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。

双重移相控制下双有源桥变换器最小回流功率全局优化控制

双有源桥(dual-active-bridge,DAB)DC-DC变换器通常用于能量转换。然而,传统的单移相控制使得变换器在输入电压和输出电压不匹配时产生较大的回流功率,特别是轻载情况下该现象更为严重。现有基于双重移相控制(dualphase-shift,DPS)的回流功率优化策略,尚未考虑全功率范围内的回流功率,也缺乏对所有工作模式下最小回流功率的研究。为此,该文提出一种考虑全功率范围、全工作模式的DPS最优控制策略。首先,详细阐述回流功率产生的机理,建立了不同工作模式的传输功率和回流功率数学模型。然后,计及不同工作模式的功率限值,将DPS控制的传输功率分成不同的功率区。在此基础上,提出了一种基于最小回流功率的DPS最优控制策略,通过分析不同工作模式下的优化路径获得各个功率区的最优移相角,进而提升DAB变换器的传输效率。最后,搭建实验平台验证所提最小回流功率控制策略的可行性。

基于移相全桥DC-DC变换器的城市轨道交通车辆高频充电机软开关实现方法

目的:为了提高城市轨道交通车辆充电机的供电效率和功率密度,基于软开关技术,对PS-FBC(移相全桥DC-DC变换器)在轨道交通车辆高频充电机中的应用进行了研究。方法:分析了PS-FBC电路在3种工作模态下的运行特点,建立了过谐振模态中高频电流与电容电压的时域解析数学模型。基于该模型深入分析了电压极性翻转特性,探究了死区效应下电压极性翻转的触发条件,提出一种死区时间优化设计方法。通过PSIM软件对PS-FBC时域解析数学模型进行了仿真验证。结果及结论:PS-FBC工作在重载且过谐振条件时,将开关频率设置在靠近谐振频率附近,可以避免电压极性翻转现象的发生。通过合理设计开关死区时间,可以改善软开关的工作特性,降低PS-FBC的系统损耗,提高城市轨道交通车辆充电机的供电效率。通过多种工况下的仿真结果,验证了死区时间优化设计方法的有效性。

三电平混合全桥DC-DC变换器回流功率优化控制

针对三电平混合全桥双向DC-DC变换器存在的回流功率较大的问题,本文以回流功率最小化为目标,提出了一种基于双重移相控制的回流功率优化控制策略。首先,建立了三电平混合全桥DC-DC变换器的数学模型,分析了变换器回流功率和传输功率的特性关系;然后,以回流功率作为目标函数,通过KKT条件法将不同模式的等式和不等式约束条件转换为约束函数,并构建拉格朗日多项式函数求最佳移相比组合;最后,为提高系统动态响应的快速性,采用了环内直接功率控制方法,实现了变换器在面对突发情况时系统能迅速实现动态响应。仿真结果表明,在输入电压和负载突变时,本文提出的改进优化控制策略可以有效减小回流功率,提高系统的动态响应性能。

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。

基于ZVS的双向全桥DC-DC变换器最小回流功率双重移相分段控制

双向全桥DC-DC(DAB)变换器在直流微电网作为可再生能源与储能设备的能量传输环节,通过实现零电压开关(ZVS)和最小回流功率,可显著地提升DAB变换器的性能,从而提高直流微电网的稳定性。但同时实现ZVS和最小回流功率控制在理论上是相互制约的。针对这一问题,该文提出一种基于ZVS的最小回流功率双重移相分段控制策略。通过对双重移相下的传输功率进行分段,前段将ZVS作为约束条件,得到基于ZVS条件下的最小回流功率控制策略,后段通过KKT条件法实现在给定传输功率下的最小回流功率控制策略。通过将所提控制策略和传统的双重移相控制对比分析,发现所提控制策略具有更小的回流功率和电流应力,提高了变换器的性能。最后,基于所提控制策略搭建实验样机,验证了控制策略的正确性和有效性。

