全桥三电平DC-DC变换器优化控制策略

针对全桥三电平(FBTL)DC-DC变换器两个占空比协调优化控制、传输功率太小以及钳位电容电压平衡等问题,该文提出一种基于查表法的FBTL DC-DC变换器优化控制策略。首先,详细分析FBTL;DC-DC变换器输入、输出特性,并设计一种钳位电容电压自平衡调制策略。其次,在所设计的钳位电容电压自平衡调制策略基础上,提出一种抗钳位电容电压扰动控制策略,并根据钳位电容输入功率差与电压最大调节能力的关系计算出占空比必须满足的条件。然后,建立一种以变压器输入电压谐波为目标函数,功率传输能力、钳位电容电压调节能力等为约束条件的优化模型,进而得到FBTL;DC-DC变换器的优化控制策略。优化占空比离线计算,然后存储在数字控制系统里,控制时直接采用查表法得到最优占空比。所提出的方法无需变换器精确模型,控制过程简单、高效,控制效果优于传统控制策略。最后,在Matlab/Simulink平台和一台实验样机上验证了所设计的优化控制策略的正确性和有效性。

基于DSP数字控制的零电压全桥三电平DC-DC变换器实验装置研制

设计并开发了一种基于DSP控制的零电压全桥三电平DC-DC变换器。该实验装置是对电力电子技术中多电平和软开关技术的学习和实践,是在全桥结构DC-DC变换器的基础上进行改进,加入了三电平技术和ZVS技术。以DSP为控制器,通过采用移相斩波的控制方法,实现各只MOS管零电压开关。该实验装置具有技术先进、安全可靠、操作简便等优点,尤其适合在实验教学中应用,让学生动手实践,测量观察三电平和软开关技术的相应实验波形。重点分析了变换器的工作原理以及系统的设计方案。

三电平双有源混合全桥DC-DC变换器最小回流功率控制

三电平双有源混合全桥(H-TLFB)DC-DC变换器通过引入三电平桥臂提高输入电压范围.针对该变换器在传统双重移相控制下具有较大的功率回流、较高的电流应力等问题,提出一种最小回流功率控制策略.首先分析H-TLFB DC-DC变换器功率传输特性,比较变换器在两种不同工作模式下回流功率值的大小,并根据回流功率与电压比、移相比、传输功率的数学关系,计算出回流功率达到最小时对应的最优移相比,并设计相应优化控制策略.与传统双重移相控制策略相比,最小回流功率控制策略下的回流功率可以在全功率传输范围内达到最小值,并且在一定的电压比范围内,回流功率、电流应力可以同时得到优化.最后,通过实验验证设计控制策略的正确性和可行性.

一种适用于新能源中压直流汇集的无环流零电流软开关三电平谐振式复合全桥变换器

直流变换器是中压直流(MVDC)汇集系统中的关键部分,起着升压、隔离、电能传输等功能。相比传统的中压交流汇集方案中体积巨大的变压器,中压直流方案中的变换器由于采用中高频控制可大幅减少装置体积。为适应新能源发电端口电压越来越高的发展趋势,该文提出一种无环流零电流软开关(ZCS)三电平复合全桥变换器,其由一个半桥三电平电路和全桥电路共同复用2个开关管而构成,从而所有开关管的电压应力只有输入电压一半,不仅有利于该变换器应用于高输入电压场合,同时还保留所有开关管的软开关特性且消除一次侧环流。为进一步降低所有开关管的峰值电流和辅助开关管的关断电流,又引入了LC串联谐振技术,可大幅降低辅助开关管的关断电流,从而使其开关损耗得到进一步降低。该文对变换器中关键参数进行分析设计,通过PLECS进行仿真,并制作了一台150 V/750 V/1 kW的样机进行了实验验证。

三电平双有源全桥DC-DC变换器回流功率最小的移相控制

三电平双有源全桥(3L-DAB)DC-DC变换器在DAB拓扑中引入三电平桥臂,额外增加了一个控制自由度,增强了变换器调节的灵活性。采用传统移相控制时,3L-DAB会产生较大的回流功率,导致系统损耗增加,效率降低。针对这个问题,提出一种回流功率最小的移相控制策略。首先通过实时检测输入输出电压和电流,建立移相控制下3L-DAB的传输功率和回流功率的数学模型,推导出最小回流功率与移相角比例、电压比之间的关系。在此基础上,根据传输功率与电压比的范围变化,采用分段优化算法求解最小回流功率及其对应的最优移相角,根据最优移相角来进行移相控制的方法,称之为优化移相控制策略。将提出的优化移相控制与传统的移相控制对比分析,发现前者在宽电压比范围具有更小的回流功率和电流应力,从而提高系统效率。最后,通过实验验证分析的正确性和所提控制策略的有效性。

