固态变压器中隔离双向DC/DC变换器扩展移相下虚拟电流控制策略

该文以固态变压器后级隔离双向DC/DC变换器为重点研究对象,提出一种扩展移相下虚拟电流控制策略。通过分析后级变换器在扩展移相传输功率下相移量关系以获得最小电流应力最优解来提高变换器的传输效率,减少器件损耗。同时通过虚拟电流控制思想在线估算传输功率来提高系统动态响应性能,减少电流传感器使用。最后,对该文所提出的扩展移相下虚拟电流控制与扩展移相控制进行实验对比分析,验证了扩展移相下虚拟电流控制策略具有降低电流应力,显著提高变换器的动态响应的优点。

基于扩展移相的ISOP-DAB变换器混合优化控制方法

输入串联输出并联-双有源电桥(ISOP-DAB)变换器多应用于大功率高电压场合,为降低ISOP-DAB变换器的电流应力并提高系统的动态性能,本文提出一种基于扩展移相调制混合优化控制方法。首先分析在扩展移相下变换器的工作模式和功率模型,通过拉格朗日优化算法获取电流应力最优的相移组合,并结合虚拟电压均衡控制方案,以应对负载突变或输入电压扰动状态,同时结合变换器的结构特征使用输入电压均值完成模块间功率的动态平衡。最后,将混合优化控制方法、基于单移相的虚拟功率控制和传统的扩展移相优化控制进行对比实验。实验结果证明了混合优化控制在功率均分的同时可以实现电流应力优化,提高能量传输效率,同时也显著地改善了变换器在扰动情况下的动态特性。

基于双重移相控制的双向全桥DC-DC变换器最小回流功率分段优化控制

双向全桥DC-DC变换器以其重量轻、高功率密度、能量双向流动等优点成为直流微电网中不可或缺的一部分。但双向全桥DC-DC变换器在传统的单重移相控制下存在回流功率和电流应力等问题,尤其当输入电压和输出电压不匹配时,回流功率和电流应力会显著增加。针对输入电压和输出电压不匹配的情况,该文提出了一种双向全桥DC-DC变换器在双重移相下的最小回流功率控制策略。该控制策略通过对回流功率进行分段优化,得到了变换器在不同传输功率范围下的最优移相角。通过将所提控制策略和传统的双重移相控制进行对比分析,发现该文所提控制策略具有更小的回流功率和电流应力,提升了变换器的效率。最后基于所提控制策略搭建了实验样机,实验结果验证了控制策略的正确性和有效性。

结合电流应力优化与虚拟电压补偿的双有源桥DC-DC变换器三重移相优化控制

为了同时减小双有源桥(DAB)DC-DC变换器的电流应力和提高动态响应速度,该文在建立三重移相下六种模式的传输功率、电流应力等工作特性模型的基础上,提出一种基于三重移相的结合电流应力优化与虚拟电压补偿的控制方法。该方法由电流应力最优移相角模型和虚拟电压补偿方法构成,通过KKT条件获取电流应力最优的移相角模型,结合虚拟电压补偿方案估算传输功率值以提高负载突变及输入电压扰动时的动态响应速度。该方法在保证电流应力优化的同时,能够实现快速的动态响应,并且参数易于调节,可移植性好。最后,搭建了一台小功率样机进行三种方案的对比实验,验证了该文控制方法的正确性及优越性。

新扩展移相角下的双有源桥DC-DC变换器优化控制策略

为提高双有源桥(dual active bridge,DAB)DC-DC变换器的效率,降低其控制复杂度,提出一种基于扩展移相控制的最小电流应力闭环优化控制策略。首先,依据两侧全桥输出电压间的相位关系和桥内移相角的大小,重新定义新的移相比,以确保移相比与传输功率的正相关性;接着,基于开关管的通断顺序,对DAB的进行工作模态的划分,并择优选出两种作为其实际工作模态;然后,利用Karush-KuhnTucker条件法实现在软开关条件下全功率段的电流应力优化,并与新的移相比相结合设计出一种更为简洁的闭环优化控制策略;最后,搭建DAB仿真模型及实验样机进行验证,结果表明:所提控制策略不但具有控制简单、易实现的特点,同时能在全功率范围内实现最小电流应力控制和开关管的软开关特性。

基于扩展移相控制的高频DAB变换器ZVS控制方法

双有源桥(Dual Active Bridge,DAB)在需要高效能量双向流动的工作场景有广泛的应用。在高开关频率工作时,变换器开关器件结电容充放电时间无法忽略,导致扩展移相控制下DAB零电压开通(Zero Voltage Switching,ZVS)范围断续。通过分析扩展移相控制下双有源桥DC-DC变换器工作模态,建立高开关频率工况下DAB变换器数学模型,提出一种利用磁化电流扩宽ZVS范围的方法。在此基础上,结合电感电流应力优化算法,提出一种适用于高频工况应用的电流应力优化下的软开关控制策略。采用该控制策略,可以有效减小导通损耗,消除开关损耗,显著提升高开关频率下的变换器效率。搭建400 kHz实验样机,验证控制策略有效性。

