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。

基于可变电感的双有源桥隔离DC/DC变换器功率控制

针对传统双有源桥DAB(dual-active-bridge)变换器存在开关损耗大、循环电流大、负载变化范围窄且运行效率偏低等问题,提出1种基于可变电感和移相PS(phase shift)角相结合的新型双有源桥变换器功率控制方法。该方法将可变电感和移相角作为主要控制参数,以提升DAB在更宽的负载变化范围内的运行效率。此外,将DAB变换器的传递函数线性化,以提高控制器的实用性和便利性。基于所提方法中器件饱和可控,通过减小磁芯尺寸来优化变换器尺寸。最后,通过实验验证了所提方法的有效性和优越性,结果表明在最大PS角条件下,电感变化显著影响DAB变换器的功率传输,在轻载和重载条件下,其整体运行效率均比传统DAB变换器高约5%。

井下照明电源的新型单级三相高频隔离AC/DC变换器设计

应用电力电子变压器可以实现煤矿井下660V/127V的电压变换,作为照明电源使用。为了简化电力电子变压器的结构,降低电路损耗,文章介绍了一种新型的单级三相高频隔离的AC/DC变换器及其控制方法———采用一个功率变换级同时完成PWM整流及高频隔离DC/DC变换,并且通过软件仿真验证了该拓扑结构的可行性。最后,在此基础上完成了小功率电路的样机实验及相关结论分析。结果表明,该变换器可以应用于煤矿井下照明电源的设计中。

基于Class E谐振电路的隔离型高频DC-DC变换器

该文研究一种基于Class E谐振电路的隔离型高频DC-DC变换器。通过对开关管电流、阻抗特性的分析,得到开关管两端电压应力的降低方法。研究了基波、2次谐波和3次谐波电压的最优组合。构建基于平面变压器的隔离型阻抗网络,充分利用变压器的漏感、励磁电感实现满足低电压应力需求的阻抗网络。搭建20MHz实验样机并说明了所采用的驱动方法和控制方法。通过实验验证可知,系统开关器件可以工作在低电压应力及低开关损耗条件下。

单级高频隔离型三相双向AC/DC变换器研究综述

单级高频隔离型三相双向AC/DC变换器以单级式的结构可实现高频电气隔离、单位功率因数控制、双向电能传输和升降压变换,在微电网母线电压变换、储能装置功率变换等场合均具有重要的应用。文章基于电路拓扑、调制策略2个方面详述变换器的研究现状,分析各类拓扑和调制方法的工作原理和应用特点,总结拓扑结构机理和衍生方法,归纳考虑变压器伏秒平衡的空间矢量调制策略步骤。最后,从新型半导体器件的应用、软开关的实现和可靠性的提高3个方面对变换器的未来发展趋势进行展望。

一种新型非隔离型高增益DC-DC变换器

在不间断电源、新能源发电等应用场合中,高增益DC/DC变换器得到了广泛应用。基于两相传统交错并联Boost变换器,提出了一种新型非隔离型高增益DC/DC变换器。所提变换器具有低输入电流纹波、两相电感电流自动均流、开关和二极管电压应力低、升压能力高等特点,适用于输入输出电压比大且无需电气隔离的应用场合。本文首先对所提电路的工作原理进行了具体分析,然后理论推导其主要性能特点,最后通过一台功率为400W的实验样机验证了前述分析的正确性。

一种电压钳位型零电压开关推挽式高频环节DC/AC变换器

提出了一种电压钳位零电压开关(zero voltage switch,ZVS)型推挽式高频环节DC/AC变换器,首先给出了所提出高频环节DC/AC变换器的推衍过程,针对所推衍出的拓扑结构给出了其开关控制策略。重点叙述了其稳态工作原理,并采用状态空间法建立了变换器的输入输出平均模型,然后分析了该变换器的主要特性。通过对比分析发现,所提出的DC/AC变换器与移相全桥式DC/AC变换器具有相类似的特性,变压器原边功率管S_1、S_2很容易实现ZVS开通,功率管S_3在漏感能量足够的条件下实现ZVS开通,且其两端电压可被钳位于输入电压,变压器副边的周波变换器则很容易实现ZVS换流。此外,相比传统推挽式DC/AC变换器,所提出变换器解决了其硬开关、损耗大的问题。最后,设计了一台功率为500VA,输入输出为48VDC/110V 50Hz AC原理样机,实验结果验证了所提出变换器的工作原理及理论分析的正确性,变换器效率可达91.5%以上。

