三电平H桥直流换流器电流连续模式下的建模与控制器设计

为提高换流器稳压输出的动静态性能,须设计性能较优的控制器。分析了换流器的移相脉冲宽度调制(pulse widthmodulation,PWM)原理,对电流连续模式下的静态工作点进行求解,给出了静态工作点下一个开关周期内所有的工作模态。基于状态空间平均法建立了换流器在电流连续模式(continuous conduction mode,CCM)下的小信号数学模型,并基于小信号数学模型设计了带前馈补偿的双闭环比例积分(proportion integration,PI)控制器。试验研究结果表明,在该控制器作用下,突然加载过程中输出电压最大跌落在15%以内,恢复时间在150 ms以内,输出特性较好,从而验证了控制器的有效性。

基于耦合电感的输入电流连续型高增益准Z源逆变器

基于耦合电感的输入电流连续的高增益准Z源逆变器(CL-qZSI),继承了传统Z源逆变器的优点,未增加无源器件数量,可获得更高的升压比;针对CL-qZSI,介绍了该类逆变器的拓扑推衍及其工作原理,在二极管及电容电压应力、匝比和直通占空比对升压因子的影响及耦合电感体积方面做了详细的比较,对比分析了该类逆变器各拓扑的性能。针对实验室原理样机的实验结果证明了该原理的正确性。

电流连续型Boost变换器状态反馈精确线性化与非线性PID控制研究

基于非线性系统的微分几何理论并结合传统PID控制的优点,建立了CCM(电流连续型)Boost变换器的非线性仿射模型并推导出非线性坐标变换矩阵和非线性状态反馈表达式,得到了Boost变换器状态反馈精确线性化模型。文中结合基于输出误差的PID控制,提出了变换器非线性PID解耦控制策略。研究结果表明,Boost变换器非线性PI解耦控制,比传统的PI控制有更好的动态响应和稳态特性,状态反馈精确线性化能对Boost变换器这类分段线性系统实现完全控制解耦。DC/DC变换器利用状态反馈精确线性化技术并结合传统PI控制技术的优点进行解耦控制,其结果对进一步研究具有一般性理论和实际意义。

单电感电流连续型推挽类拓扑的推衍和特性研究

鉴于电流连续型拓扑的优越性,结合推挽类拓扑在卫星电源系统中应用广泛的现状,提出单电感电流连续型推挽类拓扑的概念。通过对传统推挽单元进行推导得到4种新的非隔离型推挽单元。以此为基础,分别推衍得到4类推挽单元的单电感电流连续型拓扑族,其中有3种拓扑为首次提出的新型拓扑。根据拓扑结构以及控制方式的不同,可将这些拓扑分成Smart和Weinberg两类,其中Smart类拓扑低纹波侧电流存在凹陷,已提出的Weinberg类拓扑低纹波侧电流存在尖峰,而该文提出的3种新型拓扑不存在此问题。由母线侧电流低纹波的条件,还可将所有拓扑分成适用作蓄电池放电调节器和适用作蓄电池充电调节器两类,通过列表对拓扑的各项特性进行比较,从而得到各种拓扑的优缺点及其适用场合,为电源控制器系统中DC-DC变换器的选择提供理论支持。最后选择一种新型拓扑,搭建实验平台验证理论分析结果。

电流连续型双电感Boost类拓扑

介绍了三种双电感Boost类拓扑,因该三种拓扑的输入输出电流连续、结构简单、管子数量少、控制逻辑简单并且效率较高,而被多次在航天领域应用。本文的目的在于从三种拓扑的纹波、驱动方式、小信号模型以及效率等方面分析和比较各种拓扑的特点,并且分析电感耦合的方式对于三种拓扑的影响及阻尼网络对拓扑的小信号模型的作用。最后通过600W的原理样机,验证三种拓扑的理论分析的正确性,并测试了三种拓扑的效率。

