电除尘高压电源LCC变换器电流断续模式分析

为了克服串联谐振、并联谐振及LCC串并联谐振连续模式应用于高压大功率静电除尘电源方面的不足,采用LCC串并联电流断续模式进行设计。基于断续电流模式下的电路模型,采用时域状态法对串并联谐振变换器工作方式进行分析和数学描述,推导得出了变换器特性解析表达式,探讨了串并联电容比值对变换器输出电压的影响,深入研究了电流断续电流模式下变换器的电压增益以及效率特性。结果表明:电流断续工作模式实现了开关管的全时零电流开通及零电流/零电压关断;增加串并联电容的比值m,可以增大输出电压,但会降低效率;在一定的范围内增大开关频率可增大电压基准增益进而提高效率。仿真及样机实验表明:所做理论分析正确,将采用电流断续工作模式的LCC变换器在应用于电除尘高压大功率电源可行。

电流断续模式Boost功率因数校正变换器的变占空比控制

DCM Boost PFC变换器具有开关管零电流开通、二极管无反向恢复和开关频率恒定等优点,但是当在半个输入周期内占空比恒定时,其输入功率因数较低。本文推导了DCM Boost PFC变换器的输入电流和PF值的表达式,并提出一种变占空比控制的方法,可以在全输入电压范围内将PF值提高到接近于1。为了简化电路实现,本文进一步给出一种拟合占空比的方法。与定占空比控制相比,所提出的变占空比控制方法还具有输出电压纹波小和效率高等优点。实验结果验证了理论分析的正确性。

一种变占空比控制电流断续模式Boost功率因数校正变换器的仿真研究

电感电流断续模式Boost功率因数校正变换器已广泛应用于各类电力电子装置中。为进一步提高变换器的输入功率因数、减小谐波污染,设计了一种基于平均电流的变占空比控制的电流断续模式Boost功率因数变换器。通过研究恒定占空比控制的变换器基本原理,推导出一种变占空比控制的方式,设计了合理的电路参数并搭建了仿真电路模型。仿真结果证明,该变占空比控制的方法能提高变换器的输入功率因数,减小谐波畸变。

电感电流断续模式LCC谐振变换器基于模式分界图的优化设计

LCC谐振变换器工作于谐振电感电流断续模式(discontinuous current mode,DCM)能够实现开关管的零电流开关,因而适用于以IGBT作为开关器件的大功率供电场合。现有文献针对该变换器参数的设计方法通常需要反复试凑,而且设计过程主要优化的是变换器的满载效率,并没有考虑全负载范围。为了解决这些问题,该文提出一种基于变换器模式分界图的设计方法。针对DCM模式的LCC谐振变换器,这种设计方法不需反复试凑,设计得到的参数能够使得在全负载范围内谐振回路环流相对较小,变换器效率较高。论文最后以两台输出均为5 kW/50 V,但变换器参数不同的样机进行了对比实验,验证了该设计方法的正确性。

并联谐振变流器电流断续模式的应用

针对高压高频大功率应用场合高压变压器寄生参数对变流器工作过程的重要影响,变流器采用了谐振式工作方式,利用高压变压器的漏感和寄生电容组成了并联谐振网络.为了减小高频大功率条件下功率器件的开关损耗,采用断续电流模式,实现了功率器件的零电流开通和零电压零电流关断.通过对容性滤波并联谐振变流器断续电流模式的分析和数学描述,推导得到了变流器特性的解析表达式,详细分析了变流器的稳压和调压特性,分析结果为高压高频大功率应用场合变流器的设计提供了理论依据.构建了一台50kV/22kW的实验样机,通过实验验证了理论分析的正确性.

电流断续模式Boost PFC峰值电流控制

峰值电流控制是Boost PFC(升压功率因数校正)变换器常用的一种控制方式,但大多用于电流连续模式(CCM)。电流断续模式(DCM)使用正弦峰值拟合曲线时,存在电流的平均值曲线不能为正弦、功率因数(PF)较低问题。为此,文章通过推算DCM模式下的电流特性,修正了峰值拟合曲线;使用该峰值曲线进行控制,不仅可提高功率因数,而且在一定程度上构成了对电感电流的闭环控制,提高了电路的可靠性。PSIM仿真和样机实验结果证明了该方法的有效性。

