全占空比范围电容串接式交错并联Boost变换器均流策略研究

针对电容串接式交错并联Boost变换器全占空比范围内不均流现象,提出不对称占空比的均流控制策略。基于电容电荷平衡原理,调整中间储能电容充电时间与放电时间的比例,使得电感电流大小随之改变,从而实现两相电感电流均分。从变换器的工作原理入手,阐述全占空比范围不均流现象的机理,详细推导不对称占空比均流控制策略的实现过程,分析该策略下变换器的工作原理和工作特性。该均流策略实现简单,无需额外增加电流传感器,仅需改变其中一相电流的占空比,就能实现变换器在全占空比区域内的电流共享,且保持电路的倍压特性。最后,设计了一台功率为100W的样机,对理论分析进行验证。

基于不对称规则法SPWM矩阵式变换器研究

本文把不对称规则采样SPWM法应用于三相AC/AC矩阵式变换器。详细推导出了应用不对称规则采样SPWM法三相AC/AC矩阵式变换器各种条件下的开关组合、各开关组合的通断时序和通断时间计算公式。并在把结论应用于三相交流电机进行了仿真实验,通过对仿真结果的分析,证明了把不对称规则采样法SPWM调制应用于三相AC/AC矩阵式变换器是可行的,应用本文的推导结论可生成相位、幅值、频率均可调的三相SPWM调制波。

不对称规则采样法SPWM矩阵式变换器

通过对三相矩阵式AC-AC拓扑结构变换电路的分析,把AC-AC九开关式矩阵式变换器等效为虚拟“整流”和“逆变”2部分;分析了不对称规则采样法正弦脉冲宽度调制SPWM(Sine Pulse Width Modulation)波生成原理,并把不对称规则采样法SPWM调制应用于三相AC-AC矩阵式变换器。在理论上对这种变换电路推导出了各种条件下的开关组合、各开关组合的通断时序和通断时间计算公式。使用Matlab/Simulink对结论进行了仿真,证明了把不对称规则采样法SPWM调制应用于三相AC-AC矩阵式变换器是可行的,应用推导结论可根据需要在矩阵式变换器上生成相位、幅值、频率均可调的三相SPWM调制波。

一种交错并联对称Boost变换器

本文提出一种交错并联对称Boost变换器,该变换器结构简单,在传统的交错并联Boost变换器基础上加入开关电容,使得变换器的输入/输出电压变换比提高了1倍,同时开关器件的电压应力降低为输出电压的一半。由电路的交错并联结构得出3种不同占空比模式,通过分析不同占空比模式提出了等占空比与不等占空比模式混合的控制方法。采用混合闭环控制方法输出占空比避免了启动时输出电压的超调,与传统单闭环控制方法相比,混合闭环控制的输出电压波动减小93.3%。通过仿真比较验证了理论分析的正确性,这种新型的Boost变换器非常适用于需要大变换比以及负载容易发生变化的场合。

一种双不对称升压倍增单元的耦合电感Boost变换器

为了满足光伏发电并网系统对DC/DC变换器的要求和解决耦合电感变换器的电压尖峰,提出一种无电压尖峰的高升压Boost。该变换器有如下特点:采用两组不对称倍压单元,提高了变换器的升压能力,同时又消除了耦合电感二次侧绕组因续流引起的高突变电压;采用不对称倍压单元中的电容与二极管构成无源无损钳位电路,避免额外增加钳位电路,降低了成本;漏感的能量得到吸收,提高了变换器的效率;同时,降低了开关管和输出二极管的电压应力,降低了变换器对器件的要求。详细分析了变换器的工作原理,并给出了关键性的公式推到和设计依据。最后,搭建了一台200 W的试验样机,实验验证了理论的正确性,满足了电网的需求。

一种交错式新型多输入高增益Boost变换器

由于传统Boost电路只能对单一输入源实施变换,且有升压能力不足、开关器件电压应力高的缺陷,难以满足光伏发电系统前端发电单元模块多、电池输出电压低的实际需求。通过电路拓扑推演,以传统Boost电路为基底,运用交错式控制技术,提出了一种新型的可适用于光伏发电系统前端的多路输入高增益Boost变换器。基于该变换器电路,对2路输入的变换器开展了原理分析与性能分析,并将分析结果推广至多路输入,揭示了变换器提高电压增益、实现多路输入源变换的机理。为验证理论分析的正确性,搭建了一个3路输入的变换器电路实验系统,结果表明,较之传统Boost电路,所提变换器具有电压升压比高、开关器件电压应力低、可实现多输入联合供电的特点.