一种三电平全桥直流变换器新型控制策略研究

三电平全桥变换器的移相控制策略中,不能使所有开关管实现软开关条件;斩波加移相控制策略中,隔离变压器原边绕组电压谐波总畸变率(total harmonic distortion,THD)高。针对这一问题,提出一种新的对称双移相控制策略。将对称双移相控制策略与斩波加移相控制策略进行对比研究。通过对对称双移相控制策略下开关过程进行分析,得出所有开关管均能实现软开关条件;通过对变压器原边电压进行傅里叶分析,得出该控制策略下变压器原边绕组电压谐波总畸变率低。通过分析谐波总畸变率随斩控角的变化规律,得出该控制策略下变换器的最优稳态工作点。制作一台三电平全桥直流变换器科研样机,对该文的分析进行验证。

全桥三电平直流变换器的最佳开关方式

该文提出了一种新的关于直流变换器三电平拓扑变换的分析方法。应用该方法得到了零电压开关全桥三电平直流变换器,同时提出了加入箝位二极管的改进型变换器。该变换器使用了以能量传输最大、滤波电感电流纹波最小、开关管实现软开关等为条件寻找到的最佳开关方式,克服了传统零电压开关全桥直流变换器中开关管电压应力高、滤波电感电流纹波大、整流二极管存在寄生振荡等缺点,所以其变换效率更高,响应速度更快,进一步拓宽了它的应用范围。最后通过一个开关频率为50kHz、额定输入电 压为600V、输出功率为2.8kW的实验样机加以验证分析结果。

零电压零电流开关PWM复合式全桥三电平变换器

该文提出一种零电压零电流开关PWM复合式全桥三电平变换器,该变换器的一个桥臂为三电平桥臂,其开关管的电压应力为输入电压的一半,可在很宽的负载范围内实现零电压开关,可以选用场效应管(MOSFET);另一个桥臂为两电平桥臂,其开关管电压应力为输入电压,可在很宽的负载范围内实现零电流开关,可以选用IGBT。该变换器的输出整流电压交流分量很小,可以减小输出滤波器,改善变换器的动态特性。其输入电流脉动很小,可以减小输入滤波器。该文详细分析该变换器的工作原理,讨 论参数设计,并且给出实验结果。

一种采用辅助变压器的ZVS三电平DC-DC变换器

针对三电平变换器通常在轻载工作状态下滞后桥臂开关管实现零电压开关(zero voltage switching,ZVS)较为困难,整流二极管两端也存在电压尖峰和振荡的问题,在常规的三电平变换器主电路拓扑中加入辅助变压器,使其在宽负载范围内实现软开关。对三电平变换器的工作原理及宽负载范围内实现ZVS的可行性进行详细分析。该新型拓扑是通过一台24V/10A,80kHz的实验样机进行了验证,实验结果表明变换器能够在宽负载范围内实现ZVS,并具有良好的性能。

ZVS PWM全桥三电平直流变换器

提出了一种新型的 ZVSPWM全桥三电平直流变换器。该变换器使用了以能量传输最大、滤波电感电流纹波最小、开关管实现 ZVS等为条件寻找到的最佳开关方式 ,克服了传统 ZVS全桥直流变换器中开关管电压应力高、滤波电感电流纹波大等缺点 ,所以其变换效率更高 ,响应速度更快 ,进一步拓宽了它的应用范围。本文分析了变换器的工作原理 ,给出了一个周期内的所有开关模态。本文还论述了谐振电感的设计和占空比的丢失 ,最后通过一个 3 k W,5 0 k Hz的实验样机加以验证分析结果。

一类新型三电平软开关DC-DC变换器的研究

该文针对一类新型的三电平DC-DC 变换器进行详细的研究,该电路使用一个双向开关构造中间电平,大大简化原有多电平电路的复杂程度,使多电平电路有可能被用于中低功率场合。通过将该电路与传统的全桥电路相比较研究可以发现,该电路具有输出谐波含量小的特点,可以非常有效减小输出无源滤波元件的体积和重量。该文详细探讨了这类新型三电平DC-DC 变换电路的电路结构和工作原理,并进行了实验研究。实验结果证明该电路原理正确,可以正常工作。

零电压开关PWM复合式全桥三电平变换器

该文提出一种零电压开关复合式PWM全桥三电平变换器,其中一个桥臂为三电平桥臂,另一个桥臂为两电平桥臂。三电平桥臂的开关管的电压应力为输入电压的一半,可在宽负载范围内实现零电压开关;两电平桥臂的开关管的电压应力为输入电压,它们利用变压器的漏感来实现零电压开关;该变换器的输出整流电压交流分量很小,可以减小输出滤波器,改善变换器的动态特性;其输入电流脉动很小,可以减小输入滤波器。该文详细分析该变换器的工作原理,讨论参数设计,并且给出实验结果。

