宽增益高效率CLLLC变换器的变频双移相调制策略

在输入电压宽范围变化时,变频调制CLLLC变换器存在开关频率变化范围宽的问题,而移相调制CLLLC变换器难以实现宽范围零电压导通(ZVS)。为了实现宽输入电压CLLLC变换器的高效率,该文提出一种变频双移相调制方法。通过同时调节开关频率、一次侧全桥和二次侧全桥之间的移相角,拓宽CLLLC变换器的增益并提高其效率。采用时域分析法求解变频双移相调制CLLLC变换器的电压增益与谐振电感电流有效值,并分析频率以及移相角对电压增益和谐振电感电流有效值的影响。最后,通过搭建一台100~300 V输入、48 V/400 W输出的实验样机,验证了理论分析的正确性。

固态变压器中隔离双向DC/DC变换器扩展移相下虚拟电流控制策略

该文以固态变压器后级隔离双向DC/DC变换器为重点研究对象,提出一种扩展移相下虚拟电流控制策略。通过分析后级变换器在扩展移相传输功率下相移量关系以获得最小电流应力最优解来提高变换器的传输效率,减少器件损耗。同时通过虚拟电流控制思想在线估算传输功率来提高系统动态响应性能,减少电流传感器使用。最后,对该文所提出的扩展移相下虚拟电流控制与扩展移相控制进行实验对比分析,验证了扩展移相下虚拟电流控制策略具有降低电流应力,显著提高变换器的动态响应的优点。

基于扩展移相的ISOP-DAB变换器混合优化控制方法

输入串联输出并联-双有源电桥(ISOP-DAB)变换器多应用于大功率高电压场合,为降低ISOP-DAB变换器的电流应力并提高系统的动态性能,本文提出一种基于扩展移相调制混合优化控制方法。首先分析在扩展移相下变换器的工作模式和功率模型,通过拉格朗日优化算法获取电流应力最优的相移组合,并结合虚拟电压均衡控制方案,以应对负载突变或输入电压扰动状态,同时结合变换器的结构特征使用输入电压均值完成模块间功率的动态平衡。最后,将混合优化控制方法、基于单移相的虚拟功率控制和传统的扩展移相优化控制进行对比实验。实验结果证明了混合优化控制在功率均分的同时可以实现电流应力优化,提高能量传输效率,同时也显著地改善了变换器在扰动情况下的动态特性。

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。

双有源桥DC-DC变换器三移相调制及其死区效应分析和补偿

针对双有源桥(DAB)变换器宽电压范围应用,该文研究一种全工况连续、表达形式统一、计算量小的三移相(TPS)调制策略,并分析其功率传输特性及软开关性能。结合工程应用中的非理想因素,对TPS调制不同开关模式下的死区效应及其边界进行研究,给出DAB宽电压范围运行时避免电压跌落和极性反转的约束条件。针对死区引入的移相比损失、软开关范围减小等问题,提出一种基于开关脉冲调整的死区补偿策略以补偿移相比损失,重新获取全工况软开关范围,降低死区引入的附加电流应力及损耗、提升效率。最后通过仿真和实验验证所提策略的有效性。

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。

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。

多级离散扩展移相控制双有源桥DC-DC变换器的原理、参数设计与性能

该文提出一种双有源桥(DAB)DC-DC变换器的多级离散扩展移相(MD-EPS)控制,旨在提升DAB DC-DC变换器系统的动态响应性能。同时,考虑效率优化,兼顾额定功率范围、输出电压纹波等性能指标,研究MD-EPS控制的离散参数分布方式对控制性能的影响及参数设计方法。通过搭建160 W小功率实验样机对MD-EPS的控制性能进行了验证。实验结果表明,与传统扩展移相控制相比,DABDC-DC变换器的MD-EPS控制能够大幅提升变换器系统的动态响应速度(响应时间缩短99.95%),最高效率为94.54%。

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。

分数阶移相全桥变换器的建模与优化控制

基于电路中的分抗元件具有非整数阶特性,利用分数阶微积分理论和状态空间平均法,对分数阶移相全桥变换器进行建模与优化控制分析。建立了移相全桥变换器的分数阶状态平均方程,研究电感和电容的分数阶特性对移相全桥变换器频域特性的影响。结合遗传算法的优点,得到满足误差绝对值积分的最优分数阶比例积分(PIλ)控制器参数与最优整数阶比例积分(PI)控制器参数,并搭建了分数阶移相全桥变换器的电路仿真模型与不同控制器的仿真模型,进行了不同控制器、不同工况和负载变化下电路仿真结果的比较。结果表明:相较于整数阶PI控制器,分数阶PIλ控制器能够提供更优的控制性能,使分数阶移相全桥变换器具有更快的响应速度、更好的稳态性能和更强的鲁棒性。

