基于脉冲宽度调制控制策略的零电流开关高功率因数AC/DC变换器

目前,对单级功率因素校正电路的研究大多集中在小功率应用领域,为此该文提出一种能够应用于中大功率场合、实现了零电流开关的单级高功率因数AC/DC变换器拓扑。通过在全桥变换器中增加辅助开关实现了PWM控制,它不仅能够在很宽的负载范围内实现零电流开关和功率因数校正,而且解决了全桥谐振电路中。在不采用移相控制的情况下,必须采用PFM控制策略的问题。与2级式功率因数校正电路相比,提高了动态响应的速度、降低了成本,并且开关管的电压应力较低。仿真和实验分析验证了变换器的优越性。

脉冲宽度调制并网变换器电网背景谐波电流的抑制

脉冲宽度调制并网变换器在新能源发电、无功补偿和有源滤波方向得到广泛应用。为滤除并网电流的高频开关纹波,通常采用LCL滤波器。由于网侧电感较小,电网电压谐波在网侧电感和滤波电容中会产生谐波电流——电网背景谐波电流,从而引起并网电流畸变。传统的逆变器侧电流反馈控制对并网电流谐波无抑制能力。在逆变器侧电流控制的基础上,采用全电容电流前馈,可以有效抑制并网电流中的电网背景谐波,但这又会使系统变得不稳定。为此,该文提出了部分电容电流前馈的逆变器侧电流反馈控制方案,在谐波抑制控制器的作用下,针对性地抑制指定次的并网电流谐波,并分析该方案对系统稳定性的影响。另外,提出基于并联二阶广义积分器的电容谐波电流的提取方法。最后,通过实验结果验证了所提方案的有效性。

新型三相电压型准Z源AC-AC变换器

提出一种新型三相准Z源AC-AC变换器的电路拓扑,并对电路的基本工作原理和结构进行了研究分析,对输入电压和输出电压的关系进行了推导。这种电路拓扑使用脉冲宽度调制法进行控制,可以达到改变输出电压的效果。运用MATLAB/Simulink搭建仿真模型,对仿真结果进行分析。最后在仿真模型基础上搭建了实验电路。实验结果验证了电路拓扑的可行性和电路分析的正确性。

直接变换式三相–单相矩阵变换器的电流型解结耦矢量调制策略

为进一步丰富矩阵变换器的调制策略,针对直接变换式三相–单相矩阵变换器拓扑的特点,提出一种新型的电流型解结耦矢量调制策略,即解结耦调制和基于期望的输入电流12扇区划分的电流型空间矢量调制策略相结合的调制策略。所提策略运用解结耦思路以常规的单向可控开关变换器的角度分析和控制双向开关构成的矩阵变换器;通过改进空间矢量的合成顺序,使得矩阵变换器能够实现高频、工频交流脉冲输出与正、负直流输出。仿真和实验结果相一致,均验证所提出的解结耦电流型矢量调制策略的可行性和正确性。

脉冲移位PWM控制ZCS电流型半桥变换器

提出一种改进的电流型零电流半桥电路拓扑。与传统的电流型半桥电路相比,该拓扑电路增加了一个由辅助开关管、二极管以及电容组成的辅助支路,采用脉冲移位PWM控制方法,避免了直流偏磁的产生,使开关占空比在一定范围内可调的情况下实现主功率开关管和辅助开关管的零电流开关(ZCS),同时实现了整流二极管的软换流,使得整流二极管反向电压等于输出电压。在分析该变换器的工作原理基础上,研究了其工作特性,进行了对主开关管实现ZCS条件的讨论和对电流占空比丢失的分析,并且基于Saber仿真软件对该电路进行了仿真验证。结果验证了电路分析的正确性和设计的可行性。

一种谐振型高压侧调制的电流型双向变换器

针对传统电流型变换器存在的关断电压尖峰问题和硬开关现象,提出一种谐振型高压侧调制的电流型双向直流变换器。该变换器通过引入变频控制和高压侧调制策略,可以实现低压侧开关管的自然换流和零电流关断(ZCS),消除了低压侧开关管关断电压尖峰。首先分析电路的正向工作和反向工作模式的工作原理,然后对变换器进行详细的特性分析和设计,最后建立一台400W的样机并进行了测试。实验结果验证了所提电路拓扑及控制策略的优势与可行性。

双向隔离型AC-DC矩阵变换器的双极性SVM调制分析

首先介绍双向隔离型AC-DC矩阵变换器工作原理及能量流动方向的影响因素,然后详细分析双极性电流空间矢量调制方法的实现原理,最后设计了PI直接功率控制器用于调节充电电流。实现了单位功率因数控制和电网电流低谐波失真率,并通过仿真验证了设计的正确性。

