Buck型单开关整合式功率因数校正变换器

传统的Buck功率因数校正PFC(power factor correction)变换器存在谐波电流大的缺点,限制了其应用范围。提出并分析了一种Buck型单开关整合式功率因数校正变换器。该变换器由一个Buck PFC变换器和一个Buck-Boost PFC变换器通过一个开关管整合而成,简化了控制;同时,采用恒导通时间控制,消除了Buck PFC变换器输入电流的死区;结合Buck和Buck-Boost变换器的优势,在全输入电压范围下可以实现高功率因数和高效率。介绍并分析了该变换器的电路结构、工作原理、稳态特性以及设计思路,最后,搭建了一台56 W的实验样机,验证了分析结果的正确性。

自适应可调恒定导通时间Buck型直流电压变换器设计

为提高开关电源输出纹波电压、负载调整率、线性调整率和瞬态响应时间等性能指标,采用纹波控制的方法,研究出一款自适应可调恒定导通时间(adjustable-constant-on-time,ACOT)Buck型直流电压变换器。基于TSMC0.18μmCMOS工艺完成了电路设计,并用Cadence平台Spectre仿真器进行了仿真验证。结果表明:该电路的恒定导通时间可以精准灵活调节,纹波电压、线性调整率和瞬态响应时间均较低,与相关文献对比可知,本文设计在负载调整率上具有明显优势。

带恒功率负载Buck变换器的模型预测控制

针对含恒功率负载(Constant Power Load,CPL)的Buck DC-DC变换器稳定性和负荷不确定性问题,提出一种含高阶滑模观测器的模型预测(Model Predictive Control,MPC)控制策略.首先,根据MPC理论,构建Buck变换器的目标函数,建立滚动优化跟踪方程并求解最优控制律.其次,构建高阶滑模观测器,提高电压的控制精度并消除抖振及相对阶问题.最后,对其进行小扰动的稳定性分析,建立源、负载侧的等效模型.在CPL与阻性负载投切较为频繁时,与传统双闭环PI调节和MPC控制进行比较,仿真结果表明:在负载变化时,基于高阶滑模观测器的MPC控制具有良好的动态性和鲁棒性且能对母线电压进行精确跟踪与控制.

带恒功率负载多电平Buck变换器逆解耦自适应滑模控制

针对带恒功率负载(CPL)多电平Buck变换器的强耦合问题及负阻抗特性引起的不稳定问题,提出一种逆解耦自适应滑模控制策略。建立带CPL多电平Buck变换器的非线性数学模型,基于逆系统方法证明系统的可逆性,并推导逆系统表达式,将模型线性化解耦为多个伪线性子系统,抵消负阻抗特性的影响。通过选取线性滑模面和指数趋近律以减弱滑模抖振,并将自适应机制引入到滑模控制中,进而为线性子系统分别设计自适应滑模控制器,进一步提高系统控制性能。基于李雅普诺夫理论对控制系统的稳定性和鲁棒性进行验证。与现有控制方法进行比较,仿真结果表明,所提控制策略具有更强的鲁棒性和优越性。最后,搭建原理样机进行实验对比,实验结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。

基于端口受控哈密顿系统模型的带恒功率负载的Buck变换器控制

采用端口受控哈密顿系统方法和无源性控制理论,建立带恒功率负载的Buck变换器的哈密顿模型,分析了Buck变换器控制系统平衡点的稳定性问题,并设计了控制器。仿真结果表明,通过对控制器参数的适当调整,控制系统可以获得较好的动态和稳态性能。

舰船脉冲功率负载Buck变换器自适应阻尼比控制方法

针对脉冲功率负载的周期性功率突变造成接口变换器输出电压瞬时跌落和持续扰动的问题,提出一种Buck变换器的自适应阻尼比控制方法,使得输出电压的响应性能能够直接通过阻尼比实现精确调节,不依赖于控制参数,且对输入电压扰动具有抑制作用。该方法通过引入类电压环消除了时变的输入和占空比的非线性饱和,建立输出电压与其参考值的单输入单输出二阶系统,将不确定负载扰动的控制问题转化为二阶系统的阻尼比控制问题。此外,在不影响电压调节性能的前提下,通过附加占空比调节实现并联变换器供电结构的均流控制。仿真和硬件在环实验结果表明,在脉冲功率负载的不同暂态过程,并联变换器均能够实现快速平滑的电压调节和输出电流均衡。

