基于四开关升降压变换器的三模式设计

四开关升降压(four-switch buck-boost,FSBB)变换器具有宽范围电压输入的优势。由于开关频率高,变换器工作在降压(Buck)模式或者升压(Boost)模式下效率最高,但是在输入电压改变时,两种模式之间的切换会产生转换盲区。文中采用脉宽调制(pulse width modulation,PWM)技术,对传统的两模式控制方法加以改进,设计加入了第三种升降压(Buck-Boost)模式进行平滑过渡。实验结果表明,瞬时改变输入电压时,输出电压波形波动小,证明新的控制方法有效地解决了转换盲区问题,保证了输出电压的稳定。

一种非隔离双向三端口升降压变换器

提出一种非隔离双向三端口升降压变换器拓扑及其功率控制策略。该变换器由3个双向Buck/Boost开关单元不通过直流母线电容级联组合而成;相对于传统多个变换器通过公共直流母线连接的解决方案,该变换器完全消除了中间母线电容,可减小变换器体积、重量和成本,提高系统可靠性,且任意两个端口之间均为单级升降压变换,大大提高了变换器的变换效率和功率密度。详细分析变换器的工作原理,给出相应的脉宽调制(pulse width modulation,PWM)和功率控制策略,最后通过实验验证理论分析的正确性。

适用于温差发电的高效率耦合电感升降压变换器

针对温差电池输出电压变化范围宽、输出电流大且要求电流纹波小的需求,提出了一种高效率耦合电感升降压变换器,该变换器由Boost单元和Buck单元级联组合、并将两单元滤波电感反向耦合构成。变换器输入输出电感反向耦合,使得磁心直流磁通相互抵消,大大减小了滤波器磁心体积和损耗,提高了变换器的效率和功率密度,同时输入、输出电流连续,减小了滤波电容的容量。文中详细分析了所提出的耦合电感升降压变换器的工作原理,深入研究了电感耦合系数对变换器的影响并给出了耦合电感设计准则,采用载波交叠的PWM调制策略以及共用调节器的恒压/恒流控制策略,实现了变换器在恒压和恒流模式之间的无缝平滑切换。搭建了一台500W的实验样机,验证了理论分析的正确性和可行性。

一种耦合电感双输入升降压变换器

针对温差发电模块输出电压宽范围变化并要求电流纹波小的特点,提出一种耦合电感双输入升降压变换器。其前端为两个Boost单元并联实现双输入,再级联Buck单元实现升降压;Boost与Buck电感反向耦合,减少了磁心数目,并且磁心直流磁通相互抵消,减小了磁心体积和损耗,大大提高了变换效率和功率密度;提出了相应的控制和调制策略以实现分布式MPPT及宽输入电压范围各种工作模态间的平滑切换。详细分析了变换器工作原理和耦合电感特性,搭建了一台450W实验样机,验证了理论分析的正确性和可实现性。

一种新型大功率升降压变换器及控制方法

现有的升降压拓扑中双管级联变换器最符合高效大功率场合的使用要求,但如果工作模式标准选择不当,串联结构和Boost电路的非线性直流增益很容易在升降压转换过程中产生严重的振荡。本文提出了一种新颖的大功率IPOSBHB变换器,阐述了其电路结构及基本关系,建立了降压模式和升压模式下的开环小信号模型,设计了载波平移的组合控制方法,分析了升降压模式切换时传递函数的不一致性、占空比的不连续性和输入电压的扰动对变换器输出特性的影响,并给出了补偿措施。本文提出的载波平移组合控制策略和补偿方法很容易实现稳态时的高效控制和升降压模式切换时的平滑过渡,同时降低了输入电压扰动的不利影响。通过一台15 k W样机对本文提出的理论加以验证。

软开关同步升降压变换器的研究

研究了一种软开关同步升降压变换器。该升降压变换器的滤波电感设计得比较小,使得电感上电流可以反向,分别通过正向电流和反向电流对两个同步整流管的结电容进行充放电,为软开关创造条件。此方法适用于较低压输出、较高功率密度的场合。根据两个开关管实现软开关的条件不同, 提出了强管和弱管的概念,给出了满足软开关条件的设计方法。并以一个输入28v、输出20v/3A、开关频率为200kHz的软开关同步升降压变换器的样机进一步验证了上述方法的正确性,其满载效率达到了94.2%