基于负载电流的自适应脉冲序列控制移相全桥变换器

针对脉冲序列控制移相全桥DC-DC变换器输出电压纹波大、负载范围小的问题,提出了一种基于负载电流的自适应脉冲序列控制技术。在每一个开关周期,通过采样负载电流产生两组预设电流值,并由电压外环选择预设电流值,再由电感电流内环控制有效占空比,实现对移相全桥DC-DC变换器的控制。分析了自适应脉冲序列控制移相全桥变换器的工作过程和控制原理,研究了不同负载时自适应脉冲序列控制移相全桥变换器的参数设计和输出电压特性。与传统脉冲序列控制和峰值电流控制相比,自适应脉冲序列控制优化了变换器的输出电压纹波,增大了负载范围,极大地提高了瞬态响应速度。最后,通过搭建额定输出电压电流为28 V/4 A的实验样机,验证所提出控制策略的可行性。

双重移相控制下的双向全桥DC-DC变换器最小电流应力分段优化控制

为了减小双向全桥(dual-active-bridge,DAB)DC-DC变换器的电流应力,提升变换器的效率,提出了一种DAB变换器在双重移相控制下的电流应力分段优化控制策略。该策略首先分析了DAB变换器的结构及其功率特性,推导得到了电流应力与传输功率、移相角之间的关系。然后针对输入输出电压不匹配的情况,对DAB变换器的电流应力进行了分段优化,通过将传输功率分段得到了DAB变换器在不同传输功率范围下的最优移相角。将所提控制策略与传统双重移相控制策略对比分析,发现所提控制策略具有更小的电流应力和回流功率,减少了变换器的导通损耗,提升了变换器的效率。当负载发生突变时,DAB变换器的动态性能得到了大幅提升。最后基于所提控制策略搭建了实验样机,实验结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。

混合双有源桥变换器扩展移相控制方法研究

为解决变换器在升压模式时存在电流应力偏大的问题,基于梯度法构造电流应力和功率约束条件的方程组,得到可优化电流应力的扩展移相占空比组合;此外,考虑到移相角的突变会严重影响变换器的动态响应,通过改进移相角动态调整策略使变换器能够快速并稳定地过渡到新的稳定状态,抑制了直流偏磁,使其动态特性得到改善。最后,搭建实验平台进行验证,与单移相(SPS)控制和传统扩展移相(C-EPS)控制对比,证实了该方案的可行性。

基于谐振电压腔中点采样的预测电流移相控制策略

为了提高移相DC/DC变换器的动态响应和稳定性以及消除变换器直流偏磁,提出了一种基于谐振电压腔中点采样的预测电流移相控制。首先,分析变换器的开关模态,得到每个模态下的电感电流斜率。然后,在三角载波的零值和中值处对电感电流进行采样,通过理论分析,得到移相角的预测表达式。进一步分析电感参数对预测电流移相控制的影响,引入了递推最小二乘法,用以消除电感参数的影响。最后,针对所提控制策略进行了仿真实验,结果验证了所提控制方法的有效性,提高了移向DC/DC变换器的动态响应和稳定性,并解决了变换器的直流偏磁问题。

基于扩张状态观测器的移相全桥变换器无模型预测电流控制

针对移相全桥变换器易受到外部扰动导致控制性能下降的问题,提出一种基于扩张状态观测器的移相全桥变换器无模型预测电流控制策略(ESO-MFPCC)。建立变换器不依赖系统参数的超局部模型,替代原有复杂精确模型;设计扩张状态观测器估计超局部模型中的干扰部分,引入占空比补偿环节,削弱换流过程中产生的固有占空比丢失影响,提升系统的控制精度;离散化系统预测模型,结合无差拍控制策略,输出最优等效占空比。实验结果表明,该控制策略具有良好的鲁棒性和动态性能。

基于扩展移相的双向全桥DC-DC变换器虚拟惯性控制策略

在直流微电网中,由于受功率波动和负荷突然投切的影响,直流母线电压容易波动。为维持直流母线电压稳定,提出一种双向全桥DC-DC变换器的虚拟惯性控制方法。双向DC-DC变换器在采用扩展移相方法的基础上增加虚拟惯性环节,通过增加一阶滤波器提高系统惯性功率基准,当直流微电网中功率发生波动时,储能单元将提供惯性功率支持。最后,通过Matlab/Simulink搭建仿真模型,仿真结果验证了所提控制策略的有效性与可行性,有效抑制了直流母线电压的波动。

基于双重移相的双向有源全桥DC-DC变换器优化控制策略

针对双向有源全桥变换器存在回流功率过大、开关器件硬开通损耗以及动态响应速度较差等问题,文中基于双重移相控制提出一种虚拟直接功率的回流功率优化方法。通过对双重移相控制下的工作原理及工作特性进行分析,推导出零电压开关软开关边界,并以软开关为约束条件,利用KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件优化算法得到全功率范围内的回流功率优化方案。该方案与所提虚拟直接功率法相结合并同时作用,当运行状态发生变化后,系统不仅可以有效减小变换器的回流功率,而且也能够增强变换器的动态响应速度。最后搭建MATLAB/Simulink仿真模型以及小功率变换器实验样机,通过不同控制策略下的对比实验,验证了该策略的正确性以及优越性。