宽输入双有源桥变换器移相变频控制策略研究

重点分析三重移相控制下宽输入工况对双有源桥DC-DC变换器特性的影响,分别推导宽范围输入电压情况下软开关范围、电流峰值和电流有效值随开关频率变化的理论表达式。在此基础上,提出一种移相变频混合控制策略,通过调节开关频率扩大双有源桥DC-DC变换器的软开关范围,并降低电流峰值和电流有效值,提高变换器的整体效率。最后,搭建一台基于SiC器件的1 kW双有源桥DC-DC变换器样机验证所提控制策略的有效性。

基于三重移相的ISOP型DAB变换器电压均衡控制

为了使得输入串联输出并联(ISOP)型双有源桥DC-DC(DAB)变换器稳定高效地运行,提出一种基于三重移相(TPS)调制的电压均衡控制方案。该方案不仅可以控制输出电压稳定、输入电压均分,而且能够降低变换器电流应力并具有良好动态性能。首先,分析了DAB变换器在TPS下各模态的电流应力与传输功率模型,并通过KKT条件法求得电流应力最优的移相比组合。在此基础上,通过控制中间变量-动态功率,实现系统的输出稳压、输入均压,同时具有良好动态性能。最后,通过MATLAB/SIMULINK软件平台验证所提方案的正确性。

基于双重移相控制的双向全桥DC-DC变换器动态建模与最小回流功率控制

通过分析双重移相控制下双向全桥DC-DC变换器的软开关约束条件及功率传输特性,提出了满足软开关条件的基于最小回流功率的双重移相控制策略,建立了双重移相控制下变换器的动态小信号模型。最后,通过实验样机,分析了基于最小回流功率双重移相控制策略的变换器动态和稳态特性,对动态模型和最小回流功率控制策略进行了验证。实验结果表明了采用基于最小回流功率控制对提高变换器效率的有效性。

双向全桥DC-DC变换器回流功率优化的双重移相控制

隔离式双向全桥DC-DC变换器(isolated bidirectional dual-active-bridge DC-DC converter,IBDC)采用单移相控制时会产生较大的回流功率和电流应力,导致损耗增加。该文通过建立IBDC采用单和双重移相控制时的输出功率及回流功率数学模型,推导出回流功率与移相比及输入/输出电压调节比之间的数学关系,提出一种以回流功率最小为目标的双重移相回流功率优化控制策略。该控制策略根据传输功率及输入/输出电压调节比所处的不同范围,采用分段优化方法,得出各范围内的最优内移相比。通过仿真计算,对比研究该优化策略与单移相控制下的回流功率曲线。文中给出详细的优化控制算法和系统控制方案,并基于该方案设计制作实验样机。实验结果验证了所提出双重移相回流功率最优控制策略的有效性与可行性。

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。

具有移相控制的ZVS全桥DC-DC斩波变换器

传统零电压全桥DC-DC变换器存在的两个典型缺陷:滞后桥臂实现零电压时负载范围窄;变压器二次侧电压存在十分明显的电压过冲、电压振荡及占空比丢失现象。本文提出具有移相控制的新型全桥DC-DC斩波变换器,它分别采用无源辅助网络、无损缓冲电路等方法克服了以上缺陷。文中详细分析了该新型变换器的工作原理以及变换器各个阶段的工作模态,同时也分析了此变换器实现软开关的条件及辅助电路的参数设计。为了验证该拓扑结构的相关功能,文中搭建了一台24V/3A,100k Hz的实验样机。实验结果验证了该拓扑结构的正确性,并证明了这种新型拓扑结构有效地解决了传统零电压全桥变换器中存在的缺陷,提升了系统性能。

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。

基于HIP4081的移相全桥DC-DC变换器的设计

随着我国通信、电力系统以及个人数字产品的快速发展,模块电源的应用越来越广泛。高可靠小功率DC-DC变换器已成为电子电源的一个重点发展方向。主要介绍了以H桥驱动芯片HIP4081为主控电路的小功率DC-DC变换器设计。为了进一步改善开关电源的中的磁性元件性能、减小磁件体积,分析了高频变压器的设计要点。结果分析表明:该变换器具有频响快、负载调整率高、输出电压稳定、纹波小的优点,研究具有一定的工程实际意义。

