混合工作模态的高功率因数无桥Buck PFC变换器

AC-DC降压型功率因数校正PFC(power factor correction)变换器广泛应用于低压场合,为解决该类拓扑因输入电流死区导致功率因数PF(power factor)低、输入电流总谐波THDi(total harmonic distortions of input current)高的问题,首先引入Buck-Boost单元以构建1种高PF的混合工作模态降压型无桥PFC变换器,其在正、负半个工频周期分别工作在Buck和Buck-Boost模式。虽然Buck-Boost单元效率低于Buck单元,但所提变换器在负半工频周期运行于Buck-Boost模式,可以避免输入电流死区以提高PF并降低THDi。在正半工频周期运行于Buck模式,变换器仍保留Buck单元的高效率优势。其次,通过分析所提无桥变换器工作模态与PF值来证明变换器的高PF特性。最后,通过仿真实验,验证所提变换器的可行性和理论分析的正确性,并比较所提变换器与传统Buck PFC变换器的性能。

三电平Buck变换器输出纹波电压畸变机理分析

交错控制三电平Buck变换器受功率开关器件寄生参数的影响,输出电压纹波及电感电流纹波不仅发生了畸变,且纹波电压大小和忽略寄生参数的纹波电压存在较大误差。因此,深入分析了交错控制三电平Buck变换器输出纹波电压畸变机理,建立了考虑功率开关器件寄生参数的电感电流纹波、输出纹波电压的数学模型。在此基础上进行了实验验证,实验结果表明,功率开关器件的寄生参数是导致输出纹波电压波形畸变以及与理想模型产生较大误差的主要原因,验证了理论分析的正确性。所得结论可为三电平Buck变换器的变换器参数设计提供理论指导。

利用参考电压注入的Buck变换器电感电容估计

电路的元件参数,尤其是电感和电容值,严重影响着Buck变换器的控制性能。提出了一种参考电压脉冲注入法用于电感和电容的在线估计。为了提高Buck变换器中电感和电容值的估计精度,利用原稳态和新稳态构建满秩状态方程,在线推导算法所需寄生参数和负载电阻。研究基于电感伏秒特性和电容电荷平衡特性的精确离散时间变换器模型,为元件参数估计奠定了基础。通过给参考电压注入短脉冲信号,并使用PID控制器对电路中的电感电流和输出电压进行调节,建立了用于参数估计的瞬态和新稳态。利用瞬态中采样的电压和电感电流估计电感和电容值,避免了稳态时的收敛问题。基于提出的平均电感电流估计算法,电流采样频率降低至开关频率。最后,在Matlab/Simulink平台上进行了仿真验证,结果表明:即使在考虑实际噪声的情况下,电感和电容值的最大估计误差分别小于2%和4.2%;相较于其他参数估计算法,参考电压脉冲注入方法的引入有效提高了参数辨识的估计精度,有助于Buck变换器系统控制性能的提升。

峰值电流控制Buck变换器高频建模及结合遗传算法的控制器优化设计

峰值电流控制Buck变换器广泛应用于电源管理芯片。小信号建模是设计其控制器的关键。现有模型忽略电压外环引入的稳态控制信号纹波与小信号扰动延拓频谱对系统的影响,在高控制带宽场景下失效,从而无法指导控制器的设计。该文首先指出控制器设计决定了控制信号纹波类型,进而研究了可导型纹波对系统建模的影响;然后综合考虑电压、电流环导致的频谱耦合,得到精确的高频模型;最后基于高频模型,提出一种结合遗传算法的高带宽控制器优化设计方法。仿真与实验证明了该模型的精确性与设计方法的优越性。

