移相双重同步整流Buck变换器的研究与设计

针对如何提高电力电子变流装置的容量和改善其输出特性问题,本文提出一种移相双重同步整流Buck变换器。该变换器是将两个Buck变换器经过移相处理后并联连接,并结合同步整流技术,使输出电流为双重斩波电流之和,由于双重输出电流脉动相互抵消,总输出电流脉动幅值变得很小。经软件仿真和实验电路的刻板搭建,对实验得出的电压电流波形和数据进行对比分析,研究结果表明:该变换器可以有效地减小输出电流的谐波,降低器件损耗,提高了电路的输送效率,并在减小器件尺寸上占有一定优势。

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。

基于双重移相的双向变换器优化控制策略

为解决双向DC-DC变换器(dual active bridge,DAB)采用单移相(single-phase-shift,SPS)控制产生的回流功率较高及动态性能较差的问题,提出一种采用双重移相(dual-phase-shift,DPS)控制下的最小回流功率算法与直接功率控制相结合的方法。首先对DPS控制下的基本原理及回流功率特性进行分析,并建立回流功率与移相比之间的数学关系,从而推导出各分段条件下回流功率在各阶段最小化的方案。其次在保证对变换器回流功率最小化的同时提出结合直接功率法来显著提高变换器的动态性能。最后通过MATLAB/Simulink中建立的仿真验证了上述控制策略的有效性。

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。

DAB变换器双重移相改进控制策略研究

为了优化双有源桥(DAB)变换器的电流应力,基于传统双重移相(DPS)调制方式,提出一种改进的双重移相(IDPS)调制方式。首先介绍了IDPS调制方式的工作原理,分析了其稳态下的工作特性,建立了电流应力关于传输功率的数学模型,接着采用拉格朗日乘子法求得了IDPS调制方式的电流应力最优值,并与传统的单重移相(SPS)和DPS调制方式对比分析。最后搭建实验平台验证了所提改进控制策略优化电流应力的有效性,同时提高了变换器的效率。

基于双重移相的双向有源全桥DC-DC变换器优化控制策略

针对双向有源全桥变换器存在回流功率过大、开关器件硬开通损耗以及动态响应速度较差等问题,文中基于双重移相控制提出一种虚拟直接功率的回流功率优化方法。通过对双重移相控制下的工作原理及工作特性进行分析,推导出零电压开关软开关边界,并以软开关为约束条件,利用KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件优化算法得到全功率范围内的回流功率优化方案。该方案与所提虚拟直接功率法相结合并同时作用,当运行状态发生变化后,系统不仅可以有效减小变换器的回流功率,而且也能够增强变换器的动态响应速度。最后搭建MATLAB/Simulink仿真模型以及小功率变换器实验样机,通过不同控制策略下的对比实验,验证了该策略的正确性以及优越性。

双有源桥变换器电流应力优化的双重移相调制方式

为了减小双有源桥DAB(dual active bridge)变换器在双重移相DPS(dual phase-shift)调制方式时,由于变压器原、副边电压不匹配导致电流应力增大的问题,基于DPS调制方式,在不增加新的移相控制变量的前提下,改变内外移相角间的约束关系,提出了一种电流应力优化的新型移相IDPS(improved dual phase-shift)调节方式。分析了IDPS工作特性,建立电流与功率的数学模型;提出电流应力优化控制方法,并与传统DPS调制方式对比,分析电流应力与回流功率特性。最后搭建实验平台验证,提出的IDPS调制方式与传统DPS方式相比,降低了轻载与中载时的电流应力与回流功率。

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。

改进移相控制下PMSG-PET系统回流功率的优化

针对电力电子变压器作为风电系统并网接口系统存在回流功率的问题,通过优化电力电子变压器的控制方法,改进传统的双重移相控制方法,在传统双重移相控制的基础上,改变移相比D1、D2,使二者的组合达到最优,能够降低系统中的回流功率,提高系统效率,在Matlab中对改进控制方法后的系统进行建模与仿真。结果表明,改进前输出功率最小值大约为-5 kW,将改进后的移相控制方法应用到PMSG-PET系统中,改进后输出功率最小值大约为-1.5 kW。该控制方法能够有效降低系统回流功率,证明了改进移相控制方法的有效性。

基于PWM与双重移相混合控制的变换器及其工作特性研究

针对传统移相控制下变换器传输效率低下、软开关难以实现等问题,对PWM控制与双重移相混合控制下变换器的工作特性进行研究。综合分析现有控制方法的优缺点后,决定采用PWM与双重移相控制结合的混合控制方法。经对其工作原理、传输功率与软开关特性进行研究,并在Simulink中进行仿真验证,表明所设计的混合控制方法可在更大功率范围内实现软开关,且可显著减小漏感电流有效值和峰值,验证了该控制方法的可行性。

