基于AWF-DPID控制的同步Buck变换器研究

针对当前各种电子设备不断发展对电源管理芯片的精度、速度等要求越来越高的趋势,提出一种基于模糊逻辑的反计算法抗饱和双环PID(AWF-DPID)控制策略,实现同步Buck变换器的恒压限流功能。在双环PID(DPID)的基础上,设计一个二维模糊控制器,实时调整电压环输出参数,在电压环输出设计一个反算法抗积分饱和模块,从而调节Buck变换器的脉冲宽度,更高效精准地实现控制。变换器在10 kHz的频率下工作,给出变换器参数通过软件对不同控制策略进行仿真。结果表明,在实现恒压限流的相同控制目标下,AWF-DPID控制较其他控制响应更迅速、超调量更小稳态误差更小并且纹波系数更小;变输出指令下电压跟随性最好,有良好的动态特性。

永磁同步电机双向DC/DC变换器混合储能设计

为了提高永磁同步电机的发电效率,设计一种永磁同步电机双向DC/DC变换器混合储能方案,并开展性能仿真分析。利用双向DC/DC变换器连接储能部件与负载母线,该变换器的控制性能对系统整体动/静态性能存在明显影响。研究结果表明:在Buck模式下仿真测试得到,双向DC/DC变换器高压侧电流逐渐升高,产生了持续上升的最高输出功率。双向DC/DC变换器与Buck电路达到了合理的参数,能够达到混合储能系统要求达到的稳定性与快速性控制标准。本设计的双向DC/DC变换器主电路与Boost电路各项参数处于较优的状态,能够实现对混合储能系统进行稳定高效控制的目标。电感与电容值满足系统运行要求,可以实现双向DC/DC变换器的快速响应,能够快速控制电流值,并获得稳定的电压参数,能够满足优异的动态调控性能。

基于互补PWM控制的Buck/Boost双向变换器在超级电容器储能中的应用

超级电容器等快速储能技术在短时大功率应用中具有较好的技术经济性,非常适宜于微型电网运行过程中的瞬时功率平衡控制。提出超级电容器通过Buck/Boost双向变换器与脉宽调制(pulse width modulation,PWM)逆变器相连的储能主电路结构,以实现功率的双向调节并提高超级电容器利用率。为解决直流母线电压易受PWM逆变器工作状态切换而波动的问题,采用互补PWM控制技术,分析其特点及其在提高系统运行稳定性与动态响应的优势;建立互补PWM控制的Buck/Boost双向变换器的小信号模型,应用电压电流双闭环与功率前馈相结合的方法以抑制直流母线电压波动;针对直流母线负载电流不易测量的问题,提出采用最小拍观测器的方法对负载电流进行虚拟测量。仿真和实验证实了该方法的有效性。

交错并联双向Buck/Boost集成LLC谐振型三端口直流变换器

将交错并联双向Buck/Boost电路与全桥LLC谐振电路通过共用全桥开关单元集成在一起,提出了一种新型的三端口直流变换器,实现了器件共享,降低了体积和成本。该三端口变换器包括两个双向端口和一个隔离的单向输出端口,通过PWM+PFM的混合调制策略,可实现端口间功率流的灵活控制。与传统的移相全桥集成型三端口直流变换器相比,提出的变换器输入电流纹波小,可在宽电压和功率范围内实现一次侧开关管的零电压软开关(ZVS)和二次侧整流二极管的零电流软开关(ZCS)关断,开关损耗小,而且不存在占空比丢失、变压器直流偏磁等问题。研究了该三端口变换器的工作原理、工作模式和端口功率传输模式,并对其增益、软开关等特性进行了深入分析,最后搭建了一台500W的实验样机,实验结果验证了变换器的实用性和理论分析的正确性。

同步整流Buck变换器断续工作模式建模分析

作者运用能量守恒原理 ,考虑电感电流的纹波和开关器件的导通损耗 ,把非理想功率开关等效为理想开关与开通电阻的串联 ,理想开关由受控源替代 ,推导了同步整流Buck变换器在断续工作模式下的大信号平均模型、DC和小信号电路模型 ,导出了开环传递函数 ,进行了计算机仿真分析 ,结果令人满意。该建模分析方法的优点是考虑了电感电流的纹波和变换器的寄生电阻 ,模型直观、物理意义清晰 。