双向全桥DC-DC变换器基于电感电流应力的双重移相优化控制

通过分析双向全桥DC-DC变换器采用单移相和双重移相控制的工作原理,推导出了两种控制方式下变换器电感电流应力与传输功率、输入与输出电压调节比及移相角比之间的数学关系。为了有效降低变换器电流应力,针对不同的传输功率及电压调节比,通过寻优求得使电感电流应力达到最小的最优移相角。据此提出一种双向全桥DC-DC变换器双重移相优化控制策略,在实现输出电压闭环控制的同时使变换器电流应力达到最小。采用该优化控制策略,双重移相控制的电流应力始终小于单移相控制,并且当变换器工作在轻载且电压调节比较大时,该优化控制策略的优势更加突出。搭建了实验样机,对理论分析进行了验证,并与传统单移相控制进行了对比。实验结果验证了所提出最优控制策略的有效性与可行性。

基于双重移相控制的双有源DC-DC变换器的最优电流控制

针对双有源dc-dc变换器采用传统单移相控制时存在环流功率以及电压不匹配时电流应力过大的缺点,双重移相控制备受青睐。本文首先分析了双重移相控制的所有模态、并以其中一种模态为例分析了双重移相控制的工作原理,分别分析推导得出单移相和双重移相控制方式下双有源dc-dc变换器的传输功率和电流应力。在此基础上,分析推导了双重移相控制所有模态下电流应力最小的条件以及最优电流控制原理和实现方案,使双有源dc-dc变换器工作在电流应力最小状态,提高了效率。最后通过实验验证了最优电流控制正确性和优越性。

基于扩展移相控制下双有源桥移相角优化选取与分析

双有源桥(DAB)采用扩展移相(EPS)控制时,在同一传输功率下存在移相角的多种不确定组合。合适的移相角选取不仅是确保DAB满足功率传输要求的前提,同时也是降低回流功率、减小电流应力的重要保障。基于此,首先,提出了一种EPS控制下的DAB移相角优化选取方法,所建立的传输功率表达式可以降低传输功率特性的分析难度和计算复杂度;其次,在综合考虑回流功率与电流应力优化的前提下,可以进一步明确移相角的选取范围;最后,仿真与实验验证了理论分析的正确性。

双重移相控制的双主动全桥变换器全局电流应力分析及优化控制策略

为了减小双主动全桥(DAB)变换器的功率损耗,考虑全局范围内不同传输功率及输入输出电压调节比,提出一种双重移相电流应力优化控制策略,通过分段优化两侧全桥内移相角和桥间外移相角,保证变换器全局范围内电流应力最优。首先对比分析传统单移相、扩展移相和双重移相传输功率特性,得出双重移相功率传输范围及灵活性优势明显,进一步建立双重移相控制所有运行模态的电感电流应力与电压调节比、传输功率及移相角之间的数学关系。在此基础上,推导得出所有模态下变换器工作在最优电流应力状态的移相角条件,并研究优化控制策略的实现方案。搭建5kW实验样机,进行全功率范围内应力与效率对比实验,实验结果验证了所提控制策略的可行性和优越性。

平均电流控制型移相全桥DC-DC变换器输出阻抗及控制环路优化设计

级联式变换器广泛应用于分布式发电系统中,为了保证各级变换器自身以及系统集成后变换器的动态和稳态特性,各级变换器的输入输出阻抗及控制环路的设计需要统一考虑。移相全桥DC-DC变换器作为Buck变换器的一种,广泛应用在高频、大功率场合,且相比较电压型控制方法,平均电流型控制可以使变换器获得更好的动态和稳态特性。本文以平均电流控制型移相全桥DC-DC变换器为例,揭示了该型变换器闭环输出阻抗与控制环路参数的相互关系,讨论了电流电压环路补偿网络的参数设计依据,在确保单级变换器本身的动态和稳态特性前提下,通过约束前级DC-DC变换器闭环输出阻抗尖峰,从而保证系统集成后稳定可靠工作。系统仿真与实验结果表明了理论分析的正确性。

应用逆阻型IGBT的移相控制电流型全桥零电流开关DC/DC变换器

介绍了一种使用新型的逆阻型IGBT(RB-IGBT)的电流型移相控制的全桥ZCSDC/DC变换器。介绍了逆阻型IGBT结构和特点,和普通IGBT不同,此新型IGBT具有双向阻断能力,适用于电流型电路。在该文所提到的电路中,通过引入谐振元件和利用电路中原有的寄生参数如变压器漏感,同时加入开关管的开关重叠时间,可以使得IGBT获得零电流关断条件,消除由于IGBT关断时候拖尾电流造成的关断损耗。该文分析了变换器的工作原理以及零电流关断条件,最后通过一个4kW实验装置的实验结构验证了前面的分析。