基于PWM+移相的双有源半桥DC-DC变换器分析及其控制

该文针对双有源半桥(DAHB)DC-DC变换器宽电压范围运行下电容电压计算不准确、单移相控制粗放等不足,提出一种基于PWM+移相的三自由度优化控制(TFC)策略。首先,基于DAHB的数学模型,推导桥臂串联电容稳态电压表达式。在此基础上,从最小化回流功率角度得到三自由度控制的最优开关模式,推导了电流、功率等关键电气量的解析表达式,并获得以电流应力最小化为目标的包含等式和不等式约束的局部最优解方程组。其次,针对最优方程组难以解析求解的问题,采用模型简化+线性近似的方法求取其局部最优解,得到DAHB全工况PWM+移相的三自由度优化控制策略。然后,分析所提出的三自由度优化控制下DAHB变换器的软开关特性。最后,通过仿真及实验验证了桥臂串联电容稳态电压表达式的正确性和三自由度优化控制策略的有效性。

电压反馈型半桥DC-DC变换器动力学特性

电压反馈型半桥DC-DC(VCHB DC-DC)变换器组成的开关电源系统是强非线性系统,为揭示其系统稳定性与电路参数之间的内在关系,对VCHB DC-DC变换器进行了研究.结合其实际闭环控制逻辑,利用VCHB DC-DC变换器精确状态方程,建立VCHB DC-DC变换器仿真模型,采用频闪映射对其状态变量进行离散迭代映射,推导其统一的离散数学模型.对不同参数下VCHB DC-DC变换器非线性特性进行仿真和数值分析,并进行相应实验验证.研究结果表明,变压器变比、滤波电容、储能电感和误差比例系数的改变对VCHB DC-DC变换器稳定性影响大,而误差积分系数和负载的变化对其影响较弱.研究成果可为VCHB DC-DC变换器实际应用时的电路参数选取提供指导.

副边调整式三端口半桥DC-DC变换器

在包含储能环节的独立新能源发电系统中,采用三端口变换器代替多个独立的变换器具有效率高、功率密度高、可靠性高和体积成本低等优点。分析三个端口之间的功率关系,发现了半桥变换器的原边电路寄生双向Buck/Boost拓扑,据此提出基于半桥式拓扑的隔离式三端口变换器拓扑生成思想;给出副边调整式和原边调整式两类三端口半桥变换器拓扑。以其中的副边调整式三端口半桥变换器拓扑为例,分析变换器的工作原理并进行实验验证,实验结果验证了所提出拓扑和理论分析的正确性。

双输入三电平半桥DC-DC变换器及其回流功率优化控制方法

在双极性直流微电网中,正负极母线之间存在电压不平衡的问题。为平衡正负极母线电压和提升母线的功率输出性能,文中提出一种适用于双极性直流母线的新型双输入三电平半桥DC-DC变换器。通过分析变换器的工作原理,在双重移相控制的基础上建立输出功率、电压传输比与回流功率的数学模型,并提出最小回流功率追踪控制方法,降低变换器的损耗。根据双极性直流微电网的特性,在最小回流功率追踪控制的基础上进行切换电压传输比的改进,以一定程度上解决正负极母线电压不平衡的问题,并且进一步降低变换器的回流功率,有效地提升变换器的工作性能。最后利用Matlab/Simulink仿真模拟并分析不同工况下变换器的工作状态,验证文中所提出的双输入三电平半桥DC-DC变换器及其回流功率优化控制方法的有效性与优越性。

ZVS半桥DC-DC变换器的研制

本文对一种采用移相PWM控制的半桥DC-DC变换器进行了研究,给出了其主电路结构,详细分析了其工作原理,并给出了半桥变换器实现ZVS工作的条件。在此基础上,给出变换器的双环PWM控制策略。最后通过仿真和实验,验证了理论分析的正确性及控制方法的可行性。

超级电容储能型移相半桥DC-DC变换器建模技术研究

以双向半桥DC-DC变换器为对象,描述了在PWM加移相控制下其工作特性。根据其工作模态,结合开关函数,使用状态空间平均法进行了变换器建模,对模型进行了降阶并建立了变换器的小信号状态方程。通过仿真和实验验证了模型的正确性。

基于双向半桥LLC谐振变换器的退役电池组均衡方法

退役电池在储能应用过程中,由于其较大的不一致性问题会导致退役电池组出现过充或过放现象,从而限制电池组整体的容量甚至引起热失控,造成安全隐患。针对以上问题,设计一种基于双向半桥LLC谐振变换器的有源均衡电路。该均衡电路通过开关阵列与隔离型双向半桥LLC谐振变换器的相互配合,能够实现单体电池与电池组整体之间的能量传递,使退役电池组中各单体电池达到能量平衡。另外,为进一步提高均衡器的均衡速度及精度,提出一种联合电压与荷电状态(SOC)共同作为均衡变量的多状态均衡控制策略。依据电池组当前不同的能量状态,在电池组静置、充电及放电3种不同状态下,分别采用不同的均衡变量以及对应的均衡策略,从而实现电池组的快速均衡。最后,通过搭建小型的均衡实验样机对6节串联电池进行均衡实验,实验结果表明,所提均衡方法具有较快的均衡速度及较好的均衡效果。

