基于松散耦合变压器的全桥谐振变换器非线性行为分析

松散耦合感应电能传输系统利用电磁感应技术,实现了能量的非接触传输,解决了传统导线直接供电的缺陷,是一种有效、安全的电能传输方法。文中以全桥谐振变换器为例,基于松散耦合变压器分析了系统随着耦合系数的改变而发生的非线性分岔现象。通过互感模型建立系统的状态方程及其非线性模型,分析了系统谐振时的非线性行为,得到以耦合系数为分岔参数的系统复杂三维分岔图。电路仿真验证了系统的复杂分岔行为,并且进一步分析了系统在分岔过程中经历的边界碰撞现象以及准周期状态下系统的时域与频域特征。该研究将开关变换器的非线性研究拓展到无线电能传输系统中,对无线电能传输系统的可靠设计具有重要指导意义。

全桥LLC谐振变换器的积分滑模-PI混合控制

全桥LLC谐振变换器的PI控制存在响应慢和鲁棒性差的问题,滑模控制存在高频抖振问题。针对这些问题,提出了基于模糊规则切换的积分滑模-PI混合控制方法。首先,通过扩展函数描述法建立全桥LLC谐振变换器的大信号模型,利用输入输出反馈线性化设计滑模面;然后,利用扫频法验证PI控制设计的合理性;最后,经多次实验,确定模糊控制的最佳输入和输出隶属度函数,实现在瞬态时由滑模控制起主导作用,在稳态时仅使用PI控制的混合控制方法。在MATLAB/Simulink中进行仿真分析,仿真结果表明,所提控制方法不仅具有滑模控制的瞬态响应快、鲁棒性强的优点,还消除了高频抖振,具有良好的控制效果。

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。

双向全桥串联谐振DC/DC变换器扩展相移控制的全局优化方法

基于传统基波等效法建立的双向全桥串联谐振(dual bridge series resonant,DBSR)DC/DC变换器模型准确度不高,导致控制存在误差,变换器的工作效率降低。文中采用分段分析法建立DBSR变换器在扩展相移(extended phase shift,EPS)控制下的模型,能够准确描述变换器的特性。传统单相移控制下变换器的回流功率和开关损耗较大,导致变换器工作效率降低,而文中提出一种基于EPS控制的全局优化控制方法,能有效降低回流功率和开关损耗。首先分析双向全桥串联谐振DC/DC变换器的回流功率原理,建立回流功率的优化控制模型;然后结合软开关条件及考虑死区时间下的完全软开关特性,建立双向全桥串联谐振DC/DC变换器的全局优化控制算法;最后,在基于TMS320F28335控制器的实物实验平台上,对所提方法与传统方法在宽电压增益下以及全功率范围内进行实验对比。实验结果表明:与传统基波分析法相比,所提建模方法具有更高的准确度,且所提的优化控制方法可以有效降低回流功率,显著降低变换器的开关损耗,能够大幅提升变换器的传输效率。

基于输入串联输出并联的双向全桥串联谐振DC-DC变换器系统控制策略研究

对基于输入串联输出并联(ISOP)的双向全桥串联谐振DC-DC变换器(DBSRC)系统的控制策略进行研究。采用周期平均法构建DBSRC及其ISOP级联系统的小信号模型及对应传递函数,其中各DBSRC子模块输入电压均受其他模块移相角影响。为了实现子模块输入电压的均衡,提出一种差分输入电压均压(DIVS)控制策略,该策略实现了系统控制框图中输出电压环和输入均压环的解耦控制。相比传统输入均压控制策略,该策略所需的通信数据量较少,具有较高的动态响应性能。最后,通过仿真和12kW样机的实验结果验证了DBSRC小信号模型的准确性及DIVS控制策略的有效性和优越性。

双向全桥串联谐振DC/DC变换器回流功率特性优化

双向全桥串联谐振DC/DC变换器(dual bridge series resonant DC/DC converter,DBSRC)具有控制简单、损耗低等优点,在电力电子牵引变压器场合具有应用前景。然而若系统参数选择不当,会产生较大回流功率,使开关管的损耗增大,系统效率降低。为了降低系统运行时的回流功率,该文分析DBSRC的工作原理及换流过程,利用微分方程得到系统模型,进而总结DBSRC的3种稳态工作模式及回流功率在不同工作模式的表达式。通过优化电压增益(M)、开关频率谐振频率比(F)、谐振回路的特性阻抗(Zr)参数,达到在宽负载范围内降低系统回流功率的目的。最后,构建一个35 kW实验样机,实验结果证明了DBSRC模型的正确性及回流功率特性优化和有效性。

