双有源桥串联谐振变换器的暂态过程与控制

基于移相控制的双有源桥串联谐振变换器(dual-bridge series resonant converter,DBSRC)在传输功率的快速调控过程中,移相角将发生较大的阶跃变化,导致谐振腔出现大幅度长时间的振荡过程,不仅严重恶化了变换器的动态性能,电路元件也会面临严重的过电压和过电流风险。该文首先基于基波分析法推导DBSRC暂态过程的通用计算模型,分析暂态过程中的振荡特性,精确估算暂态过程中的谐振电压峰值、谐振电流峰值以及暂态过渡时间,评估暂态过程中的过电压与过电流程度。基于暂态过程计算模型,提出一种振荡的抑制方法,使变换器在一个开关周期后能够到达新的稳定状态,有效地避免了过电压与过电流的风险,并且大幅改善了闭环控制的动态特性。最后,通过仿真与实验结果验证理论分析和所提出的控制方法。

双有源桥串联欠谐振变换器的最小回流电流控制

该文采用时域分析法对双有源桥串联欠谐振电路进行了分析,得到电感电流在稳态时的表达式并推导所有开关管实现软开关的条件。由于电压增益偏离1时仅采用移相控制难以实现所有开关管的软开关,因此,该文在传统移相控制的基础上,引入额外的变频控制策略,使得电路在不同的电压增益和负载条件下都能有较好的软开关性能。然而,软开关的实现会增加电路的回流电流,影响电路的传输效率。该文对所提出的变频移相控制进行了进一步的优化,使其可以在确保电路实现软开关的同时产生最小的回流电流和电感电流有效值。所提出的控制策略在一台2 kW的样机中进行了验证。

基于等效励磁电感的SiC串联器件型中压双有源桥变换器的软开关技术

基于SiC串联器件的双有源桥变换器因具有开关损耗小、功率密度高、能量控制简单等优势,有望成为中压变换场景中实现高频隔离的优选方案。为保证SiC串联器件的可靠均压,各器件上并联大容值缓冲电容,然而该设计使变换器在传输功率较低时难以实现零电压开通,严重影响变换器的整体效率和串联器件的可靠运行。该文通过构建SiC串联器件型中压双有源桥变换器多模态运行模型并深入分析其运行特性,提出一种基于等效励磁电感的无源软开关技术。所提技术可通过优化外接传输电感位置的方式实现中压侧等效励磁电感参数调节,从而在无额外控制前提下实现SiC串联器件的软开关范围扩展。最后,设计了4 kV/1 kV实验样机,实现了100 kW下运行。实验结果显示,所提出的软开关技术能显著地扩展变换器中SiC串联器件的软开关范围,在保证SiC串联器件均压稳定性的同时能够大幅降低变换器在轻载运行时的功耗。

输入串联输出并联型三电平双有源桥变换器功率与电压平衡控制策略

针对三电平半桥型输入串联输出并联(ISOP)型双有源桥(DAB)变换器的各模块参数差异而导致的模块功率不均衡传输问题,该文首先分析多模块功率不平衡原因,然后提出基于三重移相(TPS)调制的串联侧功率平衡策略。针对ISOP系统多模块间参数差异问题,提出多模块参数差异估计方法,该方法无需增加额外的电流或电压传感器,通过注入强制分量作为扰动而采集反映模块差异的特征量变化,对控制量进行补偿实现多模块功率平衡。仿真和实验结果表明,在多种扰动条件下,所提功率平衡方法可实现样机串联侧均压,在输出电压24V工况和10~435W功率范围下,系统在所提控制策略下能明显提高串联侧的电压平衡,工作效率达到90%以上。

应用于两级式逆变的双有源串联谐振变换器二倍频波动抑制及控制参数设计

在两级式逆变器中,后级逆变器在带有单相或三相不平衡负载时会产生二倍频的瞬时功率波动,此二倍频波动会耦合进入前级直流变换器,造成前级双有源串联谐振变换器(dual active bridge series resonant converter,DBSRC)的交流谐振电流幅值出现较大的二倍频波动。考虑到DBSRC高阶模型较为复杂,提出简化的降阶一阶小信号模型。基于此简化模型,通过在电压闭环回路中串入二倍频陷波器,大范围地增加二倍频处的闭环输出阻抗,从而实现抑制前级的DBSRC的谐振电流波动。进一步,提出保证两级式逆变系统稳定的二倍频波动抑制的控制参数设计方法。最后,通过仿真和实验验证了所提出的简化降阶模型和控制系统参数设计的有效性和可行性。

基于双变压器LLC谐振变换器的开关电源设计

设计了一款开关电源,其硬件电路采用无桥有源PFC与双变压器LLC谐振变换器拓扑的结合,使用AUIR24427S和单片机对可控元器件进行控制。确定了双变压器LLC谐振变换器的基本参数,并使用仿真软件MATLAB/Simulink建立了变换器的仿真模型,验证了该设计的可行性。