全桥Boost型多输入直流变换器

提出全桥Boost型多输入直流变换器电路拓扑及主从式功率分配和电压电流瞬时值反馈移相控制策略,并对该变换器的电路拓扑、控制策略、稳态原理特性、关键电路参数设计准则等进行深入地分析研究。全桥Boost型多输入直流变换器,是通过高频变压器磁通叠加法将多个全桥Boost型单输入直流变换器在输出端进行电流叠加;主从式功率分配策略,是指n?1路输入源功率固定和1路输入源补充负载所需的不足功率。理论分析和仿真结果表明,该变换器具有电路拓扑简洁、多路输入源可同时或分时供电、功率密度高、输出电压稳定等优点,为实现太阳能、风能、氢能等多种可再生能源联合供电奠定了关键技术基础。原理试验证实了所提出电路拓扑和控制策略的正确性与可行性。

全桥Boost型高频环节DC-AC变换器

在全桥Boost型高频环节AC-AC变换器基础上,提出将输入周波变换器变为高频逆变器,并且在输出负载与输入电源之间联接高频电气隔离反激式变换器能量回馈电路,实现全桥Boost型高频环节DC-AC变换。该变换器是由输入滤波电路、储能电感、高频逆变器、高频变压器、周波变换器、输出滤波电路依序级联构成,深入分析了其控制策略与稳态特性,并给出了关键电路参数与仿真结果。这种变换器适用于要求输入电流纹波小、负载短路时可靠性高、输出容量大、体积和重量小的逆变场合。

自耦式Boost DC/DC变换

提出了一种自耦式Boost变换电路,并进行了理论分析和实验研究。

升压式变换器简介

介绍两种基本的升压式变换器的工作原理,在此基础上进一步分析如何进行磁性元件的参数设计。

一种新型双管正-反激直流变换器

该文提出一种对称式RCD箝位的倍流整流双管正-反激型直流变换器。它采用两个RCD电路交错箝位的结构,克服了传统双管正激型变换器占空比D<0.5的缺点。在继承单管有源箝位正-反激型变换器的宽范围输入、高效率优点的同时,将主开关管电压应力降低为原来的一半。改进的RCD箝位结构是一种轻微耗散型箝位电路,大幅提高传统RCD型电路磁复位效率。该文详细分析了变换器稳态工作特性以及关键参数的设计,通过一个200V^400V输入、10V/15A输出的样机验证了该拓扑工作原理和特点。

一种新型正-反激变换器的研究

在传统对称式电阻、电容、二极管RCD(resistance capacitance diode)箝位正激变换器基础上,通过引入中间电容和用开关管代替副边的一个二极管,提出了一种具有正反激功能的新型变换器。该变换器在继承传统对称式RCD箝位正-反激变换器的高效率、占空比可大于0.5和低开关管电压应力优点的同时,进一步拓宽输入电压变化范围和提高输出电压增益。首先分析了变换器工作于激磁电流连续导电模式MCCM(magnetizing current continuous mode)的工作过程,详细分析了MCCM和激磁电流断续导电模式MDCM(magnetizing current discontinuous mode)2种模式下的宽范围和增益特性以及原/副边开关管实现零电压转换ZVS(zero voltage switch)的条件;然后确立了在一定漏电感功率下箝位电阻值与箝位电容电压之间的函数关系曲线,并以此作为选取箝位电阻参考。最后,通过一台实验样机验证了理论分析的正确性。

基于SiC和Si器件的燃料电池汽车DC-DC变换器的性能

为实现燃料电池汽车输出电压、功率的调节与控制,采用了一种交错式双Boost电路的大功率直流-直流(DC-DC)变换器,其中应用了Si和SiC功率器件。基于电路损耗计算和效率仿真手段,对比分析了全SiC[金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件、SiC二极管]、SiC MOSFET和Si二极管的混合器件和全硅Si[绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件、Si二极管]的变换器在电路损耗。结果表明:Si IGBT的开通和关断损耗约是SiC MOSFET的3倍和10倍,在不同工况下,全SiC变换器的转换效率比全Si变换器高1%~3.1%。因而,SiC功率器件在大功率DC-DC变换器的应用中,能够提高功率密度、可靠性和动力系统工作效率。