基于脉宽调制的电流断续型谐振变换器

该文提出一种基于脉宽调制的电流断续型谐振变换器,并对其进行深入研究。该变换器采用定频脉冲宽度调制控制,其在一次侧桥臂增加了辅助电感和辅助电容,通过调节一次侧桥臂驱动信号的占空比可以改变桥臂中点之间的电压幅值,继而可以调节变换器的电压增益。通过合理的参数设计,变换器的谐振电流工作在断续模式,因此不存在无功电流。同时,该变换器的所有开关管皆可实现软开关,减小了开关损耗。该文首先对变换器的工作原理及开关模态进行分析;然后结合变换器的工作特性,推导变换器的电压转换增益、软开关条件以及断续工作的条件,并且提出一种参数设计方法;最后研制了一台1000W的样机来验证变换器的可行性与理论分析的正确性。

脉冲宽度调制直流变换器的应用

本文详细介绍了Maxim公司脉冲宽度调制直流变换器MAX72 4/ 72 6的原理和应用 ,包括降压变换器、升压变换器、逆向变换器。提供了典型应用电路图、设计公式以及关键事项。

一种考虑中点平衡的ANPC变换器的混合断续脉冲宽度调制策略

对于ANPC(active neutral-point-clamped)变换器,采用断续脉冲宽度调制DPWM(discontinuous pulse width modulation)具有开关损耗小的优点,但也存在中点电位波动较大的问题,为此提出了一种基于切换钳位的混合断续脉冲宽度调制Hybrid DPWM策略,实现DPWM策略下ANPC变换器的中点电位平衡。在单位功率因数下,该方法根据中点电位的高低采用不同钳位方式,并对不同钳位方式下的开关序列进行优化,减小开关次数;在非单位功率因数、高调制比下,该方法根据电荷守恒计算大矢量、中矢量和小矢量作用时间,通过中矢量、小矢量和大矢量的合理分配实现中点电位平衡。同时,2种中点平衡方式在全范围内具有互补性,使开关管在每个开关周期内动作4~6次。最后,对多种调制策略的动稳态性能和中点电位平衡能力等进行了实验对比,验证了所提混合断续脉冲宽度调制策略的有效性。

T型三电平逆变器合成脉冲宽度调制相电流重构策略

针对传统T型三电平逆变器空间矢量脉冲宽度调制单电流传感器相电流重构技术存在不可观测区问题,该文分析T型三电平中点电流采样原理以及中点电流不可观测区的存在机理,提出中点电流单传感器采样合成脉冲宽度调制相电流重构策略,通过在不同区域对不满足最小采样时间要求的可观测电压矢量进行补偿,同时利用合成零矢量原理对补偿矢量进行抵消以满足伏秒平衡原理,消除了不可观测区。最后通过实验验证所提方法的电流重构误差低于2.5%,相电流总谐波畸变率低于3.21%,可为控制系统提供准确的重构相电流。

前缘调制Buck型DC-DC变换器的周期借用数字电流控制

为了解决数字电流控制环路带宽和硬件处理速度之间的矛盾,提出了基于前缘调制Buck型DC-DC变换器的周期借用数字电流控制方法.针对谷值、平均值和峰值电流控制方法分别建立了相应的控制律;分析了它们可能存在的次谐振荡,并提出了相应的解决方案;分析了周期借用数字电流控制变换器的鲁棒性.仿真结果表明,基于前缘调制的周期借用数字电流控制达到了与无拍差电流控制相同的瞬态响应性能,同时更好地匹配了硬件处理速度.

三相PWM变换器电流切换预测控制仿真及实验研究

由于功率开关器件的作用,三相脉冲宽度调制(PWM)变换器呈现典型切换系统特征。相较于广泛使用的变换器线性化建模及控制方法,三相PWM变换器切换系统建模及控制方法能够精确描述变换器工作过程,且具有控制参数少和响应速度快的优势。已有成果存在开关频率不固定和需求高采样频率的问题。针对上述问题,提出一种三相PWM变换器电流切换预测控制方法。所提方法降低了系统采样频率需求并实现了变换器定频切换控制。仿真和实验结果证明了所提方法的有效性。

新型并联交错型多电平变换器的桥臂统一脉宽调制策略

并联交错型变换器(parallel interleaved multilevel converter,PIMC)是在多变换器并联结构基础上发展而来的新型大功率变换拓扑。目前,PIMC通常采用耦合式桥臂电感以便于均衡各桥臂电流,对电感设计的要求高且扩展性较差,因此考虑采用分立式桥臂电感,但现有调制策略存在难以均衡桥臂电流、算法实现较为复杂等问题。针对这些问题,推导PIMC各桥臂输出电流变化量与桥臂开关函数的动态表达式,进而从保证电流动态平衡的角度出发,提出易于实现的桥臂输出电流排序均衡方法,并结合其实现方式设计了桥臂统一脉宽调制策略。该策略能够有效控制PIMC各桥臂输出电流均衡,在占用较少控制器资源的情况下获得良好的输出谐波特性,易于向任意电平数扩展。最后,基于大功率MATLAB/Simulink仿真及小功率平台实验结果,详细分析了PIMC的内、外部特性,验证所提调制策略的正确性和有效性。

