基于状态分解的三电平变换器交错并联技术

三电平变换器交错并联技术是满足大容量和高功率应用的重要途径,但传统交错并联难以避免环流较大的缺点。此处提出一种基于状态分解的新型交错并联技术,将两个并联三电平变换器视为一个整体进行调制,利用传统的五电平空间矢量方法计算出相应开关状态。在此基础上,优先考虑系统环流的影响,将五电平状态灵活地分解为对应的三电平状态。相较于传统交错并联技术,所提出的方法在进一步减小输出电流谐波的同时,还能有效抑制环流幅值,并通过仿真和实验验证了新型交错并联技术的可行性与有效性。

基于新型CD单元的两相交错并联高增益Boost变换器

为减少基于电容-二极管(CD)升压单元的两相交错并联高增益Boost变换器的CD单元数量,提升变换器电压增益,提出一种最后两级CD单元电容并联充电、串联供电的新型两相交错Boost变换器拓扑结构,进一步发挥CD单元的升压能力。分析新型3CD、4CD两相交错并联Boost变换器的拓扑演化过程,提出新型NCD两相交错并联Boost变换器的拓扑演化规律。以新型4CD两相交错并联Boost变换器为例,分析变换器工作原理,以及电感、电容寄生电阻对变换器电压增益的影响。最后在StarSim硬件在环实验平台搭建1 kW的新型4CD单元交错并联Boost变换器,验证该文所提拓扑的正确性。

基于双向交错并联变换器的电池模拟器研究

动力锂离子电池测试既要考虑安全性、便捷性,也要考虑测试时间和硬件成本等因素。在保证测试精度前提下,将非线性电池模型与电力电子开关器件相结合,基于三阶RC等效电路模型,采用交错并联Buck-boost变换器作为电池模拟器的主电路拓扑,实现对真实动力电池的替代测试。首先分析了电池等效电路模型及其参数辨识原理。其次研究了电池模拟器工作原理和双向交错并联Buck-boost变换器控制策略,并设计了控制器参数。最后搭建了电池模拟器试验平台,试验结果表明该电池模拟器可以较高精度地实现对电池伏安外特性的模拟,可以满足对动力锂离子电池的测试需求。

基于神经网络的微电网交错并联变换器的改进自抗扰控制

针对混合储能微电网在负载突变、扰动加入等多种复杂工况下引起的用电端降压接口的电压质量降低的问题,文章设计了一种以改进线性自抗扰为主要控制器,以BP神经网络为辅助参数优化算法的闭环控制策略。首先,根据六路交错并联变换器的电路拓扑建立时域下的数学模型,并对系统总扰动进行重构,将总扰动分解为模型未知扰动和外界扰动,分别利用观测器进行估计,形成了改进线性自抗扰控制,提高系统的扰动观测能力和观测精度;其次,为使系统获得控制参数的实时优化能力,引入BP神经网络,对控制器参数进行实时整定;最后,搭建了混合微电网六路交错并联变换器的数字仿真模型和半实物仿真模型进行验证,并与PI,LADRC进行了比较。结果显示,所提控制策略不仅具备优异的输出电压质量,而且使系统获得了更好的稳定性与鲁棒性。

多路LLC谐振变换器交错并联均流控制

LLC谐振变换器多路交错并联具有良好的应用前景,然而谐振元件的参数偏差会导致各路LLC谐振变换器电流不均衡的问题。为了解决这一问题,通过将二次侧的同步整流替换为可控整流方式,利用各路输出电流作为控制信号对二次侧进行脉宽调制控制,提供附加的电压增益,形成均流控制环路,保证各路的电压增益相同,从而实现多路LLC谐振变换器在相同开关频率下运行的均流调节。介绍了该控制的原理及实现方法。基于电磁暂态过程进行仿真,得出不同负载率下的电流不平衡度;同时搭建100 W的实验样机,在电流不平衡度最大的工况下,验证了该均流控制方法的可行性和有效性。

四电平浮动交错Boost DC/DC变换器研究

提出一种高升压比浮动交错四电平DC/DC变换器(Four-level Floating-output Interleaved-input Boost DC/DC Converter,FL-FIBC).该变换器不仅可以实现高升压比,显著减小变换器输入电流纹波,而且开关管承受的电压应力仅为输入电压和输出电压之和的1/6,对其拓扑结构及其工作原理进行分析研究,针对非交错导通方式下输出电压纹波大的特点,提出交错导通方式.通过在MATLAB仿真中搭建仿真,验证了所设计控制器的有效性.

