错并联双向DC-DC变换器,主要由主功率变换电路、隔离驱动电路、单片机控制电路、A/D转换电路、显示电路和辅助电源电路组成。主功率变换电路由两个DC/DC变换器单体并联构成,单片机作为控制核心,通过A/D转换器PCF8591T采集双向DC/DC变换器两端的电压信号,自动判断升降压模式,采用PI算法产生PWM输出信号,驱动主功率变换电路中功率MOS管的导通和关断,从而达到升压或降压的目的。两个双向DC/DC变换器单体并联,相位相差180°,实现12 V和5 V电压双向转换。测试表明,变换器的功率可以达到30 W,效率达到85%以上,系统各项功能满足实际应用的要求。

一种交叉倍压型高增益DC/DC变换器

针对光伏发电、燃料电池发电等领域对高增益直流变换器的需求,以两相交错并联升压变换器为研究对象,由2个含有电感的倍压单元组合设计出实现电压提升的交叉倍压结构,据此提出了一种新颖的交叉倍压型高增益DC/DC变换器。该变换器可实现(3n+4)/(1-d)倍的高电压增益(1∶n为耦合电感匝数比,d为变换器占空比),且具有电路器件的低电压应力特性。对于漏感引起的开关管电压尖峰问题,引入了钳位电容构成释放漏感能量通道,同时提升了输出电压。介绍了新型交叉倍压型高增益变换器的拓扑结构,分析了变换器各模态的工作过程,推导了电压增益、输入电流纹波及各器件电压应力等稳态特性,并搭建样机进行实验研究,验证了该直流变换技术方案的可行性和先进性。

一种交错并联零电流软开关双向DC/DC变换器设计

针对传统交错并联式双向DC/DC变换器在高频大功率工作时,开关管损耗大的问题,设计了一种零电流软开关交错并联式双向DC/DC变换器;通过在开关过程前后引入谐振,实现零电流开通和零电流关断,降低开关损耗;进一步分时段模态分析了Boost/Buck模式下的电路工作机理,并在其基础上提出了一种适用于特定占空比的改进型零电流软开关双向DC/DC变换器。最后,通过仿真对比,验证了所设计零电流软开关变换器能量转换效率得到了提高。

六重交错并联双向DC／DC变换器设计

双向DC/DC变换器是根据需求调节能量双向传输的直流到直流的变换器。交错并联技术在大功率、多重化DC/DC变换器应用广泛,可以用较低的开关频率获得较高开关频率的输出效果,能够有效减小变换器的纹波值。本文在单相DC/DC变换器的基础上,设计一种六重交错并联双向DC/DC变换器,能够提高系统的开关频率、降低纹波电流,从而提高电压和电流精度。最后通过仿真及实验分析结果表明,六重交错并联DC/DC变换器的纹波明显小于单相DC/DC变换器,有利于电能质量的提高,证明了结论的正确性。