先进数字控制技术在DC-DC变换器中的应用(英文)

综述了数字控制技术在直流-直流变换器中的应用,集中于两个方面,如何产生数字脉宽调制信号,以满足输出电压的稳态精度,以及新的控制策略以发挥数字电路的优点。在前者,本文介绍了几种技术,它们都可以用有限的时钟频率来产生足够精度的脉宽调制信号。在后者,本文介绍了几种数字控制技术,以大大改进开关电源的动态性能。

一种基于PIC18单片机的数字控制直流变换器的设计

采用传统模拟控制方式的直流变换器,由于其硬件结构和控制方式比较固定,限制了开关电源的开发的灵活性和可拓展性,随着嵌入式技术的发展和在电力电子领域中应用的不断加深,利用数字方式进行控制逐渐取代模拟控制方式来成为高性能开关电源开发的首选。论文提出一种基于PIC18单片机,主功率电路采用有限双极性控制的ZVZCS-PWM全桥拓扑结构的数字控制直流变换器的设计方案。经验证该设计方案合理可行,设计出的数字控制直流变换器拥有较高输出精度和转换效率。

基于Buck-Boost变换器驱动的无刷直流电动机控制系统

提出在无刷直流电动机的驱动三相逆变桥的输入端加前级降压-升压(Buck-Boost)变换器,采用转速和直流母线电流的多环反馈控制方法实现电机的控制。该方法减少了开关损耗,逆变器尺寸和成本。通过MATLAB/Simulink仿真验证了该方法的有效性和可行性。

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。

基于磁放大技术的新型正激-反激型直流变换器

利用与正激变换器输出滤波电感耦合的绕组,构成了工作在反激模式的多路独立输出,采用磁放大的“时间分配”后级调整控制,结合主输出PWM反馈控制,实现主、附输出的独立控制。该变换器兼具正激变换器高效率、反激变换器低成本和磁放大后级调整的特点,具有简结构、低成本、高交叉调整率、高效率等优点,同时引申出“Buck类——反激式”一族适于各路输出功率差别较大应用场合的直流变换器。文中详细阐述了其工作原理、特性以及磁放大器优化设计,一台132W两路输出实验样机验证了试验结果。

一种精确调节的零电压开通三路输出直流-直流变换器

多路输出直流-直流变换器广泛地应用于各种电子设备。该文的目的是提供一种所有输出均可精确调节的零电压开通3路输出直流-直流变换器。其中第1路输出和第2路输出分别由2个不对称半桥电路来调节,第3路输出由这2个不对称半桥电路之间的相移来调节。所有的主开关管都可以实现零电压开通,因此该3路输出直流-直流变换器可以以较高的效率工作于较高频率。文中探讨了该3路输出直流-直流变换器的工作过程、零电压开通条件及闭环控制设计。用一台输入电压为400V,输出分别为48V/10A、5V/20A12V/5A的实验样机来验证该零电压开通3路输出直流?直流变换器的优越性,在100kHz工作频率满载输出时转换效率为93.36%。

双向直流-直流电力变换器建模与仿真

研究双向直流-直流电力变换器能量正向流动和反向流动的工作原理,为了保证电力系统的稳定性和优化动特性,采用了时间平均的方法来处理三端电子开关器件,建立了其相应的数学模型。根据双向直流-直流变换器的小信号模型选取其带某一阻性负载时的一组参数,使用bode图方法对其进行了稳定性分析。根据双向直流-直流变换器的大信号构建真模型并进行时域仿真。仿真结果在验证了模型的正确性,对时域仿真曲线定量的反映了双向直流-直流电力变换器待阻性负载的动态特性,bode图定性地给出了双向直流-直流电力变换器带阻性负载的稳定性。并对类似于双向直流-直流变换器的各种电力变换器的建模、仿真和稳定性分析具有一定的借鉴意义。

带耦合电容型桥式ZVS直流-直流变换器

提出一种零电压开通(ZVS)的直流-直流变换器。在一种桥式开关管结构的基础上,通过在串接的两个变压器一次绕组两端并联一个耦合电容Cb,为电路的正常工作构造两个一次绕组共同导通的条件,使得两个绕组能够实现均流。变流器采用移相控制技术,不含输出侧滤波电感,而是利用变压器漏感传递能量,使得四个开关管都能获得宽负载范围的ZVS。二次侧采用开关电容倍压技术,提高了输出电压增益。详细分析了变换器各阶段工作原理、电压增益特性、ZVS实现条件以及Cb的设计。制作了一台开关频率50k Hz、负载600W、42V输入/250V输出的实验样机,该样机在轻载下就能达到92%以上的效率,实验波形验证了理论分析的正确性。

基于PWM-PD的多路输出直流变换器改进研究

提出了一种基于脉宽调制-脉宽延迟控制技术(PWM-PD)的多路输出直流变换器,在利用较少的可控器件获得较多可控输出的同时,能有效改善电路的输出调整率。通过实验得到输出电压的负载效应参数,验证该方法的可行性。

基于直流-直流变换器的高精度电池模拟器设计

动力电池及其相关设备的生产、测试和研发过程中,需要用到电池模拟器;传统的电池模拟器存在输出功率小和输出精度低的缺点;本文介绍了一种基于直流-直流变换器和线性稳压技术的电池模拟器;通过隔离型多路输出变换器实现各个电池单元的隔离供电,通过直流-直流变换器实现输出电压的预调整,应用线性稳压电路,降低输出电压纹波,提高了输出电压的精度,并设计了试验样机,进行了试验验证,获得较好的模拟效果。