电机控制器直流侧前置双向Buck/Boost变换器的直接功率控制策略研究

对电机驱动系统前置双向Buck/Boost变换器后直流母线电压的波动抑制问题进行研究。分析功率前馈控制策略抑制母线电压波动能力较弱的原因。对双向Buck/Boost变换器提出一种母线电容能量外环、输出功率内环的直接功率控制策略,并将输出功率的变化趋势反映到双向Buck/Boost变换器的发波环节,进一步提高了变换器的动态响应特性。基于小信号模型分析上述两种控制策略的本质区别。小信号模型分析结果、仿真和实验结果都证实,提出的直接功率控制策略比功率前馈控制策略有更好的抑制母线电压波动的能力。

抵消恒功率负载负阻抗特性影响的双向Buck/Boost变换器控制策略

对双向Buck/Boost变换器带恒功率负载时的稳定性问题进行了研究。首先对电机控制器的直流侧双向Buck/Boost变换器提出了一种功率前馈控制策略。分析了恒功率负载负阻抗特性不利于母线电压稳定的机理,对双向Buck/Boost变换器提出了一种反映直流母线电压变化趋势的前馈控制策略抵消了负阻抗特性对直流母线电压的影响。小信号模型分析、仿真和实验结果都证实了这种控制策略能够有效抵消恒功率负载负阻抗特性对母线电压稳定性的影响,有利于提高驱动系统稳定范围。

基于发展的PWM Switch模型的Buck/Boost双向直直变换器建模及分析

提出了双向功率流动场合的PWM Switch模型,同时选取典型的Buck/Boost双向变换器作为评估平台。小信号分析结果表明,Buck/Boost双向直直变换器通过仅控制Buck模式主控管可以对电池充放电模式进行切换。其提供了对变换器稳态及动态性能研究的一种快速仿真方法。基于改进PWM Switch模型及器件级电路的详尽仿真对比验证了模型的精确性。

两端稳压软开关双向BUCK/BOOST变换器研究

研究了双向 BUCK/ BOOST变换器 ,指出通过合理设计电感与死区时间 ,可以使开关管零电压开通 ,并且其体二极管也是自然导通、关断 ,而无反向恢复问题 ,从而大大降低功率损耗。给出双向变换器两端稳压的控制方案 ,根据功率流的方向 ,自动选择工作在 BUCK状态或是 BOOST状态。该控制方案简单易实现 ,并能直接应用于其它需两端稳压的双向变换器。最后给出了 2 4V/ 48V双向 BUCK/ BOOST变换器设计实例。设计结果表明 ,该变换器不仅体积小 ,重量轻 ,而且无论工作在 BUCK状态还是工作在 BOOST状态 ,均获得很高的效率。

基于耦合电感的零电压开关同步Buck变换器

在传统同步整流Buck变换器中,主开关管的硬开关和同步整流管体寄生二极管的反向恢复问题会导致严重的开关损耗和电磁干扰(EMI)。为避免上述缺点,提出一种基于耦合电感的新型同步Buck变换器,在全负载范围内实现了所有开关管的零电压软开关。详细分析该变换器的工作原理和特性,同时,采用变频调制方法以减小导通损耗,进一步提高变换器效率。最后,结合变换器的特性给出主电路参数的设计考虑,并通过原理样机实验验证了新型变换器的优点和理论分析的正确性。

电机控制器直流侧前置Buck/Boost双向变换器的母线电容电流控制策略研究

电机控制器直流侧的前置Buck/Boost双向变换器可以根据驱动系统需要调节母线电压,提高系统的效率和输出功率。分析传统控制策略不能有效抑制电机工作状态快速切换导致的母线电压波动原因,在此基础上对双向Buck/Boost变换器提出一种母线电压、母线电容电流双闭环的控制策略。由于母线电容电流不能直接测量,提出一种母线电容电流间接计算方法。小信号模型的对比分析结果证明,母线电容电流控制策略比传统控制策略有更好的抑制母线电压波动的能力。仿真和实验结果都证实了理论分析的正确性。

Buck-Boost双向变换器无过零检测TCM控制研究

提出一种基于变频控制的TCM模式实现方案,其在简化传统控制方案的同时,更易实现多模块的交错并联。首先对TCM模式实现软开关的原理进行分析,然后对TCM模式下电感电流的频率特性进行研究。在对频率特性进行分析之后,通过构建频率和占空比两个控制器,据此提出一种变率控制实现TCM模式的方案。最后搭建实验500 W的样机,通过实验验证新方案的正确性。