零电压开关PWM全桥三电平变换器

该文针对全桥三电平变换器提出了一种新的控制——斩波加移相控制,引入了飞跨电容和钳位二极管,使全桥三电平变换器可以工作在三电平模式和两电平模式,同时实现所有开关管的零电压开关,从而使变换器适应宽范围输入电压的要求,并保持较高的变换效率。由于开关管的电压应力只有输入电压的一半,使该变换器非常适合高压输入的场合。此外,全桥三电平变换器输出滤波电感比传统全桥变换器大大减小,副边整流二极管的电压应力得到了降低。由于变换器的输入电流纹波很小,输入滤波器也得到了减小。该文详细分析全桥三电平变换器在该控制策略下的工作原理,讨论参数设计,并且给出实验结果。

磁轴承中三电平全桥变换器的混沌现象分析

针对脉冲宽度调制模式下采用比例控制的三电平磁轴承开关功率放大器的非线性现象进行了研究,采用频闪采样法建立了全桥变换器的离散映射模型,并基于此模型分析了全桥变换器的分岔稳定性和混沌特性,展示了全桥变换器混沌现象的动态演化过程。利用数值计算确定了电流控制器比例系数、载波频率和母线电压的稳定调节范围,并计算了李雅普诺夫指数图验证混沌现象存在。仿真及实验结果表明降低电流控制器比例系数和母线电压,提高载波频率有利于消除混沌现象,从而提高三电平全桥变换器的稳定性。

加箝位二极管的零电压开关PWM复合式全桥三电平变换器

零电压开关PWM复合式全桥三电平变换器(ZVSPWMH-FBTL变换器)利用变压器的漏感和开关管的结电容可以实现开关管的ZVS,但是输出整流管仍然存在反向恢复带来的尖峰电压。为了解决这个问题,该文提出一种新的ZVSPWMH-FBTL变换器,它在基本的ZVSPWMH-FBTL变换器中增加两个二极管,能够有效地消除在3L模式和2L模式下输出整流管的尖峰电压,同时保留基本ZVSPWMH-FBTL变换器的所有优点。该文分析这种新的变换器的工作原理,并在一个1200W的原理样机上进行验证,最后给出实验结果。

全桥三电平变换器的一种新型控制策略

对全桥三电平变换器提出了一种新的脉宽调制控制策略——双移相(Double phase-shift,DPS)控制。对比斩波加移相(Chopping plus phase-shift,CPS)控制,该控制策略大大减小开关管体二极管的损耗,使全桥三电平变换器可以工作在三电平模式和两电平模式,从而提高了变换器的效率。同时保持开关管的电压应力只有输入电压的一半,使该变换器非常适合高压输入的场合,并实现所有开关管的零电压开关。此外,全桥三电平变换器输出滤波电感比传统全桥变换器也大为减小。副边整流二极管的电压应力得到了降低。由于变换器的输入电流纹波很小,输入滤波器也得到了减小。本文详细分析全桥三电平变换器在双移相控制策略下的工作原理,讨论参数设计,并且给出实验结果。

T型三电平DC-DC变换器PWM脉冲调制方式

高效DC-DC变换器是直流网电能汇聚与传输的关键部件,本文提出一种基于T型三电平技术的单相全桥DC-DC变换器。在分析主电路拓扑及工作原理的基础上,开展了换流过程的开关模态详细分析,同时深入讨论了矢量组合关系对中点电压偏移的影响,并针对性地提出一种周期内电压自平衡型PWM调制策略,且进一步推导了适用于工程实际的脉宽时间简化计算公式。此外,还设计了一套外环电压调节和内环电流调节的双闭环控制策略。最后,在Matlab/Simulink中构建了系统仿真模型,仿真结果表明论文所提PWM脉冲调制模式和DC-DC控制策略均具有良好的控制效果。

三电平双向DC-DC变换器的模型预测控制方法

针对传统双闭环控制动态响应慢、PI控制器控制参数选择困难的缺点,提出采用模型预测控制(MPC)方法对三电平双向DC-DC变换器进行控制。该方法通过预测模型的建立和目标函数的最小化两个环节实现对控制目标性能的优化。对传统PI控制和模型预测控制搭建仿真模型,仿真结果显示模型预测控制方法可以使直流母线电压超调量控制在0.25%以内,使蓄电池充放电电流波动范围控制在0.1%以内,由此证明模型预测控制方法可以更好地实现直流母线电压的稳定,优化蓄电池的充放电过程。同时,采用模型预测方法控制三电平双向DC-DC变换器可以实现中点电压的自平衡。

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%。

带辅助网络的倍流整流式全桥ZVS三电平变换器

针对传统全桥三电平零电压变换器存在的缺点,提出了一种新型的全桥三电平零电压变换器拓扑。在电路拓扑中,变压器一次侧加入了一个由耦合电感和电容组成的辅助网络,而在输出端采用了倍流整流电路。耦合电感和输出滤波电感中储存的能量使得变换器可在宽负载范围内实现每个开关管的零电压开关,而倍流整流电路可以使两个整流二极管在零电平的时候实现自然换流,从而克服变压器二次侧占空比丢失和电压过冲的问题。本文详细分析了此电路的工作模态以及其零电压、实现自然换流的条件,并通过一台24V/5A,50kHz样机进行了实验,验证了理论分析的正确性。