级联Boost变换器输出电压纹波分析

级联Boost变换器含有两个LC滤波器,呈现四阶动力学特性,具有宽输入电压范围的特点。其输出电压纹波与电感、开关周期、电容和负载等因素有关,其中输出电压纹波受电容等效串联电阻影响较大。采用时间平均等效原理对级联Boost变换器进行直流稳态分析,分析了两个电容等效串联电阻对输出电压纹波的影响,由理论分析可知电容C1的等效串联电阻对输出电压纹波影响较小,电容C2的等效串联电阻对输出电压纹波影响较大。采用谷值电流控制策略,保证了变换器稳定地工作在较高直流电压传输比的情况下,避免了次谐波振荡现象。实验验证了理论分析的正确性。

磁集成开关电容高增益级联Boost变换器

为进一步改善基本级联Boost变换器的电压增益等关键性能,提出了一种磁集成开关电容高增益级联Boost变换器。该变换器利用拆分开关电容的两个倍压单元,使之与级联变换器的前级储能结构重新组合,同时将磁集成技术应用其中,一方面实现高电压增益,同时减小开关管的电压应力与电感电流纹波。分析变换器的各个工作模态,推导出性能参数,给出了磁集成设计方案,最后通过仿真和实验样机实验,验证了理论分析的正确性。

磁集成开关电感高增益级联Boost变换器

提出一种改进型具有开关电感单元的磁集成高增益级联Boost变换器,该级联变换器采用开关电感单元代替传统级联Boost变换器的储能电感并将电感进行耦合集成。改进后的变换器较传统Boost变换器的电压增益提高(1+D)^(2)/(1-D)倍,较传统级联Boost变换器的电压增益提高(1+D)^(2)倍,且电感电流纹波减小到其15%以下。通过分析变换器工作原理、推导出电压增益及等效电感的表达式,设计出耦合电感的集成方案,并利用仿真和实验验证了集成方案的正确性,可充分表明改进型级联Boost变换器具有更佳的工作性能。

高压差升压级联Boost变换器效率最优分析

级联boost变换器可实现大压差的升压,它的级数和中间电压的选择是影响效率的主要因素之一。本文通过对级联Boost变换器主要损耗的分析,推导了它们的效率公式,进而得出两级、三级Boost变换器中间电压和效率的关系。以输入28VDC输出400VDC功率400W的指标为例,得出分别用三种变换器来实现的效率曲线,进行了效率对比,进行级数和中间电压的最优选择,并用实验进行了验证。

基于新型CD单元的两相交错并联高增益Boost变换器

为减少基于电容-二极管(CD)升压单元的两相交错并联高增益Boost变换器的CD单元数量,提升变换器电压增益,提出一种最后两级CD单元电容并联充电、串联供电的新型两相交错Boost变换器拓扑结构,进一步发挥CD单元的升压能力。分析新型3CD、4CD两相交错并联Boost变换器的拓扑演化过程,提出新型NCD两相交错并联Boost变换器的拓扑演化规律。以新型4CD两相交错并联Boost变换器为例,分析变换器工作原理,以及电感、电容寄生电阻对变换器电压增益的影响。最后在StarSim硬件在环实验平台搭建1 kW的新型4CD单元交错并联Boost变换器,验证该文所提拓扑的正确性。

一种基于分数阶微积分的CCM Boost变换器准在线无源参数的数字孪生辨识方法

由于具有高性价比、准确性和数字化等优点,数字孪生已成为电力电子变换器故障趋势判断和预知维护的先进技术。针对当前电力电子变换器所建立的数字孪生模型尚未考虑实际电感、电容的分数阶特性的问题,基于分数阶微积分构建电力电子电路的预估-校正数字孪生模型,应用基于粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法的孪生参数辨识方法对不同分数阶阶次下的电感值(L)和电容值(C)进行辨识,并计算出等效串联电阻。通过与现有方法对比,该方法不仅提高了实际电感和实际电容的辨识精度,还能辨识出不同阶次下与不同C下的分数阶参数。最后,搭建不同L和C及分数阶阶次的连续导通模式Boost变换器物理样机,并考虑不同工况条件与不同辨识次数等因素来进行实验验证。实验结果验证了所提模型与方法的有效性。

电压模式控制Buck与源变换器级联的稳定性分析

不同的变换器之间构建一个级联系统,相互作用是其核心问题.在电压模式控制下Buck与其他变换器级联可能产生性能退化和不稳定.本文利用Buck变换器的小信号模型,设计了使变换器具有良好动态性能的PI控制器.提出了阻抗比判据通过图形化判定,以Nyquist稳定判据来评估此级联系统的稳定性,并构建了闭环级联变换器的仿真模型,提供了一个在电压模式控制下Buck变换器在级联应用的解决方案,以保持级联系统的稳定性和良好的动态性能.