交错并联LLC谐振变换器均流技术

针对交错并联LLC谐振变换器器件参数不一致引起的相间电流不均衡问题,提出一种在变换器二次侧串接耦合电感的均流方法。通过在变换器二次侧串联耦合系数为-的全耦合电感,使变换器两路输出电流进行反向耦合,在实现两相间均流的同时,又避免了耦合电感的漏感对变换器一次侧谐振产生影响。分析了耦合电感实现均流的工作原理,建立了基于串联耦合电感的谐振变换器交流等效电路模型,对改进后的变换器的均流效果进行了分析,并通过仿真和实验对所提方法进行了验证。研究结果表明:耦合电感对变换器电压增益的影响随耦合系数绝对值的增大而减小,耦合电感量越大变换器的均流效果越好。

四相交错Boost变换器的解耦均流控制方法

交错并联Boost变换器通常采用双闭环控制输出电压,均流环平衡电感电流。但是,在变换器的控制过程中,双闭环与均流环往往存在耦合问题。为此,提出了一种主从均流解耦的控制方法,削弱双闭环与均流环控制时的耦合关系。首先,介绍了四相交错并联Boost变换器的拓扑结构及工作原理,建立小信号数学模型,并推导出传递函数;其次,阐述了双闭环与均流环的解耦的条件,提出了一种双闭环与均流环的解耦的控制策略,实现双闭环与均流环之间的解耦;最后,在PSIM中搭建了四相交错并联Boost变换器仿真平台,进行四相交错并联控制。仿真结果表明,采用主从均流解耦的控制方法后,输出电压波动明显降低,证明了所提方法的可行性和有效性。

适用于激光器脉冲驱动系统的低纹波交错并联Boost变换器

设计了一种适用于激光器脉冲驱动系统的低纹波交错并联boost变换器,采用多路交错并联结构有效降低了系统重载下的输出电压纹波,理论空载最大输出电压120 V,最大输出功率119.2 W,重载下电压纹波低于5 mV。分析了交错并联Boost变换器的并联路数和每路电感放电时间间隔等参数对输出电压纹波的影响,并提出利用单路Boost变换器输出参数估算多路电压纹波的方法,可为交错并联Boost变换器并联路数的确定提供依据。

一种交错并联分裂开关电容升压变换器

该文提出了一种可用于光伏储能系统的交错并联分裂开关电容升压(Boost)变换器。其输入、输出电流均连续,且具有2种典型的控制方式:对称控制(d_(1)=d_(2))和均流控制(d_(2)=1/(2-d_(1)))。d_(1)、d_(2)分别为2个开关管的占空比。对称控制下,电压增益为传统Boost的(1+d_(1))倍,所有功率管的电压应力均等于输入电压U_(in)与输出电压U_(o)和的一半。均流控制且电流连续模式下,无需检测输入电流,即可在全占空比范围内实现两相电感的均流控制,且电压增益为G=2/(1-d_(1)),一个开关管和一个二极管的电压应力等于U_(o)/2,其余功率管的电压应力为U_(in)+U_(o)/2。该文详细分析了所提变换器在电流连续模式下的工作原理和2种控制方式下的稳态特性,并通过一台500W/50kHz的样机实验验证了理论分析的正确性。

多相堆叠交错并联制氢变换器控制策略与特性分析

制氢变换器的效率和输出纹波等指标在氢能应用中至关重要。多相交错并联Buck变换器(MPIBC)输出纹波的减小需要以增加并联支路、开关频率和滤波电感为代价,这将导致成本和损耗的提高。为此该文提出多相堆叠交错并联Buck变换器(MPSIBC),MPSIBC在MPIBC基础上增加纹波补偿并联支路。补偿支路采用具有补偿特性的PWM控制,输出交流电流与MPIBC输出电流纹波波形互补。MPSIBC利用输出补偿思想使得变换器输出纹波的消除不依赖开关频率等因素。该文从理论上对MPSIBC拓扑和纹波补偿原理进行了分析,并通过PSIM仿真和实验进行了验证,结果表明MPSIBC具有显著纹波抑制效果的同时可有效降低开关频率和滤波电感。