列车用升降压变换器的研究

设计了一种新型列车用变换器。它的输入电压在35 V^90 V之间变动,而输出电压为50 V,额定输出功率为300 W。该变换器的主电路采用Buck-Boost拓扑结构,开关管采用双管并联但互补导通的工作方式;控制器采用具有双路互补输出PWM驱动信号的SG3525芯片。运用状态空间平均法推导了电流连续模式下变换器功率级小信号模型,并写出了控制输出传递函数。利用Matlab画出了系统开环传递函数的波特图,通过分析波特图的特性设计了控制电路的双极点双零点补偿网络及参数。运用Matlab/Sim-ulink中的模块库为系统建立了仿真模型,给出了仿真结果。在输入电压变动范围内,做了一系列轻载和满载实验,验证了设计方法理论上的正确性。

电动客车直流电机驱动双向升降压变换器的研究

提出了一种双向升降压变换器,可用于采用超级电容器作为车载能源的电动客车直流电机驱动,构成的电流双象限不可逆调速系统具有再生制动能力,分析了主电路的工作原理,并通过仿真和实验验证了其可行性.

面向直流储能系统的飞跨电容三电平双向升降压变换器及其模型预测控制策略

光伏系统中直流母线电压受光伏发电端及负载影响变化范围较大,传统储能直流变换器难以适应储能侧及母线侧双端宽电压范围运行。该文提出一种适用于储能系统的飞跨电容三电平双向升降压变换器,该变换器具有对称的拓扑结构,能量向任意方向传递时,均可实现升、降压功率变换,从而解决储能系统在宽母线电压工况下的应用问题。此外,该文提出基于所提变换器的模型预测控制(MPC)策略,该策略通过建立电感电流的预测模型,引入电感电流和输出电压的双闭环控制,实现稳定输出电压的控制目标。同时,建立飞跨电容的独立预测电压闭环,在保证输出稳压的基础上,实现对双侧飞跨电容电压的独立控制。最后,通过搭建小功率实验平台验证了所提变换器及其控制策略的有效性。

一种SEPIC馈电升降压变换器

针对光伏电池、燃料电池发电等输出电压范围较宽而输出电流纹波要求较小的特点,提出了一种SEPIC馈电升降压(SFBB)变换器拓扑。该拓扑通过极性反转变换器与SEPIC变换器的耦合电感集成,在继承原有SEPIC变换器与极性反转变换器升降压变换特性的基础上,实现了变换器的开关同步,显著提高了整机工作效率。结合SEPIC输入级额外漏感的续流特性降低了SFBB变换器的电流纹波。此外,通过辅助换向网络,抑制了控制开关的振铃效应;通过门电荷抽取机制实现了控制开关的快速关断,进一步降低了变换器的关断损耗。文中详细分析了SFBB变换器的工作原理,并搭建了一台60 W实验样机,验证了理论分析的正确性。

DC-DC升降压变换器协同控制器设计

针对DC-DC升降压变换器存在负载电阻扰动的问题,提出一种基于扰动观测器的协同控制器策略。使用非线性扰动观测器技术对负载不确定性扰动进行估计,再将其观测值代入所设计的协同控制器中,构建一种基于非线性扰动观测器的协同控制算法,达成鲁棒稳定跟踪期望电容输出电压的目的。通过一系列仿真对比,验证了该方法的可行性以及有效性。

基于Z网络的升降压DC/DC变换器

基本的非隔离型升降压电路存在由二极管反向恢复带来的短路环问题.设计了一种基于Z网络的升降压DC/DC变换器,从电路结构上避免了短路环的存在,分析了Z网络和变换器的初始态阶跃响应,并设计了预充电电路,消除了变换器启动时的电压和电流尖峰,讨论了工作在电感电流连续模式(CCM,Current Continuous Mode)下的3种开关模态并分析了其工作原理,依照效率最优原则对升压和降压模式的开关模态进行简化,从而优化了变换器的控制方法,提出了一种通过合理选择电感电流纹波系数确保变换器工作在CCM模式下的方法,给出了各元器件的设计规则,并通过仿真和实验加以验证,结果与理论分析相吻合.