直流侧电流断续时不控整流器的动态大信号数学模型建立与验证

通过将带LC滤波的桥式不控整流器近似为定直流脉波周期、定导电角的可控整流器与占空比极小的Boost斩波器级联的系统,提出直流侧电流断续模式(discontinuous current mode,DCM)下不控整流器的一种大信号建模方法,并运用开关函数和谐波平衡原理,分别建立单相、三相桥式不控整流器DCM下的大信号数学模型,该模型具有非线性常微分代数方程组形式。通过与仿真模型进行对比,证明所常微分代数方程组形式。通过与仿真模型进行对比,证明所提出的建模方法是可行的,所建立的大信号数学模型能有效反映不控整流器源侧及负载侧的大扰动特性,且模型维数越高,计算结果越精确。

直流侧电流断续时不控整流器的动态小信号数学模型建立与验证

为解决直流侧电流断续模式(discontinuous current mode,DCM)下不控整流器因扰动过程中直流脉波周期、导电角均可变而不易数学建模的问题,通过研究带LC滤波的m相桥式不控整流器DCM下的稳态模型,得出导电角和电源电压初始相角的非线性约束方程,提出一种将不控整流器近似为定直流脉波周期、定导电角的可控整流器的小信号建模方法,并运用开关函数法和谐波平衡原理,分别建立带LC滤波的单相、三相桥式不控整流器DCM下状态方程形式的小信号数学模型。通过与经实验验证的仿真模型进行对比,证明所提出的建模方法是有效的,所建立的小信号数学模型维数越高,计算结果越精确。

基于可变关断时间断续电流模式的全桥逆变器轻载效率优化方法

工作于临界电流模式的逆变器在轻载时,开关频率显著上升,关断损耗大幅增加,效率明显降低。针对此问题,该文提出在逆变器输出功率下降至设定值时,将工作模式切换为断续电流模式(DCM),并根据输入电压、输出电压、输出功率改变关断时间以尽可能降低逆变器的开关频率,减小开关损耗,从而提升轻载时效率的优化方法。详细分析所采用的可变关断时间DCM的工作原理并推导理论计算依据。此外,还考虑了电流断续时电路寄生参数对电感电流的影响,通过比较器硬件限制电感电流峰值的方式,改善轻载电流的质量,并介绍基于此方式的变换器整机控制策略。仿真和实验结果表明,在轻载时采用可变关断时间的断续电流模式,逆变器效率得到明显提升,证明了所提优化方法的可行性和有效性。

无线电能传输系统中有源阻抗匹配网络断续电流模式最大效率跟踪研究

针对无线电能传输系统(WPT)中传输效率对耦合系数、负载变化敏感的特点,该文提出一种基于断续电流模式(DCM)有源阻抗匹配网络的最大效率跟踪方法。首先,分析不同DCDC变换器输入阻抗表达式,证明了DCM模式Buck-Boost变换电路阻抗匹配的优越性。其次,给出了一种基于耦合系数辨识的最大效率跟踪控制策略,无需负载实时监测及进一步跟踪控制,即可在较大负载变化范围内使系统传输效率实现最大化并保持稳定;耦合系数变化时,系统也可根据发射接收侧电压电流信息实时辨识耦合系数并通过接收侧变换器占空比调节实现自适应最大效率跟踪。最后,利用实验验证了该方法的可行性和有效性,并且在动态响应、提高传输效率等方面有明显优势。

一种新颖的完全断续箝位电流模式功率因数校正电路

提供了一种新颖的宽输入范围、完全 DCM、箝位电流工作模式的 Boost 功率因数校正电路控制方法。该控制方法不存在 Boost 电路中二极管的反向恢复,从而提高了整个电路的效率,同时,该方案获得了低的总谐波畸变(THD)和较高的功率因数(PF)。该方案适合于中低功率场合的应用。给出了具体的理论分析和一个100W 的电路实验数据。

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。

断续模式无桥Boost PFC变换器的研究

相较于传统的Boost PFC变换器,无桥Boost PFC变换器省略了开关管前的整流桥,大大提高了变换器的效率。首先主要讨论电流断续模式下无桥Boost PFC的工作原理,推导理想状态下其PF的表达式和电感的计算,探讨实际工作中电路寄生参数对电感电流畸变的影响。然后针对DCM Boost PFC仅适用于中小功率场合这一缺点,引入了交错并联技术,提升了电路的功率量级。最后分别完成了单路500 W和两路交错1 kW的变换器样机实验,实验结果验证了理论分析的正确性。

多相交错并联BUCK变换器断续模式下的自举分析

针对多相交错并联BUCK变换器中功率开关管电位浮动的问题对驱动电路中的自举部分进行了研究。当电感电流断续时,续流时间很短,导致自举电容充电时间过短,驱动电路自举困难。根据多相交错并联BUCK变换器输出滤波电容在一个开关周期内的电荷增加量和减少量相等这一理论,推导了单相及多相时电感电流的续流时间,指出了并联相数、输入输出电压比、滤波电感、开关周期以及负载均为影响电路自举的因素。最后,设计完成了一台400W两相交错并联BUCK变换器,进行了单相和两相交错并联的实验,验证了理论分析的正确性。

