基于交错Boost变流器和LLC谐振变流器的高效率车载充电机

载充电机(OBC)是电动汽车(EV)的关键部分,为EV提供充电通道。OBC的前级AC/DC电路采用交错Boost电路进行功率因数校正、控制直流母线电压。后级DC/DC采用隔离型全桥LLC电路对充电电压和充电功率进行控制。对交错Boost变流器的效率进行计算,并对LLC谐振变流器的效率进行优化。开发一台3.3 kW OBC样机,其整机效率高达94.9%,功率因数超过99.5%。交错Boost变流器和LLC谐振变流器的效率分别达到97.7%和97.6%,OBC的功率密度可达1.05 kW/L。

基于三参数优化设计高效率交错Boost变流器的方法

交错Boost变流器(IBC)的效率受开关频率、Boost电感和输出电压的影响。通过解析法计算IBC的效率与上述三个参数的关系曲线,发现IBC的效率与开关频率、Boost电感具有非线性关系。首先,考虑功率因数的需求,对输出电压进行优化设计。然后,对总损耗或效率求偏导,得到最优开关频率和最优Boost电感。研制一台3.3kW IBC样机,其功率因数高于99%,满载效率可达97.6%。实验结果证实了所提出的设计方法的正确性。相比于传统设计方法,本文的设计方法可提高IBC的效率。

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。

一种应用于两相交错Boost的耦合电感的优化设计

两相交错Boost变换器具有纹波电流小的优势,但其采用的交错并联技术增加了电感数量,进而增加了装置的体积和重量,不利于其功率密度的提升。耦合电感通过将多个磁性元件集成到一个磁芯实现磁路的部分共享,从而减小了磁元件的数量和重量。因此,设计了一种反向耦合电感,并将其应用于两相交错Boost变换器,实现了装置功率密度的提升。首先,对反向耦合电感的工作原理和损耗来源进行分析;然后,在此基础上设计了一种改进的“EE”型磁芯,一方面有效提高了磁芯利用率,另一方面降低了电感的体积与重量;最后,通过有限元仿真对所提优化设计方案进行验证,同时搭建了功率等级为2 kW的两相交错Boost变换器实验平台。仿真和实验结果均验证了所提优化设计方案的有效性。

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。

三相交错式双向DC/DC储能变流器的研究

大功率双向DC/DC变流器是电力储能系统的重要环节,三相交错技术的引入克服了传统单相DC/DC变流器的缺点。实验结果表明,三相交错式双向DC/DC变流器应用于电力储能系统能获得较好的电压、电流波形,为电网及储能系统的安全稳定运行提供了保障。

基于交错断续空间矢量调制的并联PWM变流器控制策略

并联PWM变流器可以显著增大变流器的容量并提高交流侧的电能质量,但是变流器的直接并联容易在其内部产生环流,从而导致变流器损耗增加甚至开关器件损坏。本文以三相PWM整流器并联系统为例给出了环流的数学模型,该环流是一个存在于零轴的带直流偏移量的环流。针对环流问题,本文通过建立并联系统的小信号模型分析确定了零序电流环的设计,并采用了交错断续空间矢量调制方法来消除和抑制其对整个系统的影响。通过该方法,环流可以用dq轴分量表示,并通过功率因数校正(PFC)电路的电流环加以抑制。最后的仿真和实验验证了本文控制策略的有效性。

直驱式永磁同步风力发电机交错并联网侧变流器环流控制策略

对采用平均模型对交错并联拓扑下的直驱式永磁同步风力发电机网侧变流器的环流问题进行了研究的同时,对三相电流在旋转坐标系下的零序分量的控制策略进行了深入分析,并从抑制环流的目的出发提出了在传统SVPWM调制算法基础上增加一个零序电流环的控制策略。仿真与实验结果验证了策略的可行性与正确性,表明提出的交错并联拓扑下的网侧变流器环流抑制策略具有较好的控制效果。

Boost变流器共模传导干扰建模与预测

为了有效地预测功率变流器所产生的共模干扰,以Boost变流器为研究对象,分析功率变流器在不同工作模态下共模干扰的产生与耦合机理,建立共模干扰耦合通路模型.该模型对共模通路进行有效的划分,分别提取其集中参数模型,从而得以更完整地描述共模干扰的内部耦合机理.利用提出的共模通路模型,无需复杂的计算便可在整个传导频率范围(150kHz～30MHz)内对Boost变流器所产生的共模干扰进行准确的预测.通过接收机实测频谱与预测结果的对比验证了该预测模型的准确性.