双电流环交替控制的单相升-降压功率因数校正变换器研究

分析单相Boost-Buck功率因数校正变换器的工作原理,并对变换器在纯Boost和纯Buck模式下的电流控制问题进行分析。针对交流侧输入电压峰值大于输出电压的情况,提出由平均电流控制和电荷控制构成的双模式控制方案,确保变换器在一个基波周期内,不论在Boost,还是在Buck工作模式期间都可实现对输入电流的控制,达到功率因数校正的目的。文中给出双模式交替控制方案控制框图,并给出电荷控制方案的数字实现方法,最后通过实验对理论分析的正确性和控制方案的有效性进行验证。研究成果对于单相级联型Boost-Buck变换器的控制也有一定参考价值。

采用组合控制方案的双管升/降压变换器

分析了现有单相级联型Boost-Buck功率因数校正变换器的控制原理,并指出了其存在的不足,在此基础上提出一种新型组合控制方案。该方案在Boost工作模式下采用平均电流控制,在Buck工作模式下采用电荷控制。新型控制方案可以确保变换器不论在升压还是降压工作模式期间,都可实现良好的输入电流控制效果,达到功率因数校正的目的。通过原理样机实验,对理论分析的正确性和控制方案的有效性进行了验证。

直流升降压变换系统的建模与仿真

阐述了直流升降压变换器的工作原理,并且详细研究了在MATLAB/Simulink中的直流升降压变换器的建模方法,最后给出了反映系统性能的仿真结果并对其进行了比较分析,为直流升降压变换器在实际工程中的应用有很好的借鉴意义。

升降压型开关变换器建模与控制

根据升降压型开关变换器的工作原理,利用状态空间平均法和欧拉公式建立了其数学模型,由于其控制到输出数学模型存在右半平面的零点,系统成为非最小相位系统,采用超前-滞后校正装置对系统进行了串联校正,仿真结果良好的动、静态性能和抗电源扰动及负载扰动验证了数学模型与控制策略的合理性,分析结果为其它非最小相位系统的分析和设计提供了理论依据。

一种新型的升-降压型直流变换器电路仿真平均模型

提出了一种新型的单开关升 降压式 (Buck Boost)直流变换器的电路仿真平均模型。这种模型可通过输入参数的选择实现对Buck Boost电路的电压控制、峰值及平均电流控制 ,以及对DCM CCM工作方式的统一。它是一种实用的仿真模型 ,可方便地进行稳态和动态分析。在保证准确的基础上 ,大幅度提高了仿真的速度 ,通常比用实际器件开关电路的仿真速度提高两到三个数量级。

具有升-降压功能的新型DC-DC变换器

提出一种新的DC-DC变换电路,该变换器具有任意升/降压功能,是准Z源逆变电路的一种延伸。电路工作于"类同步整流工作模式"下,损耗小,整机效率高;同步开关管功率等级小,电容C2容量等级和电压应力都较小,减少了系统的硬件成本和整机空间,性价比高。研究了电路的具体工作模式和升-降压功能,推导了电路各部分的数量关系,计算元器件参数。实验室内搭建了50W样机对所提电路进行相关性能检测,实验结果与理论分析相符,验证了所提变换器的有效性和实用性。

一种新型升降压LED驱动电源

现阶段利用发光二极管(LED)作为快速光源十分普遍,随着LED功率不断提高,高亮度的LED灯具有取代传统照明灯具的趋势,应用潜力非常大。提出了一种新型升降压变换器作为高亮度白光LED灯的驱动方案。主电路由前级Boost和后级Buck组成,采用固定导通时间控制策略,实行前级限幅后级闭环控制,结构简单,无需补偿电路,动态响应速度快。建立了主电路的稳态与小信号模型,对控制环路进行了理论分析,运用PSIM软件进行了仿真验证。

新能源发电串联分布式高能效变换系统

针对光伏组件、热电发电机等新能源发电模块输出电压低的特点,以系统发电功率最大化为控制目标,研究模块串联分布式新能源发电系统中的高能效模块集成变换器拓扑及其控制策略。分析不同变换器类型对系统性能和发电设备输出特性的影响;综合考虑变换器变换效率和最大功率跟踪效率,提出引入直通工作模式实现变换器全电压范围最大功率输出的控制策略和实现方法;并提出具有直通模式的改进型升降压变换器拓扑,详细分析工作模式和设计实现。搭建由13个250W模块组成的串联分布式实验系统,验证了理论分析的正确性。