五电平逆变器钳位电容平衡控制策略研究

为了避免中点钳位/H桥五电平逆变器拓扑结构中因直流母线上存在2个钳位电容而造成母线中点电位平衡控制较为复杂的问题,介绍了一种由单电容钳位的三电平拓扑与半桥组合形成的五电平逆变器拓扑。该五电平逆变器拓扑只需要保证一个钳位电容在每个三角载波周期内充、放电时间相等,即可实现钳位电容电压平衡控制。对此提出一种新型的SPWM控制策略,该策略采用方向相反的2个调制波对正、负半周期交错的三角载波进行调制,从而实现钳位电容充、放电平衡。以单相电容钳位五电平逆变器为例,对其拓扑结构和工作原理进行了详细分析,提出了钳位电容平衡控制策略,并通过仿真研究和实验结果验证了所提控制策略的正确性与可行性。

一种基于电容主动钳位式混合式直流断路器

混合式直流断路器兼具机械式直流断路器的静态特性与固态直流断路器的动态特性,具有较快的开断速度和较低的通态损耗,是应用于中高压直流输配电系统的优选技术方案。然而,基于模块级联的混合式直流断路器存在投资成本较高、避雷器吸能较高、不具备故障性质判别能力等问题,限制了断路器的工程化应用。该文在现有结构的基础上进行一定的改进,提出一种基于电容主动钳位式混合式直流断路器。主要利用电容电压钳位换流站侧电压,避免了换流站电压迅速跌落的同时降低了换流站侧的故障电流峰值。此外,电容电压还可作为线路故障和重合闸时的辅助判据。针对所提结构进行了详细的理论推导和分析,在PSCAD/EMTDC中建立四端直流环网对所提结构进行验证,并与原有方案进行对比。仿真结果证明所提结构可行且相对原有方案具备一定优势。

基于占空比主动调节的钳位开关电容型DC/DC解耦控制策略

钳位开关电容型DC/DC(Clamping Switched Capacitors-based DC/DC,CSC)是构建具有直流故障自清除能力直流变压器的有效模块。由于传统控制策略下的CSC中直流电压与电容电压存在着耦合效应,直流电压的变化将直接引起电容电压与交流环节电压幅值的变化,使得CSC在两端直流电压不匹配时可能发生软开关丢失、电流应力增大、功率损耗增加等运行性能下降的现象。鉴于此,为改善CSC在直流电压不匹配时的开关及效率性能,提出了一种基于可变占空比的CSC电容电压解耦控制策略。该策略可以在CSC的整个运行范围内保证交流电压幅值的自动匹配,对于改善CSC的整体运行性能具有明显效果。基于试验样机,验证了所提控制策略的正确性与有效性。

电容钳位型LED均流电路

高亮度发光二极管(LED)自身导通压降的离散性及负温度系数特性使得多个LED串并联时出现各串电流不均衡的现象。提出了一种简洁的电容钳位型LED均流电路,各LED支路串联的开关管轮流交错导通。利用各LED支路间跨接的钳位电容在一个周期内的电荷守恒,实现了多路LED串的均流。对电路的均流原理、参数设计进行了详细的理论分析,在此基础上,进行了三支路均流的实验验证,实验结果表明所提出的电路具有良好的均流效果,控制方式简单,电容、开关管两端电压应力低,无磁性元件,便于集成。

基于电容钳位的FB-ZVZCS变换器的小信号建模

提出了一种在二次侧增加电容钳位电路以简化全桥零电压零电流开关(FB-ZVZCS)变换器设计的方法。基于普通移相全桥的模型基础上,推导了该拓扑的小信号模型,最后给出了仿真波形和试验波形,验证了该方法的正确性。

电容钳位多电平逆变器的新型相移空间矢量控制

针对电容钳位多电平逆变器传统载波相移PWM方法的线电压谐波高、电容电压不易稳定控制、电压利用率较低等问题,提出了一种新型相移空间矢量调制(PS-SVPWM)策略。将传统PS-SVPWM引入到多电平电容钳位逆变器中,虽然提高了电压利用率,平衡了电容电压,但不能有效降低线电压谐波;对空间矢量调制中的三角载波进行改进,提出了新型PS-SVPWM策略。该方法在具备以上优点的基础上,有效降低了线电压谐波。以三电平电容钳位逆变器为例,详细阐述了新型相移空间矢量控制策略的调制原理,对于多电平电容钳位型逆变器,只需分层调制,省去大量的扇区划分和数学计算。以电容钳位三电平和五电平逆变器为例进行仿真验证,结果证明了该调制策略的正确性和有效性。