基于逆系统解耦的三电平Buck变换器反步滑模控制

多电平变换器因其可以降低开关管承受的电压应力、减小滤波电感和滤波电容体积,被广泛应用在直流微电网中。三电平Buck变换器的飞跨电容电压和输出电压存在耦合,是一个多输入多输出、强耦合的非线性系统。针对这一问题,提出一种逆系统解耦反步滑模控制方法。采用逆系统方法实现输出电压控制和飞跨电容电压控制的解耦,采用反步滑模法控制保证输出电压的稳定性和鲁棒性,通过状态反馈控制将飞跨电容电压平衡在输入电压的1/2处。仿真和实验结果表明,所提控制策略能使得飞跨电容电压和输出电压均具有良好的稳态和动态特性。

流控型Buck变换器的动力学行为分析

针对光伏发电系统中电流控制型Buck变换器,利用不连续动力学理论分析了其非线性振荡行为.通过调节控制电路的电压幅值和直流激励电源值,给出碰撞边界的和时钟脉冲触发的参数分岔图,获得了电流控制型Buck变换器从稳定的周期1到混沌状态的参数节点.分别绘制周期和混沌运动的相轨迹和时序图,分析各子域内具有不同映射结构的系统类型.研究结果表明,流控制型Buck变换器在参数变化时其运动行为丰富,边界碰撞现象明显,观测到倍周期分岔和阵发混沌.通过分析映射类型,说明其边界的非线性振荡行为.

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。

基于Buck变换器的高速无刷直流电机控制

三相逆变桥PWM调制方式控制简单、易于实现,在无刷直流电机中应用较广,但PWM调制方式会导致电机损耗增大和非导通相绕组续流,造成电机发热和转矩波动增大,特别是在电机高速运行时,严重影响电机的安全,降低电机效率。鉴于此,研究了PWM调制方式对高速无刷直流电机的影响,并针对现有控制方式提出了改进方法,解决了高速无刷直流电机发热量大、效率低等问题。

基于自适应非奇异终端滑模的Buck变换器控制

为了提高滑模控制下Buck变换器的控制性能并降低抖振,提出一种自适应非奇异终端滑模控制方法.首先,对Buck变换器进行建模与分析,得到存在扰动时的数学模型;其次,设计非奇异终端滑模面,进行控制器设计和稳定性分析,使得闭环系统在有限时间内收敛并避免控制奇异问题,同时利用自适应律得到尽量小且足够抑制扰动的动态控制增益以削弱抖振;最后,通过理论分析和仿真实验验证所提控制方法的有效性.结果表明:该控制方法可以在减弱控制抖振的同时使得Buck变换器的输出电压在有限时间内跟踪上参考电压;当Buck变换器中的负载电阻和输入电压突变时,所提方法亦能表现出良好的抗干扰能力.

一种低谐波高效率CRM BOOST PFC变换器

为了在解决临界导通模式(CRM)中Boost功率因数校正变换器半负载时输入电流总谐波失真率(THD)与变换器运行效率之间的性能矛盾问题,在传统谐振时间控制的基础上提出了一种部分谐振时间控制方法,分析了部分谐振时间控制法对输入电流THD及变换器运行效率的改进效果;通过适当调整反向谐振时间,并由数字信号处理器DSP28032发出控制信号,决定开关管的开通时刻。最后搭建了一台400 W单相CRM Boost PFC变换器实验样机,实验结果表明,所提控制方法能在有效降低THD值的同时保证变换器的工作效率。

基于自适应超螺旋滑模观测器的Buck变换器无模型预测控制

针对三相交错并联Buck变换器在外部干扰下影响系统鲁棒性和动态性能的问题,本文提出一种基于自适应超螺旋滑模观测器的无模型预测控制策略。首先,建立超局部模型代替原有的数学模型,设计自适应超螺旋滑模观测器估计超局部模型中的动态部分。然后,引入最小二乘法预测电流误差趋势,动态调整观测器增益矩阵。最后,构建离散方程,设计代价函数,实现无模型预测控制。实验结果验证了所提算法可以有效抑制因外部扰动产生的稳态误差,且相较于传统无模型预测控制具有更好的鲁棒性和动态性能。