分数阶Boost变换器的混沌控制研究

基于电容电感均为分数阶的事实,对分数阶连续导通模式Boost变换器的非线性动力学特性进行分析,提出了基于优化参数共振微扰法的分数阶Boost变换器混沌控制策略。首先,采用预估-校正算法建立了峰值电流控制分数阶Boost变换器的预估-校正模型,通过分岔图详细分析了电路参数对变换器非线性动力学特性的影响。然后,采用优化参数共振微扰法对变换器进行混沌控制,推导了系统的稳定判据,计算了扰动信号的最优幅值与相位。最后,在MATLAB/Simulink中进行仿真实验。研究表明,选择合理的扰动信号,能够有效抑制变换器的混沌现象,使变换器由混沌回归稳定状态。与参数共振微扰法相比,优化后的控制策略提高了系统的鲁棒性。仿真结果验证了所提策略的有效性。

引入负载扰动观测的Boost变换器定频滑模控制

针对传统线性控制方法下Boost变换器存在系统动态性能差和对负载扰动鲁棒性不强的问题,从功率平衡的角度提出1种定频滑模电流控制方法。首先,利用负载电流观测值计算维持输出电压稳定所需的输入功率;其次,通过控制电感电流调整变换器输入功率,从而将系统的状态轨迹限制在对负载扰动具有不变性的滑模面上,保证系统大信号稳定并提升其动态性能;最后,基于等效控制原理,通过PWM技术实现等效滑模控制,避免了传统滑模控制中存在的抖振及开关频率不稳定问题。在Simulink中对Boost变换器负载阶跃变换的工况进行仿真,将所提方法与传统线性控制方法对比。结果表明,采用所提方法,系统的动态性能更好,且能保证系统在负载大范围扰动下的大信号稳定。

基于能量模型的临界导通模式Boost变换器软开关方法

在变换器高频化发展的趋势中,功率器件的软开关实现对变换效率的影响更加突出。无辅助电路的临界导通工作模式下,Boost变换器主开关管在特定增益下无法实现软开关。为此,该文提出一种能量模型及相应的软开关实现方法。首先,建立死区前后储能元件能量变化的数学模型。然后,结合死区起止时刻的能量平衡方程,研究软开关无法实现的电路机理。在此基础上,考虑开关管输出电容非线性特征,提出软开关实现方法,避免了复杂谐振过程的时域精确建模,提高软开关实现的准确性。最后,搭建500W实验样机进行实验,结果表明,相较于对谐振过程建模的传统时域模型,所提方法将实际开通电压降低47%,使峰值变换效率提升0.4%,进而验证了其有效性。

基于预估-校正算法的分数阶Boost变换器倍周期分岔研究

基于电感电容本质是分数阶的事实,对分数阶Boost变换器的非线性动力学特性进行了深入研究。采用分数阶微积分的预估-校正算法,建立了Boost变换器的预估-校正模型,在此基础上得到了以参考电流、输入电压以及电容电感阶数为分岔参数的分岔图,研究了变换器的倍周期分岔和混沌行为,同时与整数阶Boost变换器的非线性动力学行为进行了比较。研究结果表明,在一定的工作条件下,随着变换器某些电路参数的变化,分数阶Boost变换器会出现分岔和混沌等非线性现象;在相同电路参数的条件下,整数阶和分数阶变换器的稳定参数域之间存在差异,与整数阶变换器相比,分数阶变换器的参数稳定区域更小,更真实地反映了Boost变换器的非线性动力学特性。

基于R-L分数阶定义的PCCM Boost变换器建模与分析

研究了基于R-L分数阶定义的电感电流伪连续PCCM(pseudo-continuous conduction mode)Boost变换器模型,并由此导出了变换器的状态平均模型,然后推导出升压比,直流静态工作点,电感电流波纹以及输出电压波纹的表达式。结果表明,与基于Caputo分数阶定义下的变换器模型相应表达式比较,R-L分数阶定义下的直流静态工作点和升压比不仅与占空比相关,而且还与电感和电容的阶数有关,输出电压波纹的表达式不仅与分数阶电感的阶数α有关,与分数阶电容的阶数β也相关。电感和电容的阶数对状态变量的直流分量和分数阶PCCM Boost的稳态特性有很大影响。最后,在MATLAB/SIMULINK中搭建了R-L分数阶PCCM Boost变换器数学模型和电路模型,仿真结果显示R-L分数阶PCCM Boost变换器模型的分析结果比其他PCCM Boost模型的分析结果更加稳定,误差更小。

基于共同二次Lyapunov函数的频率可控的Boost变换器切换律

针对最小型切换律开关频率过高难以应用于工程实际的问题,建立了Boost变换器CCM运行的切换系统模型,基于共同二次Lyapunov函数提出1种新的切换律。根据切换律的数学表达式,分析变换器的稳态性能及动态性能,描述该切换律对变换器开关频率的调节机制。仿真及实验表明,在该切换律的作用下,Boost变换器开关频率可控,不会出现切换系统特有的芝诺行为,且与现有控制策略相比,变换器的动态性能好,在受到外部扰动时电压波动更小,调节时间更短。