基于移相控制统一模型的双有源桥DC-DC变换器基波环流优化控制策略

为充分利用双有源桥DC-DC变换器的容量,减小无功功率,提升工作效率,提出一种基于变换器移相控制统一模型的基波环流优化控制策略。通过引入基波移相比对变换器的所有移相控制方式进行统一描述,并采用傅里叶分解法建立全桥交流电压及电感电流的统一模型。该统一模型降低了多控制变量下变换器多模态分析的复杂性,适用于不同移相控制的所有工作模式,具有普适性。基于频域分析法和功率因数角,构建变换器传输功率及无功功率的统一数学模型。在此基础上,提出考虑无功基波分量的环流优化控制策略,并对传导损耗进行建模与分析。该策略简单有效,能够很好地减小变换器无功功率和改善系统效率,更有利于工程实际的应用。搭建了实验平台,对比了所提基波环流优化控制策略与传统移相控制方式下变换器的功率因数及变换效率,仿真和实验结果验证了理论分析的正确性和所提控制策略的可行性。

单周期控制半桥DC-DC变换器研究

单周期控制技术是一种非线性控制技术,在动态性能要求较高的功率变换场合具有重要应用价值。本文在论述单周期控制技术的基础上,重点讨论单周期控制半桥DC-DC变换器的设计与实现,并给出了仿真与试验结果。研究结果表明,这类变换器具有控制简洁、稳定性高、抗输入电压扰动能力强、变换效率高、工程实现容易、成本低等优点。

基于双向半桥CLLLC谐振变换器的锂电池均衡电路

锂电池因其能量密度高、自放电率低等优点被广泛应用于新能源领域。由于每个电池单体容量不尽相同,在使用时往往伴随着电池过充、过放等问题,电池使用寿命将受到极大影响,严重时甚至会出现自燃、爆炸等安全问题。该文提出基于双向半桥CLLLC谐振变换器的锂电池均衡电路,通过其在不同工作状态下的四种工作路径,可实现任意电池单体间的容量均衡。搭建一套6个电池单体的均衡电路,根据实验结果验证了所提基于双向半桥CLLLC谐振变换器的锂电池均衡电路具有均衡路径灵活、均衡速度快、均衡效率高和绕组数量减半等优点。

移相+PWM控制双Boost半桥双向DC-DC变换器软开关过程的分析

移相+PWM控制结合了移相控制和PWM控制的优点,可以减小变换器的电流应力和通态损耗,减小环流能量,提高变换器传输功率的能力,扩宽开关管零电压关断(ZVS)的范围。本文以移相+PWM控制双Boost半桥双向DC-DC变换器为研究对象,给出了变换器在各种工作模式下开关过程的等效电路模型,以及漏电感电流和结电容电压的表达式。分析了各开关管ZVS开通的条件,以及影响各开关管实现ZVS的非理想因素。最后给出了在特定功率软开关条件下的参数设计方法,通过仿真和实验证明了理论分析与参数设计方法的正确性。

电机控制器直流侧前置双有源桥DC-DC变换器的模型预测与应力优化混合控制

将双有源桥DC-DC变换器置于电动汽车动力电池与电机逆变器之间,可以根据电机实时转速动态调节系统直流母线电压,提升电机驱动系统的能量变换效率。然而,直流母线电压的大范围变化会带来双有源桥DC-DC变换器电流应力剧增的挑战。为此,该文分析直流母线电压动态变化条件下双有源桥DC-DC变换器的电流应力变化规律及优化方法,在此基础上提出一种模型预测与应力优化混合控制策略,将电流应力优化控制嵌入到模型预测控制中,在降低电流应力的同时还能提高系统的稳态和动态性能。另外,为了抑制模型参数失配对模型预测控制的不利影响,提出一种基于输出反馈的误差校正方法,以提高模型预测控制的参数鲁棒性。原型样机实验结果验证了所提控制策略的正确性和有效性,为直流侧前置双有源桥DC-DC变换器的电机控制器设计与控制提供了理论依据。

软开关半桥式DC-DC变换器及控制方法的实现

提出一种软开关半桥式DC-DC变换器及其控制方法。在分析常规半桥变换器原理的基础上,引入一种改进的半桥电路,利用辅助开关管、谐振电感和二极管构成辅助软开关器件。通过合理的控制,能够使主功率开关器件实现宽范围零电压开通和关断,有效抑制了开关损耗以及变压器副边整流电路的电压振荡,同时提高了变换器的工作效率。通过实验,验证了所提方案的合理性与可行性,具有较高的实际应用价值。