电压型Boost变流器控制策略的研究

对Boost电压型变流器应用比较广泛的幅相控制、滞环控制、预测电流控制、同步旋转坐标系下的电流控制、滑模控制等控制策略进行了分析,指出了它们的优缺点及应用范围,并给出了在同步旋转坐标下的试验波形,最后对变流器控制策略的未来研究重点做出了展望。

直驱式风电变流器Boost多支路移相控制

主要研究了应用在大功率直驱式风力发电系统中的交错Boost电路。在载波相移的基础上提出一种支路单独控制方法,该方法能够稳定直流侧输出电压,实现各支路电感良好均流。仿真和实验验证了所提方法的可行性,在风力发电场合有一定的实用价值。

基于Lyapunov直接法控制的新型Boost功率因数校正开关变流器

分析了单相Boost功率因数校正(PFC)开关变流器的工作原理,并在Lya-punov稳定性理论的基础上,提出了一种新的Boost PFC非线性控制方法。该方法算法简单,易于实现,并具有大范围渐进稳定、动态响应快的优点。推导出了Lyapunov直接法的控制策略,并采用TMS320F2812对所提出的方法进行了验证,给出了实验波形。实验结果表明,提出的方法实现了控制目标,取得了良好的效果。

三相交错级联变流器研究

针对常见的H桥级联变流器拓扑结构或需要多个直流电源、难以实现四象限运行,或成本高、控制算法复杂等问题,提出了一种三相交错级联变流器拓扑结构及其调制方案。该变流器由3个三相两电平变流电路两两错相联结而成,结构简单,直流电压利用率高;采用错时采样脉宽调制技术,降低了开关损耗和输出波形畸变率。Matlab/Simulink仿真结果表明,基于错时采样脉宽调制技术的三相交错级联变流器输出波形正弦度好,谐波含量低。

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。

用于中压直流电网的储能变流器控制研究

在直流电网中利用储能电池可以提高可再生能源供电的可靠性和效率,因此,为了实现电池的可靠充放电,储能变流器是关键设备。文章设计了一种储能变流器,采用双向有源H桥拓扑和功率模块化设计,基于电池的恒流—恒压充电和恒流放电,设计了充放电过程时的控制方法。同时,在充放电过程中,电池的充放电电流纹波较大,采用了功率模块间的驱动脉冲交错移相来减小电流纹波。在该方法控制下,储能变流器能够实现电池的充放电功能且电流纹波较小,通过仿真验证了储能变流器和控制策略可行性和有效性。

两级反向耦合交错并联Boost变换器纹波电流分析

本文对两级耦合交错并联Boost电路的模型进行了分析,分析了电路的开关模态,介绍了不同开关模态下电流变化率、电流纹波的计算方法。计算分析了系统参数对电流纹波的影响。本文介绍的方法同样适用于单级耦合交错并联Boost电路和普通交错并联Boost电路的模型分析。本文介绍的分析方法对交错并联Boost电路的系统分析和设计具有重要参考价值。

基于SiC MOSFET的交错并联Boost变换器电压尖峰抑制方法

大功率变换器的发展趋势是高频率、高效率和高功率密度。与传统的Si MOSFET相比,SiC MOSFET因具有开关速度快、开关损耗低、工作温度高等优点,得到了广泛的应用。然而,SiC MOSFET在高速关断过程中容易产生电压尖峰和振荡,严重威胁到功率变换器的可靠运行。针对这一问题,本文对SiC MOSFET关断过程进行详细分析后,分别针对影响关断电压尖峰的两种因素,提出了相应的抑制方法。为验证所提方法的有效性,搭建了试验平台。通过试验结果可知,所提出的方法可以有效抑制关断过程中产生的电压尖峰,而不会显著增加开关损耗。

储能系统中三相交错式双向DC-DC变流器的仿真研究

针对储能系统中大功率变流器的直流电压变换的需求,采用三相交错式双向DC-DC变流器拓扑结构,有效的弥补了传统单相DC-DC变流器的不足,结合一种移相均流控制策略,能获得较好的电压、电流波形,减小了电池侧输出电流纹波量,并一定程度上保障了电池寿命。最后通过Matlab/SIMULINK平台验证了理论的正确性。

基于交错并联Boost电路的光伏发电系统优化

光伏发电系统的单Boost电路输出的电压和电流纹波较大,会影响发电系统的可靠性和稳定性,因此提出一种基于交错并联Boost电路的改进型光伏发电系统。在MATLAB/Simulink模块中搭建仿真模型,仿真结果表明,交错并联Boost电路可以有效减小电流和电压的纹波,证明其可以在并网光伏发电系统中发挥积极作用。

基于交错并联Boost应急通风逆变器开发

为落实国家“双碳”战略,响应轨道交通辅助电源高效率、高频化、高能量密度的发展号召,文章设计了一种结合使用SiC MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)及双重交错并联技术的新型应急通风逆变器。首先,引入了双重交错并联技术使系统的功率损耗和功率器件的电流应力显著减小;其次,使用了SiC MOSFET使系统的功率密度和转换效率显著提升;再次,配置了设计合理的RC电路使得MOSFET的尖峰震荡显著减小,拓宽了功率器件的稳定运行区间;同时,设计了前后级结合的闭环控制策略使系统的动态响应性能和抗干扰能力显著提升;最后,搭建了Simulink仿真模型并在3 kW样机上进行了试验验证,试验结果验证了控制策略的有效性。