基于PFM控制的高效GaN全桥LLC谐振变换器设计

GaN MOSFET作为宽禁带的第三代半导体不仅开关速度快而且导通电阻小,把其用于变换器具有一定的高效性,而LLC谐振变换器作为高效的DC-DC变换器一直被广泛关注。现将GaN MOSFET用作全桥LLC谐振变换器的原边开关管进一步提升变换器的效率,并且通过PFM(变频)控制将变换器的工作频率划分为3个区域,进而找到效率最高的频率点,使变换器以此频率高效运行,文中对全桥LLC谐振变换器进行了参数设计,并基于Plecs和Matlab软件联合仿真验证参数和方案的可行性,搭建硬件平台得到谐振电流、输出电压的实验波形与仿真波形进行对比。实验结果表明,将GaN器件引入全桥LLC谐振变换器后能提高系统的频率及功率密度且最高效率可达96%。

LLC谐振全桥变换器在交流传动电力机车充电机中的应用

用于交流传动电力机车的大功率蓄电池充电机的工作效率要求在90%以上,采用硬开关技术的开关电源难以达到要求。文章将LLC谐振全桥变换器应用到交流传动电力机车充电机中,分析了该变换器的工作原理,提出了一套完整的谐振参数设计方法,并结合SG2525调频控制技术,设计了一款容量为3.5kW的LLC谐振全桥变换器。实验证明该变换器工作稳定,在全输入和全负载范围内都实现了开关管的ZVS,保证电路在高频下的高效运行,达到了交流传动电力机车充电机的要求。

基于GaN全桥LLC谐振变换器交错并联系统的损耗分析

为提高全桥LLC谐振变换器交错并联(FBLLC-SP)系统的效率,且使其理论损耗与实际运行损耗更贴近,对比Cascode型GaN HEMT向系统引入单体增强型GaN HEMT,并将其寄生参数引入到损耗模型中,建立了一种适用于单移相(SPS)开环控制和三移相(TPS)双闭环控制的FBLLC-SP系统精准损耗模型;给出最佳死区时间计算方法,并分析了FBLLC-SP系统在单移相(SPS)开环控制下的理论损耗,提出了不同模态GaN HEMT的暂态损耗和各种通态损耗的精准计算方法;搭建了FBLLC-SP系统损耗模型仿真系统。实验结果表明:本文损耗模型的损耗值比系统实际运行损耗最多高约0.6%,说明本文建立的精细化损耗模型可用于分析系统的实际运行损耗。

全桥LLC谐振变换器软启动混合控制策略

针对全桥LLC谐振变换器在启动时会产生很大的谐振浪涌电流,探讨了一种在启动的不同阶段实现变占空比和变频的混合控制策略。在分析了谐振电流的启动工作过程和工作轨迹的基础上,介绍了全桥LLC谐振变换器数字软启动控制策略的具体实现方法。以32位DSP芯片为控制核心,搭建了一台400 W的实验样机。实验结果表明,该数字软启动混合控制策略能大幅减小全桥LLC变换器谐振电流浪涌,且性能优于移相软启动控制策略。

基于最小二乘参数估计的并联谐振全桥Boost变换器动态建模

文章基于最小二乘参数估计算法对并联谐振全桥Boost变换器进行动态建模研究。利用系统辨识理论,将并联谐振全桥Boost变换器视作一个黑匣子,根据最小二乘参数估计方法,利用PSpice仿真输出的阶跃响应数据得到开关变换器的动态模型。并利用所建模型结果,验证了此方法应用于并联谐振全桥Boost变换器建模的可行性。且所述方法对脉冲频率调制型变换器的动态建模也有一定的适用性。

高效全桥LLC谐振变换器混合控制研究

为了优化电荷控制下全桥LLC谐振变换器的效率,提出一种将电荷控制与间歇控制相结合的混合控制。首先,分析了电荷控制与间歇控制的控制原理,然后,根据间歇控制最大输出功率选取切换点,最后,设计了混合控制方法,使LLC谐振变换器能够在重载和轻载下分别工作在电荷控制和间歇控制。通过PSIM软件对混合控制方法进行了仿真验证,结果表明混合控制相比单一电荷控制总体效率提升了2.5%。

双向全桥LLC谐振变换器的数字控制设计与仿真

介绍了双向全桥LLC谐振变换器拓扑与其工作原理,利用基波近似法(Fundamental Harmonic Approximation,FHA)分析了LLC变换器拓扑谐振网络的等效电路模型,并得出全桥LLC谐振变换器的直流电压增益特性。提出了双向全桥LLC谐振变换器的电压环和电流环双环控制技术,LLC谐振网络电流经整流滤波采样后为内环电流环的反馈信号,以便于数字信号处理(Digital Signal Processor,DSP)控制。通过PSIM软件的仿真,仿真结果验证了其可行性和正确性。