断续电流型开关电感Buck-Boost变换器的分岔现象

为了分析开关电感结构的Buck-Boost变换器电路参数对系统性能的影响,基于断续电流模式下系统的离散迭代映射模型,利用开关变换器的动力学分析方法,采用分岔图和庞加莱截面研究了系统的稳定问题,并根据不动点邻域内Jacobian矩阵特征值的变化情况确定了系统首次失稳时分岔点的位置.应用PSIM仿真,通过时域图和相轨图观察了变换器在不同参数变化下丰富的动力学演化过程,验证了理论分析的正确性.结果表明:当开关电感Buck-Boost变换器工作于DCM模式下时,其工作状态主要受电流边界Ib2的影响,电流边界Ib1对系统稳定性的影响相对较小,随着电路参数的变化,系统经边界碰撞分岔最终进入DCM阵发混沌状态.

电流模式控制Buck-Boost变换器建模及非线性现象仿真

根据电流模式控制下Buck-Boost变换器的工作特性,建立变换器的统一数学模型,并基于Matlab/Simulink仿真软件,分别搭建工作于电流连续和电流断续模式下变换器的仿真模型。通过对电流连续模型进行仿真,揭示参考电流Iref和电感L在不同的工作情况下出现倍周期分叉并最终导致混沌的现象;对电流断续模型进行仿真,得出以输入电压E变化时的混沌相图,验证电流断续模式下混沌现象的存在性。同时为消除这2种模式下的混沌现象,引入PID控制器。仿真结果表明:通过设置适当的参数,可以有效地抑制变换器中的混沌现象。

电流模式DCM反激变换电路的建模和设计

对电流模式控制的反激变换电路进行了研究,建立了工作在电流断续模式下的反激电路小信号模型,给出了基于PWM控制芯片LD7670的单端反激电路的设计实例和电路分析。采用Math CAD对反激变换器控制环路的幅频特性和相频特性进行了分析,对控制环路进行了补偿网络设计,以提高系统的稳定性和瞬态响应。仿真和实验结果证明了模型的有效性,所设计的反激变换电路具有输入电压变化范围宽、动态响应快、电压调整率和负载调整率高的特点。

宽功率范围内采用电流临界连续状态＋恒频控制的光伏微逆变器

小功率微逆变器常工作于电流断续状态(discontinuous conduction mode,DCM),为提高效率,可将其设计工作于电流临界连续状态(boundary conduction mode,BCM),但需付出变频控制、过高的驱动损耗和开关损耗的代价。为克服上述问题,提出一种在宽功率范围内实现BCM的类谐振桥式微逆变器,引入可变电感作为能量缓冲器件,提出一种感值可扩展的方案,保证尽可能大的功率范围运行在BCM。提出一种BCM+DCM混合运行的控制策略,既保证了精度,又保证了动态特性。分析了所提方案在各方面的优势。350W实验样机验证了所提微逆变器性能优良。

直流变换器模式快速识别PI自适应控制策略

针对三电平H桥直流变换器在传统的PI控制下,受到电流连续模式和电流断续模式切换大扰动时动态性能较差的问题,提出了一种新颖的模式快速识别PI自适应非线性控制策略。采用状态空间平均法和开关网络平均法,建立了变换器在两种模式下的数学模型,并设计了数字控制器。控制器有效提取了电感电压特征,能在一个开关周期内对模式进行快速识别,克服了依据电感电流检测模式速度慢且准确性不高的问题,从而根据模式实时改变PI参数以实现最佳的动态性能。将新型控制策略和传统PI控制进行了对比实验研究,实验结果表明变换器在突加50%负载工况后,采用新型控制的输出电压最大跌落较传统控制降低了25.2%,从而验证了该新型控制策略的可行性和有效性。

基于功率预测的光伏微逆变器低频电流纹波抑制策略

随着单块光伏电池输出功率越来越高,以反激电路为基础的传统光伏微逆变器(PM)难以达到高效率,因此以桥式电路为基础的PM越来越受到重视。文中提出一种较小容值的桥式PM及其基于功率预测的输入侧低频电流纹波抑制方法。该方法取消了传统的电流内环,而且保证变换器的输出功率能够在一个开关周期时间内实现快速跟踪。考虑到实际参数与检测值的误差,所提功率预测方法仍具有很好的稳定性与鲁棒性。通过建立系统的小信号模型,设计了电压外环的调节器参数,使得电压环具有较大的带宽。实验结果证明了所提PM性能优良。