一种输入串联输出并联双有源桥变换器输入电压自平衡结构

输入串联输出并联(inputseriesoutputparallel,ISOP)双有源桥(dualactivebridge,DAB)变换器的输入均压(input voltage sharing,IVS)主动控制策略存在控制系统复杂和传感器数量较多的问题。相反地,无源调控方法的控制系统简单,因而具有明显的优势。基于无源均压思想,提出一种适用于共占空比控制的基于耦合电容的ISOP-DAB变换器的输入电压自平衡拓扑结构,通过耦合电容使得子模块的高频链环节产生电气耦合,从而实现子模块输入电压的均衡。进一步,给出含有耦合电容的ISOP-DAB变换器的简化等效电路,并进行理论分析与推导,得到子模块输入母线电压偏差及耦合电容电流与变换器硬件参数的关系。理论计算表明该拓扑在子模块参数存在较大的偏差时仍然具有较好的IVS能力。最后,仿真和实验结果验证该拓扑的可行性和有效性。

串联谐振型双重有源变换器在直流分布式系统中应用

为满足直流分布式系统间的能量调度需求,提出了一种新颖的双向DC/DC变换器——串联谐振型双重有源全桥变换器。通过对激励谐振、自由谐振和零自由谐振3种模式的分析,详细介绍了以高频谐振电流为基础传递能量的谐振变换器的工作原理。能量的双向传输是通过控制谐振电流来实现的。以不同母线间的电压差作为能量流动方向的判断依据,给出了基于谐振槽瞬时能量控制的双闭环控制方案。实验验证了串联谐振型双重有源全桥变换器工作原理分析的正确性,同时也验证了所提出的直流分布式母线间能量双向流动控制方案的可行性。研究结果表明,该变换器可双向传输能量,所有开关工作于定频、定宽状态,全程可实现零电流开关,能量传输效率高。

变频+移相控制的双有源串联谐振DC-DC变换器的小信号建模

变频+移相双自由度控制技术能够实现双有源串联谐振DC-DC变换器在宽范围工况下的零电压开通,从而有效提升变换器的工作效率和可靠性。提出了变频+移相控制下双有源串联谐振DC-DC变换器的小信号连续域模型,为研究在该控制机制下变换器的动态特性和闭环控制器的设计提供依据。所建立的模型基于广义平均建模法,选取输出电压的直流分量和电感电流、谐振电容电压的基波分量作为状态变量,准确描述了谐振腔对变换器动态特性的影响。在此基础上设计了输出电压闭环调节器,实现了变换器在ZVS变频+移相控制下的稳定运行。理论分析通过Matlab/PLECS仿真和1台800 W原理样机进行了验证。

串联谐振型双有源桥变换器的软开关特性研究

基于传统单移相控制的串联谐振型双有源桥变换器在宽电压增益下的零电压开关(ZVS)工作范围较窄,为了扩展软开关范围,该文采用双重移相控制。分析双重移相控制下的串联谐振型双有源桥变换器的工作原理和稳态特性;详细分析移相角区域选择对软开关条件难易程度的影响;并对ZVS特性进行深入分析,得出由输出功率标幺值与电压增益决定的ZVS软开关范围。研究表明当电压增益和负载宽范围变化时,双重移相控制可明显扩大软开关工作范围。实验验证双重移相控制在宽电压增益时的软开关优越性。

串联谐振型三相双有源桥变换器损耗分析

以基于变压器星-角连接的串联谐振型三相双有源桥DC-DC变换器为研究对象。首先,对其工作原理进行详细分析,并推导电感电流、功率表达式,以及软开关条件;其次,将变压器副边电路折算至原边,使谐振变换器的电路模型得到大大简化,并以此为基础进行电路参数选择和硬件设计;然后,通过对变压器、电感、开关管的功率损耗进行分析,建立串联谐振型三相DAB变换器的总功率损耗模型;最后,设计500 W的实验样机对理论分析和损耗模型的准确性进行了验证。

基于优化移相的双有源串联谐振变换器前馈控制策略

传统的基于单移相调制的双有源串联谐振变换器(DBSRC)在非单位电压增益下循环功率大,导致谐振电流幅值大。针对此问题,采用基波模型分析DBSRC在多重移相调制下的传输功率和谐振电流特性,利用拉格朗日函数对谐振电流幅值进行优化解析,得到基于谐振电流幅值优化的多重移相调制策略。理论结果表明,优化调制可以显著降低DBSRC在中轻载下的谐振电流大小。基于优化移相的调制方法,为了提高变换器对负载变化的动态响应,提出一种输出功率前馈的电压闭环控制策略。最后,通过仿真和实验验证了优化移相调制和输出功率前馈控制策略的可行性和有效性。

串联谐振型DAB变换器参数设计方案

串联谐振型双有源桥变换器(DBSRC)具有峰值效率高、开关损耗小的特点,因而被广泛应用于电力电子牵引变压器场合。针对DBSRC输出性能受参数影响较大的特点,提出一种基于开关频率、移相比及电路参数的选择方法。通过构建开关频率、移相比与输出功率的数学模型,依据计算对变换器的参数进行设计,寻找到变换器最大功率输出点。最后提高变换器整体效率。仿真和实验结果表明了所提参数选择的合理性,在合理选择变换器硬件参数后,DBSRC输出功率可进一步提升。

