基于双输入/双输出变换器的三端口变换器拓扑

从端口功率流动的角度揭示三端口变换器的拓扑构成和运行机理,由此提出组合式三端口和集成三端口变换器拓扑族的系统生成方法。从构造三端口变换器所需功率流为切入点,与双输入变换器和双输出变换器比较,并构造新的可控功率通路,得到了一系列三端口变换器拓扑并给出拓扑生成方法。给出由典型的Buck、Boost和Buck/Boost生成三端口变换器的拓扑实例,进行分析和实验验证。

L型双输出三电平变换器驱动开绕组电机研究

为简化驱动开绕组异步电机(OEWIM)的双逆变器结构,提出一种L型双输出三电平变换器(L-DO-TLC)拓扑。将T型三电平拓扑与九开关拓扑相结合,通过器件复用方式简化拓扑结构,仅需15个开关器件即可实现双三电平输出,有效降低了系统成本。首先详细分析了L-DO-TLC拓扑工作机理,采用含直流偏置的正弦脉宽调制(SPWM)策略实现了双端口独立输出。在此基础上,根据OEWIM驱动的特殊需求及所提拓扑特点,给出一种双端口互差120°OEWIM驱动接线方案并建立了系统数学模型,给出了电压空间矢量分布图。然后利用矢量解耦思想,对双输出端口调制度进行了研究,确立双端口互差120°OEWIM驱动的稳定运行区间。最后,对所提拓扑及控制策略的可行性和有效性进行了验证。

输入串联输出并联型三电平双有源桥变换器功率与电压平衡控制策略

针对三电平半桥型输入串联输出并联(ISOP)型双有源桥(DAB)变换器的各模块参数差异而导致的模块功率不均衡传输问题,该文首先分析多模块功率不平衡原因,然后提出基于三重移相(TPS)调制的串联侧功率平衡策略。针对ISOP系统多模块间参数差异问题,提出多模块参数差异估计方法,该方法无需增加额外的电流或电压传感器,通过注入强制分量作为扰动而采集反映模块差异的特征量变化,对控制量进行补偿实现多模块功率平衡。仿真和实验结果表明,在多种扰动条件下,所提功率平衡方法可实现样机串联侧均压,在输出电压24V工况和10~435W功率范围下,系统在所提控制策略下能明显提高串联侧的电压平衡,工作效率达到90%以上。

输入串联输出并联变换器的控制器设计及稳定性分析方法

输入串联输出并联(ISOP)变换器具有低电压、电流应力、模块化等优点,在高压至低压的功率变换领域得到广泛的应用。以输入电压平衡作为基本控制思想,结合ISOP变换器的等效双闭环控制框图,提出了相应的控制器设计方法及稳定性分析方法,在简化了控制器设计流程的同时提高了稳定性分析的可靠性。为了验证该方法的有效性,选取了双向高效能软开关DC-DC变换器——全桥LLC谐振变换器作为研究对象,对其小信号控制模型进行了进一步的推导和完善,并结合实例,完成了控制器的设计和稳定性的分析。最后,搭建了基于全桥LLC谐振变换器的2单元ISOP变换器实验平台,从起机过程、负载切换过程和功率平衡效果3个方面对上述结论进行了实验验证。

基于新型空间矢量调制策略的双输出?双级矩阵变换器研究

双输出-双级矩阵变换器(dual-output two-stage matrix converter,DO-TSMC)可以实现功率双向流动,其输出端9开关逆变级可以实现2组三相交流输出以驱动2组负载,同时也具有三相输入/输出正弦、输入功率因数可调等优点。在分析该变换器拓扑及其工作原理的基础上,提出了一种按照比例系数分配各逆变级作用时间的新型空间矢量调制策略,能够灵活地调节2组逆变级的输出电压范围,可以实现相同频率和不同频率2种模式输出,推导了在该调制策略下的输入电流、直流平均电流和2组逆变级输出电压及电压传输比的表达式。仿真算例结果验证了该策略的有效性。

一种新型大功率输入并联输出串联Buck半桥变换器

现有的升降压拓扑中双管Buck-Boost和双管Boost-Buck变换器较符合高效大功率场合的使用要求,前者结构简单,但电流纹波大;后者引入了2个电感,功率密度很难提高。提出了一种新型大功率并联输出串联Buck半桥变换器(input-parallel output-series Buck-halfbridge,IPOSBHB),分析了IPOSBHB的电路结构、工作原理及基本关系,并从电压电流应力、磁性元件总体积、效率这3个方面与双管Boost-Buck变换器做了对比,提出了一种基于组合开关方式的控制策略,实现了升降压的模式切换和恒压、恒流的输出特性,最后通过1台15 kW样机对所提出的理论进行了验证。