基于高压SiC MOSFET的高效谐振全桥变换器研究

对谐振全桥变换器而言,利用SiC MOSFET能提高开关频率,达到增大功率密度、降低系统成本、提高效率及简化拓扑电路的目的。文章研究了一种基于第三代SiC MOSFET的零电压(ZVS)LLC谐振全桥DC/DC变换器,利用Cree公司1 000 V/65 mΩ高压SiC MOSFET设计出高频、高功率密度20 k W ZVS LLC谐振隔离全桥变换器并进行了样机研制。实验结果表明,该变换器的开关频率范围扩大到180 k Hz至400 k Hz,最高效率可达到98.4%。该方案能广泛应用于高压直流电源、感应加热、电动汽车充电等三相隔离新能源领域。

一种提高双向全桥LLC谐振变换器反向电压增益的设计及实现

鉴于目前双向全桥LLC谐振变换器反向运行电压增益小于1,设计了一种新型控制策略,使其反向运行时电压增益不仅大于1,而且比原始控制策略下的电压增益更大,且效率更高。该设计在变频控制的基础上加入了移相控制策略,优化了原始控制策略,使用Matlab/Simulink搭建了变换器反向运行的仿真模型。经实验验证,新型控制策略可以进一步提高反向电压增益,证明了所提出策略的可行性。

面向新能源的数字型全桥LLC谐振变换器

为了适应新能源发展的需要,将数字型PWM控制方式应用于全桥LLC谐振变换器。该方式不仅可以解决传统变频控制磁性元件设计与优化难的问题,而且还满足了新能源对DC/DC变换器功能的要求。数字型全桥LLC谐振变换器具有功率密度大、效率高、功能种类多等特点,适用于新能源的发展需求。通过实验验证,该方案可行有效。

移相全桥PWM变换器的DCM研究

当输出滤波电感的电流在一个周期内不连续时,移相全桥PWM变换器就工作在电流断续模式(DCM)。在该模式下,输出滤波电感两端电压会出现振荡。这种现象不仅会导致次级占空比增加,还会给输出纹波带来不利的影响,在某些应用场合是不允许的。在详细分析该模式下变换器的工作过程和软开关特性的基础上,通过考虑电路各处的分布参数特别是输出滤波电感的寄生参数,很好地解释了振荡现象。利用PSpice仿真研究,总结出电路中各参数,特别是电感寄生参数对谐振过程的影响规律。提出了一种抑制该振荡的方法,最后通过仿真和实验验证了该方法对抑制DCM下电感电压振荡的有效性。

应用于高频辅助变流器的DBSRC变换器IGBT开路故障分析及容错运行研究

随着电力电子技术的进步,以双向全桥串联谐振变换器(dual bridge series resonant DC-DC converter,DBSRC)为核心的新一代高频车载辅助变流器发展迅速,并逐步走向实用化。为了提高基于DBSRC变换器的高频辅助变流器的可靠性,首先利用模态分析法(operation mode analysis,OMA)对移相闭环控制下DBSRC发生IGBT开路故障展开研究,分析并阐明了DBSRC输入、输出侧故障后的运行机理及特性。其次,提出一种基于输出功率调整的高频车载辅助变流器容错运行策略,在不改变DBSRC拓扑及移相控制方法的条件下通过实时监测辅助变流器输入电压并动态调节辅助变流器的输出功率,将谐振电流应力及谐振电容电压应力限制在安全阈值内,实现容错运行。最后通过仿真与实验对故障特性分析的准确性与该容错运行策略的有效性进行验证。

宽输入条件下全桥LLC变换器的混合控制策略研究

文中详细分析了全桥型LLC变换器在三种工作模式下的状态轨迹特征,提出了一种宽输入条件下改进的最优轨迹控制策略,并讨论了电路参数选择对控制策略适用性的影响。仿真结果证明了所提策略的有效性。

基于广义状态空间平均的全桥LLC谐振变换器建模及应用

LLC谐振变换器在设计新的控制策略时,传统的设计流程需要手动拟合调试出控制参数,闭环稳定性分析涉及高阶函数计算。为了简化传统设计流程,引入广义状态空间平均(GSSA)理论对全桥LLC谐振变换器进行建模,将传统的阻抗物理模型转化为数学模型,推导出GSSA闭环大信号和小信号模型。通过GSSA模型推导系统传递函数矩阵并分析全桥LLC谐振变换器的动态特性,设计闭环PI控制参数,最后使用特征值分析法判断闭环系统稳定性。GSSA理论和模型结合MATLAB仿真,直接解决高阶函数的计算,快速推导控制参数,简化了设计新控制策略需要的调参环节和稳定性分析环节。为验证建模的正确性,依据建模推导元件参数搭建了400 W全桥LLC谐振变换器样机。在空载和满载两种工况下进行了实验,实验结果表明,系统响应速度快,与设定的输出参数相符合,输出电压纹波小于1%、最大误差0.4 V。仿真结果和样机实验结果验证了基于GSSA的LLC谐振变换器模型的有效性。