单相两级有源功率因数校正变换器的研究

文中对两级有源功率因数校正变换器进行研究,设计了一台510W两级式开关电源。该电源前级采用平均电流控制的Boost型PFC电路,实现功率因数校正;后级采用不对称半桥型DC/DC变换器,实现开关管的零电压开关。控制电路采用PFC/PWM复合控制芯片ML4824,缩小电源体积。通过实验证实该开关电源具有高功率因数与高效率的特点。

一种新型两级APFC变换器设计

针对传统的两级APFC采用两套控制电路和多个功率开关管增加电路复杂程度及成本的问题,该文采用PFC/PWM复合控制芯片ML4824作为控制核心,并设计了一台160W单相两级式功率因数校正装置。分析了基于平均电流控制的单相两级有源功率因数校正电路的基本原理,提出了以ML4824为核心的单相两级有源功率因数校正装置的设计方法。实验结果证实了该装置的可行性和实用性。

非对称交错式PFC的控制策略研究

分析了交错式PFC控制算法的基本原理及两相交错式PFC的优势，建立了非对称两相交错式PFC的仿真模型，并得到其仿真电压电流波形，针对仿真模型中由于元器件差异导致两相电流不相等的情况，提出了一种电流补偿控制策略。仿真结果表明补偿后的两相电流相等且输出电压稳定。

小型直驱式永磁同步发电机最大功率跟踪研究

根据最大功率点跟踪的基本原理及常用风力发电控制系统的特点,详细分析了风机功率曲线与Boost变换器占空比之间的关系,指出了固定步长扰动占空比法追踪最大功率时的缺点,提出一种梯度式变步长扰动占空比法。在Matlab环境下,建立了基于Boost变换器的离网小型永磁直驱式风力发电模型。仿真结果表明,梯度式占空比扰动法能够快速有效地追踪到最大功率,且具有很好的动态特性和稳态特性。

双级式光伏发电虚拟惯量控制策略

大规模光伏发电并网挤占了具有转动惯量的同步发电机组空间,导致惯量减小与调频能力不足的问题,迫切需要光伏发电主动参与电网频率调节。以双级式光伏发电为研究对象,在研究基于锁相环动态的常规虚拟惯量控制的同时,提出基于低压直流电容动态的虚拟惯量控制和基于高压直流电容动态的虚拟惯量控制,并分析控制参数对虚拟惯量控制的影响。研究结果表明:①对于常规虚拟惯量控制,锁相环控制带宽越小,频率跌落过程中光伏发电可提供支撑的功率越多;②对于低压直流电容动态的虚拟惯量控制,由于电压环中引入电网频率—低压侧直流电压(f-U_(PV))补偿环节,低压直流电压的改变不仅影响频率的暂态过程,还影响频率的稳态偏差;③对于高压直流电容动态的虚拟惯量控制,减小Boost变换器的电压环积分系数,减缓直流电压的动态过程,频率跌落过程中光伏发电可提供支撑的功率越多。

基于非对称模糊策略的光伏发电最大功率点跟踪研究

针对光伏发电系统最大功率跟踪问题,根据光伏电池最大功率点两侧具有非对称性的特点,提出了一种基于非对称模糊控制的最大功率点跟踪策略,该智能策略有效地克服光伏电池的非线性和时滞性。通过对Boost变换器占空比的调节,整个系统能迅速地感知外界环境的变化,有效解决了跟踪快速性和跟踪精度之间的矛盾。

双级式光伏发电主动参与电网频率调节

为解决大规模光伏发电并网带来系统调频能力不足的问题,提出了双级式光伏发电有功功率-频率下垂控制和虚拟惯量控制,通过修改Boost变换器或网侧逆变器原有的控制结构来实现光伏发电主动参与电网频率调节。并分析虚拟惯性时间常数、锁相环控制带宽对虚拟惯量控制的影响。基于光伏发电的有功功率-相位运动模型、同步发电机组的频率响应模型来分析光伏发电的虚拟惯量特性及其对系统频率动态特性的影响。仿真结果表明:Boost变换器和网侧逆变器均可按照设定的下垂曲线来控制光伏阵列增发或减少一定量的有功功率,抑制电网频率跌落或升高;虚拟惯性时间常数越大或锁相环控制带宽越小,光伏发电的虚拟惯量越大,频率动态过程中可提供支撑的功率越多。