基于时域前馈的LLC变换器全半桥切换控制

由于全桥和半桥LLC谐振变换器之间天然的两倍增益比,全半桥拓扑切换可以极大地拓展LLC变换器的电压增益范围,且不需要额外的元器件。然而,由于全桥和半桥模式的LLC变换器具有不同的电压增益曲线,拓扑切换前后的暂态过程会使得输出电压产生突变,甚至可能会导致系统的不稳定。为抑制拓扑切换的暂态过程,这里提出了一种基于时域分析的前馈控制方法。该策略通过时域分析计算LLC变换器当前工况的理想开关频率,将其前馈加入传统线性控制器中,以实现输出电压的快速调节。最后利用实验样机验证了所提控制策略的有效性。

计及二次侧开关开路故障的半有源桥变换器多模式容错运行策略

半有源桥(S-DAB)变换器广泛适用于电动汽车充电、光伏发电等仅需单向功率流的多种场景。针对二次侧开关开路故障,为了提高S-DAB的可靠性,需要采取容错运行策略抑制故障电流保证高可靠性运行。该文分析S-DAB正常运行模式的工作原理。在此基础上,提出S-DAB变换器二次侧开关发生开路故障时故障诊断与容错单有源桥(SAB)运行方法。所提出的故障诊断策略只需要一个额外的电压传感器能够识别二次侧故障开关位置。在实现故障定位后,基于所提容错SAB方法,能够保证开路故障后,变换器仍具备一定的功率传输能力。所提方法能够以较低的成本提高变换器容错运行的可靠性。实验结果验证了所提出的故障诊断策略与容错SAB模式的有效性。

移相控制对称半桥变换器软开关条件

对称半桥变换器移相控制软开关技术利用电路寄生参数产生谐振,实现开关器件的零电压开关状态,主要包括开关器件的寄生电容和变压器漏感。在实际应用中,因寄生参数不够,可通过外加谐振器件的方式帮助软开关。本文简要分析了移相控制对称半桥变换器的工作原理和换流过程。通过对软开关过程中的等效电路分析,获得了谐振器件参数与变换器稳态工作条件之间的条件关系,可作为软开关条件下选择开关器件寄生电容以及外加谐振器件参数的依据。样机实验验证了使用该条件能够作为移相控制对称半桥变换器软开关设计的有效依据。

具有零电压开关的高升压半桥Boost变换器

为了解决半桥Boost变换器电压增益低、开关管电压应力高、硬开关等问题,通过在半桥Boost变换器中级联一组耦合电感升压结构,提出一种变换器以实现较高的电压增益和较低的开关管电压应力。利用耦合电感的漏感,实现所有开关管零电压开关(Zero-voltage-switched,ZVS)和所有二极管零电流开关(Zero-current-switched,ZCS),有效降低开关损耗。此外,所提出的变换器还具有公共接地和连续输入电流的优点。分析变换器的工作原理,给出变换器的各项性能参数以及变换器开关管实现ZVS导通的条件。对比其他高升压变换器,所提变换器具有较高的电压增益和较低的开关管电压应力。最后搭建一台200 W的试验样机,验证所提变换器原理的正确性。

双PWM控制下三电平半桥隔离型双向DC-DC变换器的全局最小峰值电流研究

针对三电平半桥隔离型双向DC-DC变换器,提出了一种双PWM与移相结合控制(DPWMPS)的方法。通过对该控制工作原理进行分析,并以变压器两侧电压的相对位置为依据,归纳出系统运行的12种工作模式,并推导出每一种工作模式下的功率传输特性。在此基础上,该文提出一种电感最小峰值电流控制方法,能在电压配比m≤1的情况下实现稳态电感峰值电流全局最优。最后搭建实验平台,通过实验结果证明了该算法的正确性和有效性。

基于半桥子模块构成的模块化多电平变换器研究

模块化多电平变换器(Modular multilevel converter,MMC)适用于中高压应用场合,具备损耗小、传输效率高、开关频率低、开关损耗低、输出谐波少等优点。研究以半桥子模块构成的MMC的工作原理以及其调制策略,并以MATLAB/simlink仿真软件为平台搭建仿真模型,仿真结果表明,最近电平逼近调制策略能够实现MMC输出谐波含量低的电压。

半桥式双向DC-DC变换器的优化控制研究

双向DC-DC变换器在混合动力汽车和直流不间断供电系统等场合应用广泛。半桥式是双向DC-DC变换器最常用的拓扑结构,其一般采用PWM的控制方式,但使用此控制方式下电路存在较大反向电流。针对减小电路反向电流这一目标,在半桥双向DC-DC电路拓扑中使用峰谷值双门限控制方式。然后通过PSIM仿真与搭建实验样机,对两种控制方式下半桥双向DC-DC电路反向电流进行对比,验证了该控制策略在半桥双向DC-DC电路拓扑中应用的可行性,实现了减小电路反向电流的目标。