基于钳位开关电容的高频模块化直流变压器

直流变压器是构建直流配电网的核心设备。鉴于此,为了促进直流配电网的工程化进程与运行可靠性,提出一种基于钳位开关电容的高频模块化直流变压器方案(clamping switched capacitors-based high-frequency modular DC transformer,CSC-DCT)。相比于传统的直流变压器,该文所提的方案不仅集成了原有方案的功率密度高、体积小、运行噪音低、高低压侧隔离等优点,同时也克服了原有方案应用时的众多不足,是一个集冗余子模块设计功能、直流故障处理能力、灵活控制方法、升降压型高频链电压调节能力以及单步直接电压变换功能于一体的换流开关一体化直流变压器。同时,为了更好地利用CSC-DCT的优势,对CSC-DCT的子模块基本调制策略、直流故障处理策略、冗余子模块在线切换策略、控制系统架构及电流、电压以及传输功率特性等进行详细的分析与研究。实验结果验证了该文所提的CSC-DCT及其控制策略的可行性与有效性。

电容钳位H桥级联多电平逆变器功率均衡控制方法

针对电容钳位H桥级联多电平逆变器载波层叠SPWM调制方法中存在功率不均衡的问题,对该逆变器各个级联单元的有功功率输出进行理论分析,提出了一种改进载波层叠方式的功率均衡控制方法。该方法在不影响逆变器输出电压波形质量的前提下,通过保证该逆变器各个单元输出电压波形的基波幅值相等的方式,可以在一个输出周期内实现各个级联单元的输出功率均衡。以两单元电容钳位H桥级联多电平逆变器为例,进行了仿真分析和对比研究,详细给出了改进功率均衡控制法与传统控制方法下输出电压谐波失真(total harmonic distortion,THD)和输出功率的对比曲线,以及两种方法下逆变器输出的电压波形及其频谱图,结果验证了该控制方法的可行性与优越性。

混合钳位式三电平逆变器新型调制策略研究

对高压、大功率混合钳位式三电平逆变器的结构、工作原理及相应的电压空间矢量进行了分析。并分析了4种电平状态下电流的流通路径,得到了开关状态切换应当遵循的原则。详细研究了电压空间矢量分别在能量馈出和馈入状态下对钳位电容电压和中点电位的影响特性,得出了相应的钳位电容电压平衡调制策略和空间矢量脉宽调制(SVPWM)策略。仿真和实验证明了所提调制策略的正确性和有效性。

级联五电平电容钳位逆变器及功衡控制策略

介绍了一种五电平电容钳位逆变器拓扑,对其拓扑结构和工作原理进行分析,并基于载波同相层叠(PD)的基础上提出了一种功率均衡控制策略:对该拓扑的右半部分脉冲信号进行互换,使得在1个周期内各级联单元输出的PWM波形进行了互换,可保证每个单元输出功率均衡,且保留了PD调制策略良好的消谐特性。以两单元五电平电容钳位逆变器为例,对该功率均衡控制策略进行了仿真研究和实验验证,其结果证明了所提策略的可行性和正确性。

电容钳位同步整流双向反激变换器的设计

为提高反激变换器的效率,减小电磁干扰,实现能量的双向流动,设计了一种电容钳位同步整流双向反激变换器,利用并联的电容钳位作用代替RCD缓冲吸收回路,实现了能量的无损吸收和开关管的ZVS。利用MOS管代替整流二极管,进一步提升变换器的效率,也实现了能量的双向流动。制作40W样机,试验结果验证了案的可靠性和实用性。

RCD钳位电路参数设计范围研究

反激式开关电源变压器的原边漏感对电路性能及电路中的功率开关管有很大影响,在变压器原边添加RCD钳位电路可抑制由原边漏感产生的电压过冲。但在实际电路设计中,RCD钳位电路参数没有明确的设计范围,大多由经验获得。给出RCD钳位电路参数设计范围,指出参数设计超出该范围会影响反激式开关电源变压器的能效。试验采用TNY277PN开关芯片电路,分析试验测试结果,验证理论研究的正确性和参数设计范围的实用性。

混合钳位式三电平变流器控制方法研究

分析了混合钳位式三电平逆变器的4种开关工作状态及其钳位桥臂内侧功率开关器件关断过电压的原理,对其64种电压空间矢量在不同功率因数情况下对中点电位的影响特性进行分析,并给出了独特的中点电位平衡调制策略;在对钳位电容电压充、放电过程分析的基础上,针对不同能量流动方向,分别提出了利用开关状态切换的方式实现钳位电容电平衡的调制策略,并给出了详细的电压空间矢量优化选择方法。设计了基于TMS28335+XinlinxCPLD/FPGA的控制电路和主电路,验证了其钳位机制的正确性及调制方法的有效性。