四相交错Boost变换器的解耦均流控制方法

交错并联Boost变换器通常采用双闭环控制输出电压,均流环平衡电感电流。但是,在变换器的控制过程中,双闭环与均流环往往存在耦合问题。为此,提出了一种主从均流解耦的控制方法,削弱双闭环与均流环控制时的耦合关系。首先,介绍了四相交错并联Boost变换器的拓扑结构及工作原理,建立小信号数学模型,并推导出传递函数;其次,阐述了双闭环与均流环的解耦的条件,提出了一种双闭环与均流环的解耦的控制策略,实现双闭环与均流环之间的解耦;最后,在PSIM中搭建了四相交错并联Boost变换器仿真平台,进行四相交错并联控制。仿真结果表明,采用主从均流解耦的控制方法后,输出电压波动明显降低,证明了所提方法的可行性和有效性。

Boost DC-DC变换器连续导电模式解析

DC-DC变换器是“电力电子技术基础”课程的重要入门变换器,优选教学内容并合理布局,有助于学生养成良好的学习和思维习惯。根据电感电流的连续性以及负载电阻供电来源的差异性,Boost DC-DC变换器具有多种工作模式,包括连续导电模式(CCM)、临界导电模式(CRM)和断续导电模式(DCM)。其中CCM又可分为电感完全供能模式(CCM-CISM)和电感不全供能模式(CCM-IISM)。在理论分析和推导CCM-CISM与CCM-CISM临界电感表达式基础上,对几种典型工作模式采用Matlab/Simulink进行仿真验证。所得结果有助于加深学生对Booost DC-DC变换器工作原理的理解,引导学生学会深度思考和自行仿真验证随时产生的设想。

基于级联H桥变换器的光伏并网系统研究

H桥型多电平变换器的研制工作已经进入较为深入的发展阶段,技术较为成熟、稳定。文章以单一H桥变换器的基本原理为基础,分析了级联H桥多电平变换器的发展、工作原理以及相关拓扑结构。为了研究级联H桥变换器光伏并网系统,文章对光伏并网系统进行了建模和分析,并分析了Boost变换器的工作原理,介绍了最大功率点跟踪算法,并对两级H桥变换器三相光伏并网系统进行了仿真与分析,验证了级联H桥变换器光伏并网系统能够达到很好的发电效果。该研究为光伏发电系统的应用提供了良好的支撑。

具有零电压开关的高升压半桥Boost变换器

为了解决半桥Boost变换器电压增益低、开关管电压应力高、硬开关等问题,通过在半桥Boost变换器中级联一组耦合电感升压结构,提出一种变换器以实现较高的电压增益和较低的开关管电压应力。利用耦合电感的漏感,实现所有开关管零电压开关(Zero-voltage-switched,ZVS)和所有二极管零电流开关(Zero-current-switched,ZCS),有效降低开关损耗。此外,所提出的变换器还具有公共接地和连续输入电流的优点。分析变换器的工作原理,给出变换器的各项性能参数以及变换器开关管实现ZVS导通的条件。对比其他高升压变换器,所提变换器具有较高的电压增益和较低的开关管电压应力。最后搭建一台200 W的试验样机,验证所提变换器原理的正确性。

基于级联式多电平变换器的静止无功补偿器拓扑研究

电力系统实时无功补偿对提升电能质量至关重要,传统的无功功率补偿常采用大容量的电抗器、电容器,体积大、重量大、效率低。静止无功补偿器采用全控开关器件构成,具有可控,动态响应速度快,损耗低,效率高的优点。以单相H桥为级联单位串联而成的级联式多电平变换器可通过对各个H桥进行移相控制,输出多电平波形,提高输出电压正弦度,降低谐波含量,减小滤波器的体积,且具有扩展性强,适应性强,实现容易等优点。介绍了级联式多电平变换器的拓扑与工作原理及适用于该变换器的基于三角载波移相技术的PWM调制策略,通过降低开关管的开关频率,提高系统的效率。最后搭建了仿真模型验证了该拓扑与调制策略的有效性。

多电平高压级联Boost直流变换器研究

提出一种基于三电平结构的多电平级联Boost直流变换器,采用模块化及相应载波移相调制技术,使该变换器可以灵活用于高频隔离型高压直流变换器前端及高频隔离型高压PFC中间级。基本的三电平模块是由P-cell,N-cell单元构造而成,并且能够提供2个相同输出电压同时获得1倍于开关频率的等效频率。首先详细分析了多电平级联Boost DC-DC变换器在载波移相调制下的电路工作原理及电感电流与电容电压波纹特性,并讨论出不同占空比下的输入输出电压关系以及电感电流的趋势。最后,搭建功率5.3 k W的实验装置来验证多电平级联Boost变换器的工作特性。

级联H桥变换器IGBT开路故障分析与冗余方法研究

级联H桥变换器包含了大量的开关器件,往往面临严峻的可靠性问题。该文从电路特性和调制过程两方面对级联H桥变换器IGBT开路故障的影响规律进行分析,并提出一种基于调制重构的级联H桥变换器IGBT故障冗余方法。该故障冗余方法通过重构变换器调制过程,使H桥从故障中恢复运行,且发生开路故障的单元依然具有部分功率传输能力,提高了级联H桥变换器开路故障的处理能力。