三电平双有源混合全桥DC-DC变换器最小回流功率控制

三电平双有源混合全桥(H-TLFB)DC-DC变换器通过引入三电平桥臂提高输入电压范围.针对该变换器在传统双重移相控制下具有较大的功率回流、较高的电流应力等问题,提出一种最小回流功率控制策略.首先分析H-TLFB DC-DC变换器功率传输特性,比较变换器在两种不同工作模式下回流功率值的大小,并根据回流功率与电压比、移相比、传输功率的数学关系,计算出回流功率达到最小时对应的最优移相比,并设计相应优化控制策略.与传统双重移相控制策略相比,最小回流功率控制策略下的回流功率可以在全功率传输范围内达到最小值,并且在一定的电压比范围内,回流功率、电流应力可以同时得到优化.最后,通过实验验证设计控制策略的正确性和可行性.

三管推挽双向DC-DC变换器电流应力优化控制

为提高三管推挽双向全桥变换器运行效率,提出了一种峰值电流应力优化控制策略。首先,分析了TPBFC变换器扩展移相控制(Extended Phase-shift Control,EPS)下的基本运行模态,推导了系统传输功率与峰值电流应力表达式。进一步,采用拉格朗日函数构建了变换器传输功率与峰值电流应力的约束模型,推导了各运行模态下满足峰值电流应力最小的移相比组合。在搭建的500 W样机上的实验表明,采用所提出的方法使变换器峰值效率提升了2%。

基于移相全桥的车载辅助充电DC-DC变换器设计

针对纯电动汽车辅助充电DC-DC变换器的设计问题,对纯电动汽车电气系统结构及DC-DC变换器的应用需求进行了分析。并根据实际需求设计了一款基于移相全桥拓扑的DC-DC变换器。该变换器通过在电路原边外加电感拓宽了电路的ZVS范围,通过在原边变压器及外加电感间增加两个箝位二极管抑制了电路的电压尖峰;同时副边采用同步整流技术进一步提升了电路效率。最后给出了电路关键参数的设计过程和控制的实现方法,并搭建了一台实验样机对理论分析进行了验证。研究结果表明,所设计的样机能够输出160 A电流并实现了轻载96%以上的效率。

隔离型双向全桥DC-DC变换器的双重移相控制

目前双向全桥DC-DC变换器主要采用传统的单移相(SPS)控制策略,但该控制策略存在较为严重的回流功率和电流应力,效率不高。针对减小回流功率的这一目标,分析了双重移相(DPS)控制策略下变换器的工作原理,推导出了内外移相角与输出功率的关系,结合软开关实现的边界条件,对内外移相占空比进行优化计算,减小了回流功率和电流应力。最后在Matlab/Simulink平台搭建变换器仿真模型进行验证,实验结果证实该方法的正确性和有效性。

基于双重移相的双向全桥DC-DC变换器优化开关策略

双主动全桥DC-DC变换器作为一种新型的低压直流变换器,被广泛应用于微电网中。该文通过分析双主动全桥DC-DC变换器在双重移相控制下的工作原理及其功率传输特性,推导出双向全桥变换器在双重移相控制下的传输功率模型,据此在双重移相控制的基础上,以该控制策略下的电流应力最小为目标,内移相比作为电流应力的优化量,提出一种基于双重移相控制的优化开关策略,通过改进双重移相控制,使双主动全桥DC-DC变换器达到最优的表现性能。最后,通过Matlab/Simulink搭建仿真模型,仿真结果验证了所提优化开关策略的有效性与可行性。

双重移相控制与传统移相控制相结合的双有源桥式DC-DC变换器优化控制策略

为减小双有源桥式DC-DC变换器的功率损耗,提出一种双重移相加传统移相控制的优化控制策略,保证漏感电流有效值最小,同时使得所有开关管实现零电压开通(ZVS)软开关。首先分析变换器在传统移相和双重移相下的传输功率特性和软开关范围。在此基础上,通过建立漏感电流有效值、传输功率及软开关条件的数学模型,得出一条最优控制轨迹。该轨迹确保变换器工作于最小电流有效值状态且可以实现ZVS软开关,从而显著减小系统的导通损耗和开关损耗,实现了双有源桥变换器的优化控制。实验结果验证了理论分析的正确性和控制策略的有效性。