一种输入电流连续的高电压增益改进型Cuk变换器

高增益DC-DC变换器正越来越多地应用于太阳能光伏或其他可再生能源发电系统。良好的稳态和动态性能以及更高的电压增益,是为上述应用选取变换器的先决条件。为此,提出一种改进的Cuk变换器。首先,详细阐述了该新型变换器的拓扑结构与工作原理;然后,讨论了功率开关和二极管的电压应力,对其电路参数进行了设计,并在此基础上,将所提变换器与其他类似变换器在理想电压增益上进行了对比;最后,采用Matlab软件建立了系统仿真模型,并研制了试验样机,仿真和试验结果验证了理论分析的正确性。所提变换器电路结构简单,具有连续的输入和输出电流,输入电流的纹波相对较低,连续的输出电流降低了负载端电容上的电流应力。此外,该变换器输出电压纹波小,开关管和二极管间的电压应力很小。输入电流连续是DC-DC变换器的一个理想特性,所提变换器非常适合太阳能光伏应用。

窗口控制电流连续模式Boost PFC研究

电流连续模式(CCM)Boost功率因数校正(PFC)电路具有输入功率因数高,结构简单等特点,但BoostPFC也存在轻载或低输入电压时效率下降的问题,针对这一问题,探讨了一种新颖的窗口控制CCM BoostPFC,通过在选定的窗口区域降低开关频率从而降低MOSFET开关损耗,提高电路效率。分析了窗口控制的原理及设计原则,给出窗口控制的实现电路,最终设计了一台500 W实验样机验证了理论分析和设计的正确性。

航天用带耦合电感的电流连续型推挽类拓扑研究

电流连续型直流变换器具有高功率密度、高效率和低电磁干扰等优势,因而适用于航天领域。本文提出了基于耦合电感的电流连续型推挽类拓扑的概念。以电流连续为目的,对传统推挽单元进行改进,得到五种新型推挽单元,以此为基础,提出基于耦合电感的推挽类拓扑的生成规则,并推衍出各类推挽单元的拓扑族。依据母线侧电流为低纹波的原则,将这些拓扑分成适用于BDR和适用于BCR两类,并列表比较其特性,总结各自的适用场合,为不同功率等级PCU中的BDR和BCR提供最优拓扑选择。最后,通过研制新生成升压比最高拓扑的试验样机验证理论分析的正确性。

输入输出电流连续的非隔离直直变换器

针对航天器电源系统的应用背景,提出输入输出电流连续的非隔离变换器拓扑.该类变换器具有输入输出电流纹波小的特点,能够显著地减少变换器的输入输出电容容量,特别适合对体积和可靠性要求较高的航天应用领域.在传统非隔离变换器的基本结构基础上,根据电感电流不能突变的原理,通过对开关单元的构造,提出能够实现输入输出电流连续的非隔离变换器拓扑结构和开关单元,通过组合推演得到输入输出电流连续的非隔离变换器.给出该族拓扑的推演过程,以其中一拓扑为例进行仿真分析及实验验证.仿真与实验结果表明所提推演方法的有效性,验证了该类变换器具有输入输出电流连续的特点.

电流连续的细导体段模型的磁场及电感

传统的载流细导体段模型是分析导体闭合回路磁场的基本模型,尽管不满足电流连续性定律,但适用于导体闭合回路的磁场分析.然而,对于工程中只关注导体闭合回路中某一局部的多分支导体段并联的电流分配问题,传统模型将不能完整地反映各分支导体段之间磁场的相互作用.为此,现有文献提出的位移电流模型,满足了电流连续性定律,较好地解决了上述问题,但是,仍然存在理论不完整、不自洽以及计算公式复杂等问题.本文提出载流细导体段的传导电流模型,确保了载流细导体段在段内、段端及段外的电流连续性.推导出物理内涵更加深刻的总磁场微分方程和矢量磁位计算公式.提出载流细导体段传导电流模型磁场能量和电感的计算公式,极大地降低了计算复杂度,弥补了现有文献的不足.本文算例从模型、公式、计算等方面验证了本文理论和计算公式的正确性.