基于DSP控制的有源箝位双串联LC谐振变换器研究

针对传统有源箝位正激变换器,本文提出了一种有源箝位双串联LC谐振变换器。基于功率开关管ZVS(零电压开关),该变换器实现了DC-DC高增益和整流二极管ZCS(零电流开关),降低了损耗。同时,该变换器对负载提供全周期连续能量传递,提高了变压器磁芯的利用率,进一步提高了效率。单变压器和无输出滤波电感的设计,配合DSP控制策略,缩小了整机的重量和体积,提高了功率密度。本文详细分析了该变换器的工作原理、控制策略和软开关条件,并通过实验验证了理论分析的正确性。

高压大功率双串联谐振多级电压式DC-DC变换器的研究

基于多电平理论,提出一种高压双LC串联谐振DC-DC变换拓扑。开关管零电压开通,损耗减少,开关频率提高;控制谐振网络作用电平进而间接控制变比,设计出适用于双LC串联谐振网络的二极管钳位网络,增大最高输出变比;结合频率控制,实现多级电压输出,具有BUCK-BOOST特性。电压调节更加灵活,适用于直流大功率变换场合;采用频率控制,避免了如传统BOOST变换器中,由于开关导通与关断时间不均匀而引起的损耗和温升过大等问题;通过MATLAB仿真并经过实验验证,证明了该拓扑的正确性。

LCL谐振型双有源全桥双向DC-DC变换器分析与控制

研究了一种新型LCL谐振型双有源全桥双向DC-DC变换器。根据LCL谐振网络的基本特性,在双移相控制方式下,使得初、次级全桥的交流侧电压与电流同相位,实现了单位功率因数,基本可以消除双有源全桥变换器中普遍存在的回流功率。在时域波形分析的基础上,建立了各次谐波的交流等效模型,计算了各次谐波传输功率相对于基波传输有功功率的比值,并通过基波近似法进一步研究了变换器的功率传输特性。最后,设计了一台额定功率为3.6kW的实验样机,特征波形、回流功率的实验与分析结果吻合,并验证了其运行在宽负载电压和功率范围内的良好特性。

一种开关频率固定的输出可调型有源钳位正激双向谐振变换器

提出一种开关频率固定的输出可调型有源钳位正激双向谐振变换器。不同于传统有源钳位技术,该变换器中的单个有源钳位电路为两个变压器去磁,以简化电路结构,并提供谐振回路实现能量反向传递。同时,输入串联输出并联结构可分担输入电压,减轻单个器件电压应力。采用交错并联PWM的控制策略,以减小输入电流纹波。该变换器开关频率固定,可避免传统调频方式中存在的磁性元件、同步整流驱动设计困难等问题,且具有一定的输出电压调节能力。此外,利用谐振原理,该变换器可实现开关管的零电压开通以及二极管的零电流开关,提升变换效率。详细分析开关频率固定的输出可调型有源钳位正激双向谐振变换器的工作原理以及稳态特性,最后搭建了一台43~53V输入、24V/1.8A输出的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。

双谐振有源箝位反激DC/DC升压变换器研究

针对光伏并网微型逆变器前级DC/DC环节应用,研究了一种小容量双谐振有源箝位反激DC/DC升压变换器拓扑。初级采用有源箝位电路,开关管应力减小、控制方式简单,实现高频反激变压器的磁芯复位。次级采用双谐振电路,功率密度增大、实现软开关,提高变换器整体效率。对该DC/DC变换器的工作模态进行深入分析,并根据其稳态特性给出主功率电路参数设计方法。最后搭建了 280 W的实验平台进行验证,实验结果表明所提理论分析与设计方法的可行性。

一种双有源桥谐振变换器的研究与设计

以能量双向流动双有源桥(DAB)串联谐振变换器为研究对象,在考虑隔离变压器激磁电感和泄漏电感影响的基础上,建立双有源桥串联谐振变换器的准确等效模型,推导出其稳态工作特性。分析了DAB串联谐振变换器软开关条件和激磁电感最优值选择方法。设计了一种工作在谐振频率处的DAB串联谐振DC/DC变换器,当电压增益M=1时,所有开关在全负载范围内都工作,均能实现ZVS。还分析了负载变化时谐振电压和电流的变化规律。最后给出设计实例,并用SABER仿真软件搭建了实验电路,仿真结果验证了理论分析的有效性。

基于矩阵变压器的全移相双有源全桥直流变换器的电流应力优化方法

针对传统单一移相策略下,双有源全桥(dualactive bridge,DAB)变换器无法真正实现全局最优电感电流应力的问题,提出一种基于矩阵变压器的全移相调制优化算法。全面分析由3个移相自由度组成的6种移相模式对电感电流应力的影响,并结合传输功率的数学模型得出所有电压传输比对应的全局最优解。使用一种低压侧并联高压侧串联的新型矩阵变压器结构,并分析由此结构引入的第4个移相角对优化结果的影响。最后通过直接功率控制将调制优化算法应用到此拓扑中。仿真和实验结果表明,提出的调制优化算法可以使得DAB变换器全局电感电流应力最优,提高工作效率,在轻载时能够实现软开关。