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。

宽幅压大功率改进型Buck变换器的实验分析

重点研究了宽幅压条件下大功率Buck变换器及其软开关的参数设计和优化。通过分析对比得出其软开关实现条件,同时对其他文献中较少提及的软开关电路中谐振电感的作用做了比较详尽的分析,并在此基础上进行了参数设计以及仿真实验;系统测算了宽幅压条件下加入软开关后的系统效率和相关的电流电压参数,验证了该电路能很好的实现主、辅开关管的零电流开通和关断。

高频双频Buck变换器平面集成磁件优化设计

针对目前开关器件和磁性元件性能不足导致双频Buck变换器的效率和功率密度低的问题,研究了一种高效高功率密度的双频Buck变换器。变换器将工作在连续导通(CCM)模式,采用解耦合的平面集成电感器完成系统磁元件的集成,结合磁件的集成方法、有限的PCB层数和变换器的特性给出双频Buck变换器的参数,然后,提出了一种双频Buck变换器平面磁件的设计方法,并完成系统磁元件的优化设计。最后,基于第3代半导体SiC器件以及平面集成磁件,设计了额定功率200 W、开关频率400 kHz的双频Buck变换器。结果表明:该变换器峰值效率将达到96.1%,功率密度为46.1 W/in^(3)(1 in=25.4 mm),验证了双频Buck变换器设计方法的正确性和有效性。

基于二次型Buck PFC变换器的无频闪无变压器LED驱动电源

提出了一种基于二次型Buck功率因数校正(power factor correction,PFC)变换器的无频闪无变压器LED驱动电源,分析了其工作原理和工作特性。它由共用一个开关管的两个Buck变换器级联构成,其中前级Buck变换器实现PFC功能,后级Buck变换器调节LED电流。该电源无需使用高降压比的变压器也可以驱动低正向导通电压的LED,它只使用一个控制器不仅实现了PFC功能,而且极大的降低了流过LED的二倍工频电流纹波,从而实现无频闪。最后通过7W的实验样机验证了理论分析的正确性。

电机控制器直流侧前置双向Buck/Boost变换器的直接功率控制策略研究

对电机驱动系统前置双向Buck/Boost变换器后直流母线电压的波动抑制问题进行研究。分析功率前馈控制策略抑制母线电压波动能力较弱的原因。对双向Buck/Boost变换器提出一种母线电容能量外环、输出功率内环的直接功率控制策略,并将输出功率的变化趋势反映到双向Buck/Boost变换器的发波环节,进一步提高了变换器的动态响应特性。基于小信号模型分析上述两种控制策略的本质区别。小信号模型分析结果、仿真和实验结果都证实,提出的直接功率控制策略比功率前馈控制策略有更好的抑制母线电压波动的能力。

Buck型变换器自适应有限时间降压控制算法研究

针对负载未知情况下Buck型DC-DC变换器系统,基于有限时间控制技术和自适应控制技术,提出了一种新的快速降压控制算法.首先,基于时间尺度变换,对系统的平均状态空间方程进行变换;然后,利用饱和有限时间控制理论设计出一类新的快速降压控制算法,以实现输出电压在有限时间内收敛到参考电压.由于控制器设计过程中考虑了饱和约束条件,使得变换器的占空比函数满足0到1之间的约束条件.对于负载未知情况,设计了有限时间观测器以估计未知负载,最终得到自适应式的有限时间控制算法.与PI控制结果进行了仿真对比,验证了所提出的控制算法既具有快速的调节性能,又具有较强的抗负载变化性能.

电压控制型Buck DC/DC变换器输出阻抗优化设计

提出了电压控制型Buck DC/DC变换器最优截止频率fc选择,在此基础上给出了电压控制型Buck变换器输出阻抗的优化设计准则:采用PI调节器或单极点双零点补偿器,当截止频率满足最优截止频率选择时,能够有效抑制输出阻抗尖峰,从而确保系统良好的稳定与动态性能。实验结果验证了理论分析的正确性。

抵消恒功率负载负阻抗特性影响的双向Buck/Boost变换器控制策略

对双向Buck/Boost变换器带恒功率负载时的稳定性问题进行了研究。首先对电机控制器的直流侧双向Buck/Boost变换器提出了一种功率前馈控制策略。分析了恒功率负载负阻抗特性不利于母线电压稳定的机理,对双向Buck/Boost变换器提出了一种反映直流母线电压变化趋势的前馈控制策略抵消了负阻抗特性对直流母线电压的影响。小信号模型分析、仿真和实验结果都证实了这种控制策略能够有效抵消恒功率负载负阻抗特性对母线电压稳定性的影响,有利于提高驱动系统稳定范围。