基于BUCK变换器非爆炸本安评价系统研究

应用在煤矿等危险环境下开关变换器必须满足防爆要求,本安型变换器必须在GB 3836标准的爆炸试验平台测试其是否满足输出本安的要求,这种方法耗时过长、不能直接指导本安电路的设计与制造。为了方便评价BUCK变换器的输出本安性能,以电容电路最小点燃电压曲线的数值拟合为依据,建立了输出本安性能评价系统。利用能量等效原理将BUCK电路等效变换为电容电路,并采用最小二乘法对电容电路的最小点燃曲线进行拟合,实现了最小点燃曲线的数值化;其次,利用仿真软件搭建了可以通过界面显示的本安判据结果的评价系统。最终采用2组实验结果对本安评价系统进行测试,验证了所搭建本安评价系统的可行性。

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。

输入输出共地型三电平Buck/Boost变换器飞跨电容电压自平衡分析

输入输出共地型Buck/Boost变换器中飞跨电容的平衡机理是变换器正常运行及飞跨电容电压控制的关键。在实际应用中,飞跨电容虽然具有一定的自平衡作用,但是其平衡能力与多种因素有关。在现有的文献中,针对Buck/Boost变换器飞跨电容的自平衡能力与哪些因素相关的问题尚未有深入的分析。因此,基于输入输出共地型Buck/Boost变换器,建立高次谐波模型,定量分析飞跨电容具有自平衡能力的原因;在谐波模型基础上,更进一步分析驱动误差、变换器回路交流阻抗、母线电容、负载电阻及飞跨电容对于飞跨电容平衡能力的影响,指出变换器回路交流阻抗是实际应用中飞跨电容具有自平衡能力的主要因素。最后,在实验平台上对相关分析进行实验验证。

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。

基于过零检测的Buck变换器自适应连续滑模控制

为提高Buck变换器的输出电压品质,本文提出一种基于在线过零检测自适应机制的连续滑模控制方法,可有效抑制抖振问题,且可保证系统稳态误差收敛到给定范围.本文建立变换器的数学模型,从滑模面和控制律两方面改进传统滑模控制算法,即有目的地将系统状态的积分项引入到滑模面的设计中,并将其收敛轨迹分成两阶段,实时测量其过零点的个数;将期望的稳态误差纳入到滑模控制律的设计中,引入由系统状态过零点个数决定的自适应变增益,在收敛轨迹的约束下,分阶段推导出其变增益的连续控制律,并给出相应的稳定性分析.最后,通过与传统一阶和二阶滑模的理论和仿真性能对比,证明所提方法在抖振抑制、响应速度和控制精度方面的优越性.

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。

基于改进平均电流控制的Boost PFC变换器研究

针对平均电流控制的Boost PFC变换器存在动态性能不够理想等问题,基于平均电流控制的Boost PFC变换器,通过引入一个前馈补偿环节对传统平均电流控制进行优化。首先对平均电流控制的BoostPFC变换器进行了理论分析,并通过Simulink模块搭建了BoostPFC变换器电路模型,再搭建了平均电流控制和带前馈补偿环节的平均电流控制模型分别进行仿真,最后对仿真结果进行分析。通过仿真对比分析发现,在平均电流控制引入前馈控制方式后,提升了系统功率因数,提高系统响应能力和稳定性。

电压控制型Buck变换器的混沌抑制策略

针对降压(Buck)变换器运行过程中所产生的混沌现象,根据变换器的工作特性确立其数学模型,并分析其通往混沌的道路。分别使用了两种控制策略使系统稳定于周期1状态:第一种是设计非线性控制器,施加该控制器后,系统的动态响应快,抗扰性强,但输出电压与参考值有一定的偏差;第二种是基于终端滑模自抗扰控制(TSMADRC)的双闭环控制策略,使用该控制策略后,系统输出超调量小、动态响应快且具有较好的暂态响应,并且从源头上避免了混沌现象的发生。仿真结果表明,两种控制方法均可以抑制混沌现象的发生,使Buck变换器工作于稳定的周期1状态。