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。

基于双重移相控制的双有源桥DC-DC变换器的软开关

通过分析双重移相控制下双有源桥DC-DC变换器的工作模式与各桥臂IGBT实现软开关的约束条件,得出了满足软开关条件的高频变压器漏感参数设计方法与死区时间限制条件;根据变换器稳态运行各阶段电路状态数学模型的分析,实现了通过对电路参数的优化设计降低变换器开关损耗,从而提高双有源桥直流变换器的效率。最后,根据理论推导结果设计变压器漏感并试验,试验结果表明所提出的设计方法对增加软开关实现范围和提高变换器效率的有效性。

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。

基于双重移相控制的双有源DC-DC变换器的最优电流控制

针对双有源dc-dc变换器采用传统单移相控制时存在环流功率以及电压不匹配时电流应力过大的缺点,双重移相控制备受青睐。本文首先分析了双重移相控制的所有模态、并以其中一种模态为例分析了双重移相控制的工作原理,分别分析推导得出单移相和双重移相控制方式下双有源dc-dc变换器的传输功率和电流应力。在此基础上,分析推导了双重移相控制所有模态下电流应力最小的条件以及最优电流控制原理和实现方案,使双有源dc-dc变换器工作在电流应力最小状态,提高了效率。最后通过实验验证了最优电流控制正确性和优越性。

微电网储能系统中基于PWM加双重移相控制的双向DC/DC变换器研究

针对微电网储能应用中各储能装置以及直流母线存在的电压波动对变换器工作造成的不利影响、电路环流带来的损耗问题,在原边全桥-副边升压半桥隔离型双向DC/DC拓扑的基础上,提出了PWM配合双重移相的控制方法,分析了该方法在变换器端口电压波动情况下对变换器的各种工作特性带来的改善。针对单侧H桥双重移相控制仅在端口电压匹配时才能够在整个移相范围内消除功率环流的局限性,阐述了引入PWM控制后在消除功率环流上的改进,提高了端口电压在宽变化范围下系统的工作效率。建立了PWM配合双重移相控制变换器的数学模型,并与传统移相控制变换器特性做出定量的对比。设计了所提方法应用在微电网储能系统中的控制策略,并搭建了仿真模型,对控制效果进行了对比分析,验证了所提方法的有效性。

双重移相控制的双主动全桥变换器全局电流应力分析及优化控制策略

为了减小双主动全桥(DAB)变换器的功率损耗,考虑全局范围内不同传输功率及输入输出电压调节比,提出一种双重移相电流应力优化控制策略,通过分段优化两侧全桥内移相角和桥间外移相角,保证变换器全局范围内电流应力最优。首先对比分析传统单移相、扩展移相和双重移相传输功率特性,得出双重移相功率传输范围及灵活性优势明显,进一步建立双重移相控制所有运行模态的电感电流应力与电压调节比、传输功率及移相角之间的数学关系。在此基础上,推导得出所有模态下变换器工作在最优电流应力状态的移相角条件,并研究优化控制策略的实现方案。搭建5kW实验样机,进行全功率范围内应力与效率对比实验,实验结果验证了所提控制策略的可行性和优越性。

抑制DAB变换器回流功率的双重移相调制策略

双有源桥(Dual Active Bridge,DAB)变换器在传统双重移相(Dual Phase Shift,DPS)调制下,变压器两侧电压不匹配时,中小功率区域内回流功率较大。针对以上问题,提出一种抑制回流功率的双重移相(Dual Phase Shift for Reactive Power Suppression,DPS-RPS)调制策略。首先对DPS-RPS调制的工作原理进行分析并建立数学模型,基于该模型对电流应力进行优化。然后在电流应力最小化条件下分别对DPS调制和DPS-RPS调制的回流功率及电流应力大小进行对比。结果表明,相比较于DPS调制,DPS-RPS调制在中小功率区域内减小了回流功率的同时降低了电流应力。最后通过实验验证了所提DPS-RPS调制的可行性及有效性。

电压型双向全桥DC-DC变换器的双重移相控制

针对双向全桥DC-DC变换器,为降低电流应力和回流功率,提高转换效率,提出了一种新的电压型双重移相控制方式。首先分析了双重移相控制原理,推导出内、外移相角与输出功率、电压的关系,深入分析了IGBT实现软开关的充要条件,在此基础上提出了在满足软开关的条件下,对于给定电压实现最小回流功率的双重移相控制策略,得出内、外移相角的计算方式。最后,借助Matlab仿真工具建立系统模型进行试验,试验结果表明了所提出的控制方法的正确性和有效性。

一种改进的双向全桥DC/DC变换器双重移相调制

为减小隔离双有源全桥DC/DC变换器在传统双重移相(DPS)调制下非重载区较大的回流功率和电流峰值,这里提出一种改进的DPS(NDPS)调制策略。NDPS调制相比于传统DPS调制在非重载区基本无回流功率,且在相同的传输功率下大大减小了电流峰值,进而提高了变换器的效率。这里重新定义了NDPS的两个移相自由度,建立了NDPS调制的传输功率、回流功率和电流应力数学模型,并对比分析了NDPS和DPS调制在同一传输功率下的回流功率和电流峰值。通过对比分析可知,NDPS调制有效减小了在非重载区的回流功率和电流峰值,进而有效提高了变换器运行效率。最后通过实验验证了该移相调制策略的有效性。