计及变换器输出电压约束的双馈风电机组故障电流特性分析

随着风电等可再生能源在配电网中渗透率的不断提高,准确分析其故障电流暂态特性已成为智能配电网保护与控制的基石。双馈风电机组是当前最主流的风电机型,当电网发生严重故障时,由于转子侧变换器(Rotor side converter,RSC)的容量约束,其转子电压会限幅输出,此时控制特性会迥异于轻度故障工况。然而,已有研究鲜有考虑RSC输出电压约束对故障电流的影响,从而无法准确反映真实的故障电流特性。针对该问题,首先建立了计及电流闭环控制和输出电压约束的双馈风电机组动态模型。在此基础上,推导出RSC输出限幅后转子故障电流的解析表达式。随后,揭示了RSC输出电压约束导致的控制器参数等效限幅特性,并得出闭环控制下的故障电流取决于控制参数的等效限幅值而非其设计值的结论。最后,在MATLAB/Simulink中搭建了1.5MW双馈风电机组接入电网的仿真模型,仿真结果验证了前述理论分析的正确性。

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%。

基于模型预测控制单电感双输出Buck变换器的仿真分析

针对光伏发电实际应用中单电感双输出(SIDO)Buck变换器存在固有交叉耦合影响的问题,文章在传统变换器的基础上,提出一种新型模型预测控制(MPC)算法。首先建立SIDO Buck变换器的状态空间平均模型,推导出目标模型的输出预测;其次优化控制算法,获得跟踪参考的最优控制输入。相较于经典PI控制,所提MPC算法不但具有优越的电压跟踪性能,还有效地减少了多路输出之间的交叉耦合影响,极大地提高了变换器的性能。最后,通过MATLAB软件进行仿真,验证了基于SIDO Buck变换器的MPC算法的正确性和可信性。

基于扩张状态观测器的单电感双输出Buck变换器滑模解耦控制

针对单电感双输出Buck变换器输出支路在发生负载扰动时存在交叉影响严重、瞬态响应慢的问题,提出了一种基于扩张状态观测器(ESO)的滑模解耦控制策略.首先考虑负载扰动问题,将系统模型转化为输出电压偏差模型,设计了主路ESO对负载扰动进行估计,并将干扰估计信息补偿到主路开关管的改进型趋近律反步滑模控制器.其次考虑支路耦合问题,将一支路依据自抗扰范式拟合为独立系统,其中支路耦合项和外界扰动被视作总扰动,设计了支路ESO对其进行估计,基于干扰估计信息和滑模控制算法在支路开关管构造了滑模自抗扰控制器.最后利用Lyapunov理论证明了主、支路控制器的闭环稳定性.仿真结果表明,该控制策略使得支路间的交叉影响显著减小,并提升了系统瞬态响应速度.

一种高降压比双输出Buck变换器的分析与设计

为解决传统单电感双输出SIDO(single-inductor dual-output)Buck变换器降压比低的问题,引入了二次型单元,提出一种高降压比双输出Buck变换器。对高降压比双输出Buck变换器的工作原理进行了深入分析,发现其存在4种工作模式,求出了变换器的电压增益表达式,得到了各个工作模式的临界电感,总结出了工作模式与电感和负载之间的关系。建立了各个工作模式的纹波电压解析式,并分析了纹波电压与电感的关系。以电感纹波电流和电容纹波电压为约束条件,获得了电感和电容的设计公式。搭建了实验平台,实验结果验证了理论分析的正确性。

双输出三电平移相全桥变换器原边电压跌落分析

以双输出三电平移相全桥变换器为研究对象,首先介绍了拓扑结构和调制方式。其次,结合开关函数分析了全桥逆变单元的换流过程,研究发现死区时间导致原边电压出现跌落,原边电压跌落引起总谐波系数增大,增大变压器漏感可以消除原边电压跌落。然后,推导了变压器漏感与原边电压跌落时间、副边占空比丢失时间和移相占空比的数学关系,漏感的最佳取值为消除电压跌落对应的最小漏感值。最后,利用样机进行了实验验证,实验结果证明了理论分析的正确性。

电压控制正极性输出罗变换器的改进平均模型建模及稳定性分析

基于平均建模法并考虑到正极性输出罗(positive output super-lift Luo,POSL Luo)变换器中能量传输电容电压存在突变的事实,建立了POSL Luo变换器的改进平均模型,推导并分析了POSL Luo变换器输出电压对占空比的传递函数.建立了电压控制POSL Luo变换器的输出电压对基准电压的传递函数,分析了系统的稳定性.采用PSIM软件进行电路仿真以及设计硬件电路进行电路实验,以PSIM仿真结果和电路实验结果验证了模型的有效性和理论分析的正确性.研究结果表明:相比于POSL Luo变换器已有的平均模型,采用本文的改进平均模型可有效的分析POSL Luo变换器的特性及电压控制POSL Luo变换器的稳定性.

