高输入电压双管Buck-Boost变换器控制策略研究

在较高输入电压应用场合,采用同步控制的双管Buck-Boost变换器存在较大的开关损耗,而单管工作的双管Buck-Boost变换器又存在复杂的升降压过渡控制问题。分析了一种含有耦合电感的双管Buck-Boost变换器,介绍了该变换器在同步控制模式下的工作模态以及耦合电感抑制反向恢复损耗及减小开关损耗的原理,给出了耦合电感的设计方法,并在此基础上提出一种非同步控制模式,可以进一步减小磁性元件损耗。在设计输入相同的条件下,对两种模式下变换器电路参数计算进行了理论推导和实验比较。研究结果表明,相比同步模式,非同步模式不仅可以实现利用耦合电感降低二极管反向恢复损耗的作用,还可以减小耦合电感等效电流脉动量从而减小磁心损耗。同时该非同步模式在变换器升、降压过渡过程中只对一个开关管进行占空比调节,可以较好地实现升降压平滑过渡。

一种改进的四开关Buck-Boost变换器控制策略

针对四开关Buck-Boost(FSBB)变换器在传统控制策略下控制方法复杂、整机运行效率不高的问题,提出了一种减少控制变量加变频的改进三模式控制策略。分析了改进三模式控制策略下变换器的工作原理,详细介绍了在宽输入范围下通过该控制策略来实现变换器高效运行的控制方法。以数字控制芯片TMS320F28027为核心搭建了1台输入30~66 V、输出48 V/4 A的实验样机。实验结果表明,所提出的改进三模式控制策略可使FSBB变换器在宽输入电压和全负载范围内实现开关管ZVS,并在满载时效率最高可达97.5%。

一种车用恒流/恒压模式的四开关Buck-Boost变换器控制策略研究

对一种车用恒流/恒压模式的四开关Buck-Boost变换器的控制策略进行了研究。在输入输出电压接近时引入Buck-Boost模式,从而在不同输入输出电压大小关系下,通过检测功率管占空比大小,实现Buck模式、Boost模式和Buck-Boost模式之间的平滑切换,提高了系统的稳定性。通过设计最大值选择电路,使变换器在充电应用中自动从恒流模式切换到恒压模式,模式切换平滑稳定。仿真结果表明,在24 V输出电压下,变换器从Buck模式切换到Buck-Boost模式时,输出电压下冲为9.2 mV,变换器从Boost模式切换到Buck-Boost模式时,输出电压下冲为92 mV。变换器在Buck模式与Boost模式下均能实现恒流/恒压模式的自动平滑切换。

储能系统双向Buck-Boost变换器控制策略研究

为应对可再生能源出力波动引起储能系统功率流动方向的频繁变化,提出一种基于自抗扰控制和模型预测控制(ADRC+MPC)的储能系统双向Buck-Boost变换器控制策略。其中模型预测控制方法应用于电流内环,无需进行参数整定的同时,也提高了系统的响应速度;采用自抗扰控制策略的电压外环,通过在高频段降阶简化控制对象,达到降低自抗扰控制器复杂度的目的。仿真和样机实验显示当电感电流与输出电压参考值突变时,系统可分别在0.2与30 ms内迅速调整到给定值;当负载与电源电压突变时,系统能在20 ms内恢复稳定。实验结果证明该文提出的控制方法优于PI+MPC策略,具有响应速度快、超调量和波动幅度小的特点。

宽输入全桥Buck-Boost变换器控制策略研究

针对全桥Buck-Boost(FBBB)变换器在宽输入电压范围内高散热需求、低效率、可靠性差等问题,提出了一种宽输入FBBB变换器多模式控制策略。该策略根据输入电压与输出电压的关系确定变换器的工作模式,采用平均电流控制与双沿调制、移相控制相结合的方式,实现FBBB变换器在降压、升压和升降压模式之间平滑过渡,变换器工作在有效占空比区间,对电感电流进行有效控制,确保变换器安全可靠工作。使用Type-Ⅲ型补偿网络来改善控制环路,实现高精度输出和快速动态响应。最后通过搭建仿真模型,验证了其正确性和有效性。