双钳位三电平逆变器平衡控制方法研究

对一种新型二极管、电容双钳位三电平逆变器拓扑结构进行了研究。根据电流通路不能突变的特点,提出了一种通过开关状态切换实现钳位电容电压平衡的控制方法。并提出了通过对288种“七段式”电压空间矢量组合对中点电位影响特性进行分析的方法,实现了直流侧中点电位的平衡控制。最后,采用Matlab搭建了对比仿真模型,并基于TMS2812+Xinlinx CPLD/FPGA控制结构搭建了绕线电机实验平台,仿真和实验结果均证实了所提方法的正确性。

一种CC/CV平滑切换的宽输出电压充电电路

目前多种动力蓄电池凭借着能量密度高、续航里程长和可循环使用等优势,在新能源汽车领域得到了广泛应用。针对当前以谐振电路为基础构建复合变换器应用于蓄电池充电存在输出电压范围、模式间切换、效率等不同问题,提出了一种四开关Buck-Boost与电容钳位LLC级联复用式变换器作为充电电路。该电路增益曲线的容性区和感性区均可工作,宽调频范围的容性区具有恒流特性,感性区的最佳谐振点具有恒压特性,利于实现蓄电池恒流恒压充电控制。频率与占空比的解耦控制拓宽了变换器的输出电压范围,且负载阻抗连续变化下电压增益连续,利于实现蓄电池恒流恒压平滑切换及满足不同电池充电控制方案,宽增益下的宽调控范围可减少输出纹波。拥有桥臂间移相软开关、复用桥臂增强软开关能力和降低通态电流、变压器低磁链及最终移动于最佳谐振点工作等电路特性,利于实现电能高效传输。仿真与实验结果验证了充电电路全程满足ZVS、ZCS的恒流恒压控制及充电模式间平滑切换特性。

全桥三电平DC-DC变换器优化控制策略

针对全桥三电平(FBTL)DC-DC变换器两个占空比协调优化控制、传输功率太小以及钳位电容电压平衡等问题,该文提出一种基于查表法的FBTL DC-DC变换器优化控制策略。首先,详细分析FBTL;DC-DC变换器输入、输出特性,并设计一种钳位电容电压自平衡调制策略。其次,在所设计的钳位电容电压自平衡调制策略基础上,提出一种抗钳位电容电压扰动控制策略,并根据钳位电容输入功率差与电压最大调节能力的关系计算出占空比必须满足的条件。然后,建立一种以变压器输入电压谐波为目标函数,功率传输能力、钳位电容电压调节能力等为约束条件的优化模型,进而得到FBTL;DC-DC变换器的优化控制策略。优化占空比离线计算,然后存储在数字控制系统里,控制时直接采用查表法得到最优占空比。所提出的方法无需变换器精确模型,控制过程简单、高效,控制效果优于传统控制策略。最后,在Matlab/Simulink平台和一台实验样机上验证了所设计的优化控制策略的正确性和有效性。

2400W推挽正激电路的设计

本文详细分析了推挽正激电路的工作原理,并给出了输出功率2400W的电路具体参数计算及仿真分析,通过对实验结果和波形的分析证实,推挽正激拓扑结构具有效率高、电磁干扰小、可靠性高等优点。

逆变器缓冲电路的设计方法

逆变器工作时,由于电力电子器件及反并联二极管在开通过程中di/dt的快速变化会导致电流过冲和电磁干扰等问题,因此需要在其电路中串联缓冲电感限制电流的快速变化。以缓冲电感L、钳位电容C为主体并加入吸收电阻R和控制电流流向的缓冲二极管D构成了逆变器的缓冲电路。在分析逆变器时序换流机制的基础上,归纳了缓冲电路的设计方法,给出了缓冲电感、钳位电容以及吸收电阻的选型计算式,为逆变器缓冲电路的设计提供了参考。

一种新型级联多电平逆变器的研究

针对目前级联多电平逆变器的主要缺点,即需要大量的独立直流源,提出了一种新型级联多电平逆变器,该逆变器通过提高直流源的利用率达到减少直流源数的目的。新型逆变器不仅结构简单,而且控制算法也简单有效。仿真结果证实了这种新型级联逆变器是可行的。