无刷直流电动机电流连续控制方法研究与实现

为抑制无刷直流电动机换相期间电流的上升速度和下降速度不一致而造成的转矩脉动,探索采用三相电流连续控制方式抑制无刷直流电动机转矩脉动的方法。与传统方波相电流控制方式相比较,采用三三导通方式,三相相电流一直连续,能有效避免非换相相电流的波动及抑制由此引起的转矩脉动,并通过研究合成电流矢量形状,利用空间矢量PWM(SVPWM)方法实现系统控制。实验验证了相电流连续控制策略的正确性及可行性,换相转矩脉动得到了抑制。

电感电流连续状态BUCK变换器的小信号分析

对电感电流连续状态下BUCK变换器进行了小信号分析,介绍了BUCK变换器的等效电路模型,说明了其对开关电源小信号分析的意义。

输入电流连续型Buck变换器拓扑关联问题探析

本文探析了输入电流连续型Buck变换器拓扑族之间的内在关联,建立了Buck变换器的统一数学模型,并深入分析和对比了各Buck变换器的控制和纹波特性等。本文有助于学生更加深入地理解不同形式的Buck变换器拓扑之间的内在联系及其特性,具有一定的教学指导意义。

基于三相电流连续的无刷直流电动机驱动技术

针对无刷直流电动机在传统"两两导通"驱动方式下存在非换相电流脉动,导致转矩脉动较大和引起电枢绕组铜耗较高的问题,提出一种"三相电流连续"的驱动方法。该方法以电机转矩方程、反电势方程作为约束条件,求解使绕组铜耗最小的电流极值,并将电机转子位置划分为12个扇区,根据扇区将该极值分配到三相给定电流。依据星形绕组三相电流之和为零的原理,可以通过两相电流闭环控制,实现三相电流的连续输出。为验证该驱动方法的可行性与有效性,进行了基于Simulink的建模仿真并搭建实验平台,仿真与实验结果表明该方法可以有效地抑制转矩脉动,同时可以降低电机的绕组铜耗。

一种新颖的电流连续模式功率因数校正电路的研究

介绍了一种固定关断时间控制的功率因数校正电路,它的主要特点是通过外部简单电路来控制开关管的关断时间,从而实现了固定关断时间,这样可以提高输出功率等级。实验表明:这种控制方法实现了固定关断时间控制。

不同耦合系数下的交错并联电流连续模式Boost功率因数校正变换器的传导电磁干扰

分析采用耦合电感的交错并联Boost功率因数校正变换器工作于电感电流连续模式时,耦合系数的变化对传导电磁干扰(EMI)的影响。将变换器中两开关管的漏源极电压作为传导干扰噪声源,分析变换器的共模噪声和差模噪声的传输路径,并且推导出噪声传输路径的等效电路。讨论传导噪声源在工频周期里不同谐波频率点的幅值变化,给出噪声源随频率变化的趋势,继而得到变换器在不同耦合系数下共模干扰和差模干扰的频谱图。在确定的耦合电感磁心的情况下,设计滤波器时,为了使功率密度最大化,推导出变换器的临界耦合系数。最后通过实际测试验证了理论分析的正确性。

LR6电池的大电流连续放电过程

采用恒流放电和交流阻抗技术,研究碱性锌锰(碱锰)电池大电流连续放电过程中正负极电化学行为的变化。碱锰电池的大电流连续放电过程存在明确的4个放电区间,工作电压存在两个放电平台。第一个放电平台所持续的时间是第二个放电平台的2~3倍,平台电压以高压为主。电池的实际放电容量仅为理论容量的约1/3,尚有近2/3的剩余容量。正极区的欧姆内阻大约是负极的3倍。降低电池欧姆内阻尤其是正极区内阻、提高正极电化学活性以及防止负极“钝化”,是提高大电流连续放电性能的重要方法。

反激变换器电流连续和断续的比较研究

根据单端反激变换器的电路和工作波形,推导了其在输出电流连续和不连续情况的工作原理,并且给出了在MATLAB/Simulink中的正激变换器的仿真模型和仿真结果。通过对仿真结果的分析得出以下结论:其优点是电路所用元器件少,电路简洁。其缺点如下:输出功率较小,稳定性较差,以及开关应力大,电路能量损耗较大。

电流连续性方程离散技术优劣判据

本文提出了一套判断电流连续性方程离散技术优劣的基本判据,为选择合适的离散方法提供了依据,并根据这套判据,提出了一种新的有限差分方法。误差分析和数值实验结果都表明,该方法优于不完全满足基本判据的SG方法和SUPG方法。

基于PWM调节器电流连续模式功率因数校正器

研究基于PWM调节器控制的Boost型功率因数校正器,它不需要检测二极管整流桥输出端电压,也不需要使用乘法器,控制电路非常简单。文中对PWM调节器进行了简化,设计了主电路参数,并通过仿真和实验验证了该控制算法的可行性和控制性能。