移相全桥变换器的设计及先进算法的应用研究

选取移相全桥ZVZCS DC/DC变换器,分析所选拓扑的工作过程、设计关键参数,用Saber软件对软开关电路进行仿真,验证设计的正确性,并充分反映拓扑结构的高效特性,为实际电路的研究提供依据。同时,针对移相全桥DC/DC变换器这种强非线性系统,提出模糊自适应分数阶PI^(λ)D^(μ)先进控制算法,用Saber与Matlab软件协同仿真的方式进行变换器闭环仿真,结果表明:相较于传统PID,模糊自适应分数阶PI^(λ)D^(μ)先进控制算法的动态性能更佳。

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SiC器件的全砖2 kW移相全桥高压DC/DC变换器设计

采用SiC器件研制了一款全砖2 kW输出的移相全桥DC/DC变换器,并运用原边钳位二极管电路对输出整流管的电压尖峰进行抑制。现首先介绍移相全桥软开关拓扑的工作原理和整流管尖峰抑制电路,随后对变换器的关键参数进行设计,并给出了实验结果。实验结果表明:该变换器实现了功率管零压开关工作,原边钳位二极管对整流管的电压尖峰有明显的抑制作用,变换器最高转换效率高达97%,可广泛用于高压输入的供电系统。

CLLLC谐振变换器变频移相控制策略

针对CLLLC谐振变换器存在脉冲频率调制(PFM)的电压增益范围不足、移相调制(PSM)下只能实现降压功能、负载投切扰动对输出电压影响较大问题,提出了一种可分别调节开关频率与移相比的变频移相控制方法。该方法可以根据输入电压范围自由切换控制模态,实现宽电压范围软开关;通过引入线性自抗扰控制(LADRC)策略,减小了负载投切扰动对输出电压的影响,并与传统PI算法进行了对比。最后,通过PLECS仿真验证了理论分析的正确性和控制策略的有效性。

计及边端效应的直线式移相变压器等效电路分析

直线式移相变压器是一种新型移相变压器,具有绕组结构简单、易于模块化和可任意角度移相的优点。其直线型结构导致变压器存在边端效应,进而导致气隙磁场产生畸变。为了计算出边端效应产生的影响,该文从直线式移相变压器的磁场进行深入分析,并建立计及边端效应的等效电路模型。首先,基于一维场理论对直线式移相变压器进行数学分析,根据场路复功率相等的原则,推导出等效电路二次侧参数,并计算出边端效应修正系数;然后,根据边端效应的分析结果和直线感应电机的等效电路拓扑建立计及边端效应的等效电路模型;最后,通过直线式移相变压器的二维有限元仿真模型和小功率样机的实验,验证了建模方法的合理性和等效电路模型的准确性。

基于扩展移相的隔离型AC-DC变换器零矢量PWM调制策略

传统隔离型双向AC-DC变换器多为两级式结构,变换器效率低、控制系统复杂,现有的单级式解决方案通常依赖大量实时计算,难以兼具低电流应力、宽软开关范围和高功率传输能力特性。为此,该文设计基于双有源全桥的新型单级隔离型双向AC-DC谐振变换器,提出一种含有零矢量的复合频率调制策略。从高频开关周期入手,利用数学推导,证明所提方案在实现自动功率因数校正功能的同时,可降低开关器件的开关频率,免除附加吸收电路,实现交直流全桥的软开关,且几乎无功率回流,从而有效提升变换器的功率传输能力,所提单变量调节方法简化控制系统设计。最后,搭建额定功率为450W的仿真和实验平台,证明理论分析的正确性和调制策略的可行性。

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。

一种增强型全桥移相变换器

提出了一种增强型全桥移相(Full Bridge Phase-shift,简称FBP)软开关变换器。通过在谐振电感的一端增加辅助二极管和并联辅助电容的方法,实现了滞后桥臂开关管的完全零电压开通,同时抑制了输出整流管的尖峰电压和振荡。分析了所提出的电路的工作状态和工作时序。实验结果表明提出的方法是可行的。

基于扩展移相控制的高频DAB变换器ZVS控制方法

双有源桥(Dual Active Bridge,DAB)在需要高效能量双向流动的工作场景有广泛的应用。在高开关频率工作时,变换器开关器件结电容充放电时间无法忽略,导致扩展移相控制下DAB零电压开通(Zero Voltage Switching,ZVS)范围断续。通过分析扩展移相控制下双有源桥DC-DC变换器工作模态,建立高开关频率工况下DAB变换器数学模型,提出一种利用磁化电流扩宽ZVS范围的方法。在此基础上,结合电感电流应力优化算法,提出一种适用于高频工况应用的电流应力优化下的软开关控制策略。采用该控制策略,可以有效减小导通损耗,消除开关损耗,显著提升高开关频率下的变换器效率。搭建400 kHz实验样机,验证控制策略有效性。