单电感双输出Buck变换器控制方法分析

单电感双输出(SIDO)Buck变换器控制方法很多,不同的控制方法有各自的优缺点。在SIDO Buck变换器的控制方法的选择中,两路输出电压的纹波和交叉影响是两个最重要的参考因素。针对以上两点,本文对现有的SIDO Buck变换器的控制方法进行较为系统的阐述,主要包括连续导电模式下的电压控制方法以及断续导电模式下的分时复用控制方法的仿真对比分析。仿真结果对深入了解单电感双输出Buck变换器的控制方法以及控制方法的选择上具有重要意义。

输入串联/输出并联单端反激变换器的研究

由于开关管耐压等级的限制,导致了单个开关电源的功率等级不高。因此,对输入串联/输出并联的变换器进行了研究,其核心问题是输出并联分流不均所导致的模块间输出功率不平衡。在基于输入串联/输出并联单端反激变换器拓扑的基础上,首先分析了模块的工作状态并为其建立了交流小信号等效电路;其次,对变换器输入串联均压和输出并联均流关系进行了论证,以此,提出了一种基于解耦式双均闭环输入串联/输出并联的单端反激变换器拓扑;最终,在理论推导的前提下,搭建了相应的仿真模型,良好地实现了变换器的输入串联均压/输出并联均流,成功地降低了开关管的电压应力,验证了研究所提控制策略的有效性。

单电感双输出Boost变换器的目标全息反馈非线性控制

单电感双输出Boost变换器具有非线性特性且输出端存在交叉调节,这给控制器的设计带来困难。为此文中采用目标全息反馈非线性控制方法对单电感双输出Boost变换器的控制器进行设计,以减少系统的交叉调节和其非线性特性带来的问题。首先,建立所研究系统的仿射非线性模型,选取系统状态变量与其对应的参考值形成偏差方程,并令该方程符合布鲁诺夫斯基标准型。然后使用线性最优控制理论对偏差方程形成的线性系统进行设计。同时文中还推导出目标全息反馈非线性控制方法的控制本质是可通过选取反馈参数来配置变换器系统的极点。最后仿真实验结果证明了采用的目标全息反馈非线性控制策略相比于共模差模电压控制策略有着更强的鲁棒性和更快的调节速度,并能有效的抑制系统的交叉调节。

超级电容充电三电平双输出直流变换器设计

针对电磁发射系统超级电容储能需求,设计了一种适用于中压直流输入的三电平双输出直流变换器。分析了变换器的拓扑结构,设计了移相脉宽调制方式,计算了主要元件的参数取值,建立了变换器小信号模型。针对两相超级电容电压不均问题,提出了最大输出电流反馈恒流控制策略,并进行了仿真验证和硬件在回路实验验证。在此基础上,按照设计参数制造了一台实验样机,实验结果验证了最大输出电流反馈恒流控制策略的有效性。

负输出罗氏变换器实用性剖析

负输出罗氏变换器系列能完成从正到负的ＤＣ／ＤＣ升压变换。文中以负输出罗氏三举变换顺为例进行了分析、稳定性评估、测试和仿真，并给出了设计实例。论述结果充分证明：这顺确定具备结构简易价廉、纹波小、稳定性好、效率高、功率密度高等优点，实用性好、应用价值大。

带有LC串联谐振功率自均衡单元的模块化光伏直流升压变换器

该文基于半有源桥(SAB)结构,提出一种带有LC串联谐振功率自均衡单元的输入独立输出串联(IIOS)型光伏直流升压变换器。该变换器采用半有源桥隔离变换器作为子模块单元,实现输入输出电气隔离以及最大功率点跟踪(MPPT)控制,并通过多个子模块单元输出串联实现端口电压匹配以满足直流并网要求。在LC功率均衡支路作用下,该变换器能实现各子模块输出端口的均压控制,控制方法简单,二次侧通过器件复用进一步减少了开关管使用数量,且原二次侧所有开关管均能实现零电压开通(ZVS),效率较高。针对起动时可能产生的系统过电流及谐振电容过电压问题,提出软起动控制策略,保证了系统的可靠性。基于Matlab/Simulink仿真证明了所提变换器工作原理和子模块输出均压方法的可行性,最后通过搭建输出功率600 W三模块小型样机进行了实验验证。

多路输出正激式变换器耦合滤波电感的设计

分析了具有耦合滤波电感的多输出正激式开关电源电路,对比了有耦合和无耦合滤波电感对电路参数的影响,介绍了耦合滤波电感的设计方法。