两开关伪连续导电模式Buck-Boost功率因数校正变换器

提出两开关伪连续导电模式(pseudo continuous conduction mode,PCCM)Buck-Boost功率因数校正(power factor correction,PFC)变换器及其控制策略。利用两开关PCCM Buck-Boost PFC变换器电感惯性模态所提供的一个额外控制自由度,可实现单位功率因数控制,并明显改善传统单开关Buck-Boost PFC变换器、两开关连续导电模式(continuous conduction mode,CCM)Buck-Boost PFC变换器和两开关不连续导电模式(discontinuous conduction mode,DCM)Buck-Boost PFC变换器的性能。与两开关DCMBuck-Boost PFC变换器相比,两开关PCCM Buck-Boost PFC变换器减小了电感电流纹波。仿真与实验结果表明,两开关PCCM Buck-Boost PFC变换器的负载动态响应速度明显快于传统的两开关CCM和DCM Buck-Boost PFC变换器。

一种基于系统辨识的Buck型变换器特征参数提取方法

故障预测及健康管理(prognostics and health management,PHM)对于保障系统的安全可靠具有重要作用。随着电力电子装置在各领域的应用愈发广泛,急需研究电力电子装置的PHM技术。特征参数提取是PHM技术的基础,该文首先简要说明了电力电子电路特征参数提取的研究现状。然后针对基于混杂系统模型的电力电子电路参数辨识方法中,存在较多影响实际辨识精度的非理想因素这一关键问题,以电路中目标器件为建模对象建立线性模型,提出了一种通用性较好的Buck型变换器参数提取方法,并结合Matlab仿真分析了该方法的性能,包括收敛速度以及辨识精度。最后进行实验验证,实验结果表明,该方法的参数辨识精度可达95%以上,验证了这一方法的有效性。

大功率BUCK变换器电压电流尖峰的分析及抑制措施

在大功率Buck变换器中电路工作于高频开关状态 ,由于实际线路的寄生参数和器件的非理想特性的影响 ,开关器件两端会出现过高的电压和电流尖峰 ,严重地降低了电路的可靠性。本文详细分析了两种尖峰产生的原因和危害 ,有针对性地提出了几种RCL缓冲电路 ,并给出了电路各参数的分析和设计方法。仿真和使用结果证明了该缓冲电路具有良好的软开关效果 ,对于主开关管的电压尖峰和电流尖峰具有较强的抑制作用。

单周控制新型Buck-PFC变换器

针对传统直接电流控制Boost-PFC变换器存在着输出电压高、检测量多、控制电路复杂等问题,提出了一种基于单周控制技术的新型Buck-PFC变换器。该变换器主电路拓扑结构新颖,控制电路简单,与传统的直接电流控制相比,不需要检测变换器输入和输出电压,去除了电压传感器和乘法器,响应速度快、精确度高。最后给出了变换器的仿真和实验结果,结果表明校正后功率因数接近1,总谐波失真度低,验证了所提出的变换器拓扑结构和控制策略的可行性和有效性。

电压控制型BUCK变换器DCM的精确离散模型及分叉稳定性分析

本文建立了不连续运行模式下电压反馈型BUCK变换器精确的离散数学模型 ,在此基础上分析了BUCK变换器的分叉稳定性问题 ,得到了变换器参数之间相互关系的解析表示式 ,改进了已有近似模型的结论 ,界定了变换器主要参数的稳定运行范围 ,并展现了BUCK变换器从稳定到倍周期分叉甚或混沌的过程 .本文的研究方法具有一般性 ,为DC/DC功率变换器非线性现象的分析建立数学模型基础 .

单开关二次型DCM Buck变换器

单开关二次型DC-DC变换器采用一个功率开关管实现两个变换器的级联,拓宽了变换器的输入到输出的电压传输比,减少了驱动电路,提高了变换器的效率。相比于传统Buck变换器,二次型Buck变换器工作于DCM模式时有三种不同的工作模态。本文分析了三种工作模态下单开关二次型Buck变换器的工作原理,建立了其平均状态空间等效模型,研究了其稳态特性及各参数之间的关系,最后通过仿真及实验验证了理论分析的正确性。