单级式隔离型三相双向AC/DC变换器及其SVPWM调制策略

为了同时实现升降压AC/DC变换和高功率因数控制,提出一种单级式隔离型三相双向AC/DC变换器及其改进型空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)策略。该拓扑具有功率因数高、升降压输出、高频电气隔离以及电能双向流动的优点,适合作为380 V直流微网与电网之间的接口变换器。它与传统的三相电压型脉宽调制整流器相比,不需要外加工频变压器或者DC/DC降压变换环节,具有功率密度更高、成本更低的优点。给出变换器的推导过程以及工作原理,提出基于该拓扑的SVPWM调制策略,并分析变换器的直通问题。最后,在实验室研制一台由DSP TMS320F2812控制的3 kW原理样机,实验结果验证了所提出的拓扑及其SVPWM算法的可行性。

一种宽输入隔离式DC/DC变换器设计

直流/直流(Direct Current/Direct Current,DC/DC)变换器是一种核心零部件,已在各种电子系统中广泛应用。随着系统标准化的发展,主流DC/DC变换器由于输入电压范围较窄,已无法满足要求,系统亟需一种宽输入电压DC/DC变换器来实现母线电压统型。设计了一种8~50 V宽输入隔离式DC/DC变换器,并重点给出了电路方案和设计过程。

基于V2G的CLLC无无功环流双向隔离型DC/DC变换器

传统的DC/DC变换器均为非隔离型能量单向流动,通过对无无功环流双向隔离型DC/DC变换器的研究发现电路中含有谐振电流且电压波形不稳定,针对这一问题,在无无功环流的双向隔离型DC/DC变换器的电路拓扑中增加了CLLC来进行改进,提出了一种CLLC无无功环流的双向隔离型DC/DC变换器,通过MATLAB/Simulink仿真环境下搭建相应的电路模型,并对其仿真结果进行分析研究,证明了CLLC无无功环流双向隔离型DC/DC变换器具有纹波小,电压稳定性强的优点。

基于隔离型DC/DC变换器的直流环网故障主动保护研究

在当前重要的中低压直流配电系统中,均采用两套独立的直流系统对设备进行供电,而直流环网故障则会导致两套系统发生一定的电气连接,严重危害了直流系统中的运行设备。针对直流环网故障,提出了一种基于隔离型DC/DC变换器的主动保护方案,即将变换器自身的结构优势应用在了直流系统的保护技术上,实现了对环网故障一系列的主动处理。文中阐述了环网故障的形成原因与危害,详细说明了主动保护的实现原理,分析了并联式变换器模块的控制策略,并且给出了环网故障的主动检测方案,最后通过仿真验证了该主动保护方案拥有良好的供电可靠性和故障隔离功能,最大程度保证了直流系统的安全运行。

一种CLLLC谐振型双向DC/DC变换器效率优化技术研究

为提升CLLLC谐振型双向DC-DC变换器的工作效率,文中提出一种基于间歇控制技术的变频恒压控制方法。首先,建立变换器基波等效模型得到变换器的电压增益和传输效率特性,通过对原边逆变器的变频控制来改变电压增益,实现输出的恒压控制;然后,针对变换器在轻载时效率较低的情况,提出一种效率优化控制方法,在改变原边逆变器工作频率的同时改变间歇控制占空比,使副边整流器的输入等效负载维持在最优负载处,实现变换器的高效恒压输出;最后,搭建一台30 W的实验样机验证所提方法的可行性和有效性。实验结果表明,变换器轻载时,采用间歇控制变频恒压方法的工作效率比采用变频恒压控制方法提高约6%,在整个负载范围内效率可达87%以上。

混合式隔离型双向DC/DC变换器最优参数研究

为了解决混合式隔离型双向DC/DC变换器最优参数的问题,以传统单移相控(SPS)功率特性为基础,对比双重移相控制策略功率特性,建立数学方程并计算参数。设计了变换器的最优参数,最后通过仿真验证以及实验验证了最参数设计的正确性,实现双重移相调制控制策略的最大效率。

改进型自抗扰控制在DC/DC变换器中的应用

针对DC/DC变换器在实际应用中不断扩大,对输入波动、响应速度、稳定性等要求越来越高,而传统的PID控制算法无法在复杂的变换器控制系统中获得理想的控制效果,以Buck变换器为研究对象,提出了一种改进型自抗扰控制策略。在基于传统的线性自抗扰控制的基础上,对其进行广义数学分析,在传递函数中引入自定义的零点,同时,对输入通道和测量的干扰,设计了测量滤波器,并设计了二阶自抗扰控制器。最后,搭建以DSP28377为控制器的硬件试验平台,对比分析传统PI控制和改进型自抗扰控制受干扰情况下的动态性能,验证了改进型自抗扰控制的方案可行性,所提出的改进型控制策略不仅将传统的PID控制具有的缺点克服,又将其结构简单的特点保留。实验结果表明:较传统的PID算法而言,加载过程中,调节时间减少125μs,超调量较少0.8%;减载过程中,调节时间减少165μs,超调量减少2.8%。可以得出改进型自抗扰控制策略不但具备快速和高精度特点,还具有更好的鲁棒性和抗扰动性能。