同步Buck变换器的控制技术综述

同步Buck变换器因其具有效率高、体积小和结构简单等特点,在通信、IT、航天以及日常生活中得到了广泛的应用,作为其核心的控制技术研究近年来已形成热潮。国内外众多著名专家和学者经过30多年的努力,在同步Buck变换器的控制技术方面已经取得了大量的研究成果。本文对已有控制技术的主要成果进行归纳、分类和总结,使之系统化,分别从不同控制技术的工作原理、实现方法和优劣势等多个方面进行了分析,为同步Buck变换器控制技术的应用提供参考。

基于峰值电流模式的同步Buck变换器的数字控制

研究同步Buck变换器的连续时间模型和离散时间模型,分析了变换器工作于峰值电流模式控制下负载恒定和负载动态变化的闭环系统,应用全状态反馈设计闭环系统的控制策略,使用PSPICE软件对设计电路进行搭建,仿真结果表明,设计的动态跟踪系统不仅能实现闭环极点的任意配置,而且能跟踪参考给定值并实现零稳态误差。最后,用Matlab分析了与负载变化相关的闭环极点灵敏度。

一种同步BUCK变换器反向限流电路的设计

同步BUCK变换器在轻载模式下会出现电感电流倒灌现象.若是反向电流过大,将会增加系统的导通损耗,降低芯片的效率.针对这一问题,设计了一款反向限流电路,该电路利用NMOS开关管的体效应二极管将负载的能量转移给输入电源,从而有效地限制了电流的倒灌.该反向限流电路基于0.5μm BCD工艺,在HSPICE上进行系统仿真.仿真结果证明,轻载时与不加反向限流电路的系统相比效率提高了2%.

1MHz单周期控制同步整流Buck变换器的设计

提高功率变换器功率密度的有效方法是加大开关频率。传统的单周期控制芯片IR1150只能工作到200kHz的开关频率,为此提出了一种1MHz工作频率的单周期控制同步整流Buck变换器实现方案,控制电路采用"UC3825+TPS28225"这两款芯片实现,其中UC3825作为主控芯片,TPS28225作为驱动芯片。分析了整个系统工作原理,并对同步整流Buck变换器的主开关管、同步整流管、输出滤波器和积分器等进行了详细分析及设计。制作了一台1.8V、5A输出的样机,样机运行稳定,额定效率可达80.74%。实验结果验证了该设计方案的有效性。

多相并联同步Buck变换器控制技术进展

多相并联控制技术适用于高频、低压大电流场合,能满足开关电源日益提高的可靠性、效率和功率密度的要求,已成为开关电源研究领域的重要内容之一,并取得许多成果。对现有的多相并联同步Buck变换器的控制技术进行归纳和分类,分析了各种控制技术的工作原理、特点、实现方法和适用场合,为进一步应用提供了参考。

基于混沌同步的Buck变换器并联均流控制

针对处于混沌状态的降压(Buck)变换器并联均流效果不佳且均流的稳态和动态特性差的现象。首先建立电压控制型Buck变换器的分段光滑开关模型以及离散模型,并分析系统通往混沌的道路。然后确立初值不同的驱动与响应系统。将所设计的终端滑模控制率施加到响应系统上从而实现并联系统的混沌同步控制。基于混沌的同步特性,可以实现电压控制型Buck变换器的并联均流控制。最后通过MATLAB/Simulink仿真平台搭建施加控制后的并联系统模型进行实验仿真。结果显示,并联系统均流误差接近于0,并当输入电压发生突变时,均流误差未发生改变,表明施加终端滑模控制后,Buck变换器并联均流误差小且具有较好的稳态和动态特性。

10kVA虚拟同步电机双向直流变换器的设计

虚拟同步电机由逆变器、直流变换器和系统电源3个部分构成,与电网并联后既可以向网侧发送能量也可以从网侧吸收能量,所以直流变换器的设计要求是允许能量的双向流动。提出了采用2个IGBT串联,在低压侧引出中线串入升压电感的方案。试验表明该方案能实现直流变换器的升压和降压的主动切换控制,实现能量的双向流动和稳定中间直流电压。该设计的控制方法简单,稳压精度高,能满足10 k VA新型虚拟同步电机稳压储能部分的设计要求。

滑模控制双向Buck变换器的研究

针对滑模控制策略快速动态响应和良好的稳态特性,提出了基于滑模控制的双向同步Buck电路电感电流反向连续工作方式.并对滑模控制进行了深入分析,讨论了滑模的存在条件,确定了滑模面方程,结合滞环控制设计了滞环滑模控制器.滑模控制方案能有效克服系统参变量变化和外部扰动,充分发挥了快速响应和鲁棒性强的优点.最后给出了实验结果验证上述分析.