基于DSP的无刷直流伺服电机全数字控制系统研究

本文主要介绍了全数字无刷直流电机的伺服系统,该系统主要以DSP为核心,并且采取了IR2130、IPM所组成的功率变换器以及驱动电路,全面的实现了全数字PWM控制体系,该系统结构非常简单,并且具有明显的效果,而经过实验表明,该系统的调整范围也较为广泛,对其性能的相关控制也较好。本文主要内容共分为三个方面,第一部分主要对于无刷直流伺服电机控制系统的相关概念进行了详细的叙述,第二部分则是对于系统的相关硬件配置进行了深入的分析与探讨,最后对控制提出了一定的策略。

矩阵式交流-直流变换器中一步换流策略的实现

根据矩阵式交流-直流变换器的运行特点,设计并实现了一步换流电路.实验结果表明了一步换流策略的有效性和可靠性,为矩阵式变换器的进一步实用化研究提供了依据.

燃料电池DC-DC变换器的设计与数字化控制

针对燃料电池的实际要求设计并制作了推挽Buck型直流-直流(DC-DC)变换器的硬件电路,包括变换器主电路、控制电路、检测电路及保护电路等;采用状态空间平均法建立推挽Buck型DC-DC变换器的小信号模型,并且进行补偿反馈控制;基于通用反转控制器(GPIC)的现场可编程门阵列(FPGA)模块实现了推挽Buck型DC-DC变换器的数字化控制.结果表明,在FPGA模块的数字化控制下,自主研发设计的DC-DC变换器的输出电压能够很好地跟踪设定电压,具有优异的阶跃响应特性和较强的抗负载及输入扰动能力,能够保证燃料电池DC-DC变换器实现高效、可靠的电能转换.

混合厚膜直流-直流变换器加速寿命试验和可靠性评估

提出了一种混合厚膜直流-直流(DC-DC)变换器单步进应力加速寿命试验方法。以三种混合厚膜DC-DC变换器为样品,采用提高环境温度并按定时截尾方式进行加速寿命试验,可以在相对短的时间内完成样品的可靠性评估。通过分析失效样品,能够识别设计和制造缺陷,为改进提供依据,最终为混合厚膜DC-DC变换器通过可靠性鉴定并实现航天应用奠定一些基础。

分布式控制的多模块并联电流型双向直流—直流变换器

针对并联多模块电流型双向直流—直流变换器,为了实现功率组合的灵活性及模块化设计,提出了一种改进模式的分布式控制策略。该策略通过采样高压侧电压和低压侧电流,实现下垂控制,同时采用电压补偿技术,改善了高压侧电压调整率。搭建了二台功率各为1.5 kW的样机进行了实验验证。实验结果表明:该方法无论在静态还是动态下,可以实现模块之间良好的功率均分;同时改善了电压调整率并能实现热插拔功能。

一种新型的升-降压型直流变换器电路仿真平均模型

提出了一种新型的单开关升 降压式 (Buck Boost)直流变换器的电路仿真平均模型。这种模型可通过输入参数的选择实现对Buck Boost电路的电压控制、峰值及平均电流控制 ,以及对DCM CCM工作方式的统一。它是一种实用的仿真模型 ,可方便地进行稳态和动态分析。在保证准确的基础上 ,大幅度提高了仿真的速度 ,通常比用实际器件开关电路的仿真速度提高两到三个数量级。

基于电流空间矢量调制法的矩阵式交流-直流变换器的研究

介绍了一种基于电流空间矢量调制策略的矩阵式直流-交流变换器.该变换器的输出电压幅值可达输入相电压的1.5倍、极性任意可调、大小宽范围线性可调,还具有能量双向流动,输入电流零位移、波形接近正弦等特点.基于理论分析,进行实验研究,结果与理论一致,同时表明该变换器具有多象限运行能力.

大功率交错式燃料电池直流-直流变换器研究

直流-直流变换器是燃料电池汽车动力系统的核心部件,对整车性能产生重要影响。基于整车动力系统的需求,研发了一种基于SiC功率器件的大功率交错式燃料电池直流-直流变换器,首先对其主拓扑结构和硬件电路进行设计,并对其主电路的主要电路元件进行选型;其次分析选取了控制模式以及控制方法,基于输出电压外环、输入电流内环的双闭环PID控制对直流-直流变换器进行软件设计;然后搭建了测试平台并进行了上位机设计,对直流-直流变换器进行实验研究。研究结果表明:四相交错式燃料电池直流-直流变换器能够满足整车动力系统要求的80 kW额定功率值,功率密度约为5.5 kW/L;四相交错式Boost电路拓扑结构在抑制电流纹波方面性能优异,其输入电流纹波约为1.06%;在正常的输出功率范围内,直流-直流变换器具有较高的效率,其效率均在98.5%以上。

FMEA技术在直流-直流变换器设计中的应用

以一种卫星用直流-直流变换器产品为例,介绍了FMEA在产品设计中的应用。针对潜在的故障模式,提出了改进设计的一些基本方法。这为保证直流-直流变换器产品在轨正常工作以及实现其现场可靠性指标提供了重要依据。

新型多级直流-直流变换器的开发

为了减小一些磁性元件（比如电感变压器电容等）的体积，可调式直流电源常常工作在高频状态下。但是随着频率升高，开关上的功率损耗会增加，就会带来系统效率的降低。为了解决这个问题，提出了一种新的可以降低脉动的直流-直流变换方法。在这种构造中，多个8VCK降压直流变换器在输出端串联，相对于传统结构的变换器大大降低了输出电压的脉动成分，特别是当变换器工作在低输出电压条件下，由于工作的开关元件数目减小，这个效果尤其明显。