基于脉冲源单元的单一次绕组隔离型多输入变换器

随着新能源的开发和利用,多输入直流变换器(MIC)以其电路结构简单、元器件数量少而越来越受到关注。在分析单输入与多输入变换器基本结构的基础上,本文将脉冲电压源或脉冲电流源进行串并联组合,并直接替代单输入隔离型变换器的直流输入源,进而推导出一族单一次绕组MIC电路拓扑。该MIC的变压器只有一个一次绕组,因此结构简单,容易设计和制造。同时,在该类MIC中,开关器件电压应力低,各输入源可同时或分时向负载提供能量。本文详细阐述单一次绕组MIC的拓扑生成方法、控制方式和特点,并以单一次绕组双输入Flyback变换器为例,分析其工作原理和控制策略,最后通过原理样机进行实验验证。

考虑不同调制策略的间接矩阵变换器输入电流谐波特性分析

为明确间接矩阵变换器(IMC)的输入电流谐波特性,进而抑制其输入谐波以改善网侧电能质量,利用变换器传递函数建立输入电流数学模型,确定其谐波组成,同时通过引入脉冲重心思想,综合考虑不同脉宽调制策略下脉冲幅值、宽度以及分布位置等特征,进一步分析明确输入电流谐波的主要频率成分及其含量。此外,在理论分析过程中发现了降低谐波频率成分的脉宽分布规律,即输出电压矢量脉宽比例对称分布。仿真和实验结果表明,根据所发现的脉宽比例对称分布原则,在采用双空间矢量调制(SVM)策略和两段式脉宽调制(PWM)策略时,输入电流中均主要含有输入频率的6n±1倍次谐波,而与输出频率无关。仿真和实验中测得的各次谐波含量符合理论分析结果,且随频率提高而衰减,证明了理论分析的有效性和正确性。

基于调制电压椭圆轨迹优化的单相脉冲整流器模型预测电流控制

该文首先建立单相两电平脉冲宽度调制整流器数学模型,分析传统基于比例积分（proportional-integral,PI）控制器直接电流控制（direct current control,DCC）的工作原理,揭示其调制电压矢量端点在dq坐标系下的椭圆轨迹,在此基础上,提出一种基于调制电压椭圆轨迹优化的模型预测电流控制（model predictive current control,MPCC）算法。与传统基于PI控制器DCC算法相比,该算法利用评价函数预测最优椭圆半径,提高了内环动态响应速度及控制精度。然后,定量分析电感参数不匹配时预测电流与其参考值之间的关系,给出一种电感参数在线识别算法。最后,对传统有限集模型预测电流控制、基于PI控制器DCC和所提MPCC算法分别进行实验对比研究。实验对比分析结果证明了所提算法的正确性与有效性。

新型电流型双向功率流准Z源直流变换器

为了提高直流电压变换器的稳定性和可靠性,针对传统Buck/Boost电路理论和实际应用上的缺陷,提出了一种电流型双向功率流准Z源直流变换器。这种新型变换器体积小、重量轻,具有电压增益高、输出电压稳定的优势,且在保留了升压、降压功能的同时,还可以实现功率流的双向传输,符合当今直流变换器向功能全面方向发展的趋势。采用脉冲宽度调制的方法,控制IGBT/Diode开关的导通时间,利用Matlab/Simulink仿真和实验电路的实验结果证实了这种新型变换器的合理性。

用于电火花加工的两级式电流型变换器研究

脉冲电源是电火花加工系统中重要的组成部分之一 ,其性能直接影响电加工的工艺指标。与一般电源比较而言 ,它是按一定规律周期性地向负载提供所需的电功率 ,工作过程中存在着很强的扰动性。本文分析了无阻电流型电火花脉冲电源变换器的工作原理 ,提出了一种新型两级式结构的无阻电流型电火花脉冲电源变换器的电路拓扑和控制方案 ,给出了脉冲发生电路和输出过压保护电路的设计方法。制作了输出电流为 2 0 A的原理样机 ,通过实验波形分析 ,验证了电路拓扑和控制方法的正确性 。

一种新型零电流开关PWM电流源型半桥变换器

由于电流源型半桥变换器(Current-Fed Half-Bridge Converter,简称CFHB)中存在变压器漏感,引起了开关管关断电压尖峰。为解决这一问题,提出了一种新的零电流开关脉宽调制(Zero Current Switching Pulse Width Modulationh,简称ZCS PWM)CFHB变换器,以有效地消除主功率管的电压尖峰。详细分析了这种新型变换器的工作原理和特性,并在一个28V输入270V输出的600W原理样机上进行验证,最后给出试验结果。