新型并联交错型多电平变换器的桥臂统一脉宽调制策略

并联交错型变换器(parallel interleaved multilevel converter,PIMC)是在多变换器并联结构基础上发展而来的新型大功率变换拓扑。目前,PIMC通常采用耦合式桥臂电感以便于均衡各桥臂电流,对电感设计的要求高且扩展性较差,因此考虑采用分立式桥臂电感,但现有调制策略存在难以均衡桥臂电流、算法实现较为复杂等问题。针对这些问题,推导PIMC各桥臂输出电流变化量与桥臂开关函数的动态表达式,进而从保证电流动态平衡的角度出发,提出易于实现的桥臂输出电流排序均衡方法,并结合其实现方式设计了桥臂统一脉宽调制策略。该策略能够有效控制PIMC各桥臂输出电流均衡,在占用较少控制器资源的情况下获得良好的输出谐波特性,易于向任意电平数扩展。最后,基于大功率MATLAB/Simulink仿真及小功率平台实验结果,详细分析了PIMC的内、外部特性,验证所提调制策略的正确性和有效性。

一种新颖的交错并联正激三电平变换器

该文提出一种交错并联正激三电平直流变换器,其输出滤波电感可大大减小。这个特点使它非常适用于负载动态变化很快的功率变换场合(如电压调节模块),不仅可以提高动态响应速度,还可以减小输出滤波电容,从而使得输出滤波器体积大大减小,提高变换器的功率密度。该文首先分析该变换器的工作原理,然后和传统的两电平变换器进行比较,最后试制一台0.8V/100A输出的电压调节模块样机对该变换器性能进行试验验证。

一种三电平交错并联Boost变换器

重点研究了交错并联三电平Boost变换器,提出了一种新型的三电平交错并联Boost变换器拓扑。文中详细介绍了其原理及工作过程,并进行了仿真研究。最后,设计了一台1kW三电平交错并联Boost变换器的样机。实验表明,理论分析与实验结果相一致,Boost的主开关管实现了零电流导通,二极管的反向恢复电流带来的能量损耗近似为零。相对于传统Boost电路,其电感的尺寸大大减小,并且可以使用低耐压功率开关管。

交错并联开关电感Boost变换器的失稳分析与控制

为提高输出电压增益,减小开关管电压应力,将开关电感结构代替传统电感嵌入到交错并联Boost变换器中。利用频闪映射法得到交错并联开关电感Boost变换器在峰值电流控制下的离散数学模型,并通过分岔图、相轨图、Jacobian矩阵特征值研究其失稳机理,结合参数共振微扰与电荷控制的优点,设计了补偿方案对失稳系统进行混沌控制。研究结果表明,开关电感的嵌入有效拓宽了交错并联Boost变换器的稳定范围,并通过补偿方案使得混沌系统重回周期-1稳态,提高了变换器的工作性能和稳定性。

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%。

基于电荷泵单元的交错并联高增益直流变换器

高增益直流变换器是新能源发电技术的重要环节,针对新能源发电系统小电压、大电流的输出特性,需要使用升压拓扑结构提升电压等级以满足后级负载稳定运行。由于传统升压变换器存在电压增益有限的不足,无法实现新能源发电系统并网运行。此处提出一种基于电荷泵单元的交错并联高增益直流变换器,在交错并联升压变换器的输入侧/输出侧增加若干个由二极管、电容组成的电荷泵单元。该变换器结合电荷泵单元电压倍增能力强和交错并联结构电流纹波小的特点,具有电压增益高、电感电流平均值小、开关管/二极管电压/电流应力低的优势。最后搭建了一台150W功率变换实验样机,实验结果验证了变换器的有效性与高效率,当输入电压为10 V、输出电流为1.25 A时,系统整体效率可以达到94.2%。

基于倍频采样的两相交错并联三电平双向直流变换器功率均衡解耦控制策略

该文提出一种两相交错并联三电平双向DC-DC变换器功率均衡解耦控制策略,并有效地减少了电流传感器的使用。通过对变换器拓扑工作原理的分析,得出两相交错三电平拓扑的等效两电平分析方法。在此基础上,提出基于总电流分时倍频采样功率均衡解耦控制策略,使变换器的电压调节与相间电流均衡控制实现了完全解耦。此外,将常规均衡控制所需的四路电流采样,减少为两路,达到了简化控制结构的目的。建立基于等效拓扑下的小信号模型,利用该模型对所提方案进行理论验证,并给出控制器参数的具体设计方案。最后通过小功率物理仿真实验对所提控制策略进行了有效验证。

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。