新型无无功环流的双向隔离型DC/DC变换器

随着双向隔离型DC/DC变换器在新能源、电动汽车及柔性变电站等领域的应用日益增多,变换器拓扑也层出不穷。传统拓扑中存在的无功环流影响着变换器的稳定性及效率,成为目前亟待解决的问题。提出一种新拓扑,其优点是没有无功环流,工作效率高,动态响应快,功率双向流动。首先介绍了所提拓扑的工作原理和控制方法,并根据实际应用提出吸收回路设计方案。最后,将仿真结果与双有源全桥拓扑进行对比,并通过实验结果表明,该拓扑可以实现功率双向流动且不存在无功环流。

基于状态空间平均法的DC/DC高频隔离变换器建模仿真分析

利用状态空间平均法对70kW无源缓冲型软开关DC/DC变换器进行建模仿真分析,以获得优良的稳态、瞬态、动态等特性。首先,考虑变压器漏感以及输出滤波电感、电容等效短路电阻,建立变换器等效电路;然后,分析一个周期内关键部件电压、电流理想波形,绘出不同状态下等效电路;其次,描述状态变量方程式,进行平均和线性化处理,获得其在连续工作模式下的小信号传递函数;最后,按照其数学模型组建双闭环控制系统,利用MATLAB软件仿真验证数学模型的合理性。

一种大功率厚膜混合集成DC/DC变换器设计

现有厚膜混合集成DC/DC变换器的最大输出功率仅为150 W,针对输出功率无法满足工程使用需求的问题,开展大功率厚膜混合集成DC/DC变换器技术研究。采用带次级同步整流的移相全桥拓扑结构,详细阐述了反馈控制电路、磁隔离驱动电路、同步整流控制电路等设计关键点的实现方式。研制了一款500 W厚膜混合集成DC/DC变换器试验样机,将厚膜混合集成DC/DC变换器的最大输出功率由150 W提升至500 W,最高功率密度由100 W/in^(3)提升至167 W/in^(3),试验结果验证了整体方案的可行性。

基于有源中点钳位五电平电路的双有源桥DC/DC变换器

采用多电平电路构建的双有源桥(dual active bridge,DAB)DC/DC变换器可适用于更高的电压等级并能显著地提高功率密度及性能。基于九开关管五电平有源中点钳位(five-level active neutral point clamed,5L ANPC)电路构建DAB变换器,消除传统的八开关管5L ANPC电路所存在的电平跳变问题。通过分析开关状态之间的切换过程,选取的零开关状态实现所有高压开关管的软开关运行;通过分析不同开关序列对飞跨电容电压和直流侧中点电压的影响,提出一种飞跨电容电压的平衡控制方法。基于1kW样机的实验结果表明,该文构建的5L ANPC DAB变换器获得了优良的性能。

一种新颖的三电平软开关谐振型DC/DC变换器

该文提出一种新颖的三电平LLC串联电流谐振型DC/DC变换器。每个主开关电压应力是输入电压的一半,并且全范围实现ZVS而不用附加任何电路。整流二极管工作在ZCS状态。该变换器通过二次谐振的手段使得以较小的频率变化范围就可以实现较大的输入输出调节范围。整个变换器只需一颗磁元件。该变换器在高压端输入时效率较高,应用在要求有保持时间的电源产品上特别有利。文中通过一个500V-700V输入,54V/10A输出的样机验证了它的工作原理和特点。该样机在额定条件下效率达到94.7％。

一种新颖的宽范围双管正激型DC/DC变换器

该文提出了一种RCD复位双管正激型DC／DC变换器。它继承了RCD复位单管正激变换器占空比可以大于50％的优点，克服了RCD复位单管正激变换器开关电压应力大和励磁能量完全消耗在R上而使得变换效率低的缺点。所推荐的RCD复位双管正激型DC／DC变换器的复位电容只起到补偿复位的作用，复位电阻R上消耗的能量只是原来RCD复位单管正激变换器的几分之一。因此该变换器可以应用于高压输入场合或是宽范围、高效率要求的场合，可提高RCD复位方式的可行性和实用性。最后通过实验证实了该拓扑上述的优点。