基于自抗扰控制的直流微电网双向Buck-Boost变换器控制策略研究

为了降低直流微电网母线电压的波动,提出基于自抗扰控制的双向Buck-Boost变换器控制策略。运用直流母线电压外环、直流变换器电感电流内环的控制方法实现直流微电网与储能系统之间的能量双向流动。进一步提出基于扩张状态观测器观测输出总扰动,包括负载电流和母线电压的变化,在负载扰动电流影响系统的直流母线电压最终输出前,主动从外环被控对象的输入信号电感电流或输出信号母线电压中提取扰动信息,然后尽快用控制信号将其消除,从而大大降低其对被控量的影响,以有效抑制暂态直流母线的电压波动和冲击,在母线电压产生波动时能够快速恢复到正常的工作状态。仿真验证表明:储能系统可以通过控制策略实现能量的双向传递,并且当母线产生功率波动和电流冲击时,储能系统可以使直流母线电压稳定,提高了系统的可靠性。

一种高频高效的四开关Buck-Boost变换器控制策略

针对四开关Buck-Boost变换器在整个输入电压范围内很难实现高效率、高功率密度和良好的动态响应等问题,对四开关Buck-Boost变换器传统控制策略进行了归纳。对传统控制策略存在的多模式切换、控制设计难度大、实现软开关复杂程度高等问题,提出了一种四开关Buck-Boost变换器混合单模式ZVS恒频控制策略,并对该变换器各个关键参数进行了优化设计,搭建了一台300 W实验样机并进行了测试。实验结果表明:四开关Buck-Boost变换器在该控制策略下不管升压还是降压电路都只工作在一种模式,并能在全电压范围内都能实现4个开关管的零电压ZVS开通,在高频工作时开关损耗低、效率高、动态性能好。

基于小信号模型的Buck-Boost变换器控制策略研究

为了解决电动汽车上电池端电压经常出现的大范围波动以及电压型逆变器的降压特性问题,用状态空间平均法建立了Buck-Boost电路的交流小信号数学模型,设计了控制系统补偿器、系统的硬件电路和软件,得到了交流小信号的线性传递函数和buck-boost变换器的线性控制策略。实验结果表明,控制系统在输入电压以及负载出现阶跃扰动的情况下,能够有效抑制低频扰动并迅速跟随给定电压实现对输出电压的闭环控制,满足电动汽车对电源系统的要求。

基于状态轨迹模型的CLLC谐振变换器控制策略研究

为提升CLLC谐振变换器的动态性能,该文提出一种基于状态轨迹模型的CLLC谐振变换器控制方法。该方法以CLLC谐振变换器的时域模型为基础,通过消除谐振腔能量的高频分量,建立CLLC谐振变换器各工作模式的状态轨迹模型。在此基础上,通过合理化简时域方程,利用状态轨迹中的几何关系,详细推导谐振腔能量之间的关系,提出CLLC谐振变换器轨迹控制策略。该策略通过暂态过程负载电流变化量控制开关管栅极驱动信号的脉冲宽度,使变换器中各状态变量能够快速跟踪理论轨迹,保证CLLC谐振变换器负载切换后在最短时间内重新到达稳态。最后,搭建1台300 W的实验样机对所提控制策略进行验证。实验结果证明,与传统线性控制相比,所提控制策略明显改善CLLC谐振变换器的动态性能。

基于Posicast控制的双向Buck-Boost变换器改进控制策略研究

双向Buck-Boost变换器被广泛应用于锂电池等储能系统,常采用电压电流双环控制策略,存在动态超调大且有残留振荡等缺点,影响了储能系统的正常运行。提出基于Posicast控制的改进控制策略,首先,分析了双向Buck-Boost变换器不同工作模式的数学模型,介绍了Posicast控制器的基本概念,并给出了提升Posicast控制鲁棒性的设计方法。其次,基于变换器双环控制,将Posicast控制算法引入电流控制器,以改善系统的动态性能,并给出了不同模式下各控制器的设计方法,分析了电感参数变化时的系统鲁棒性。最后,通过功率为10 kW的双向Buck-Boost变换器样机平台,用试验验证了所提控制策略的正确性。

双向Buck-Boost变换器的无源控制策略

为有效升级Buck-Boost变换器的动态与静态性能,基于无源控制的特性与优势,将其应用于两台以上的并联带恒功率负载Buck-Boost变换器中。结合无源控制模型及对无源控制器设计,阐述了无源控制双向Buck-Boost变换器的详细流程,明确了无源控制器的可靠性。研究结论证实了无源控制策略对低效带恒功率负载负阻特性的实际价值,有利于提升驱动系统稳定范围。

新型Buck-Boost矩阵变换器的双闭环控制策略

为了克服传统矩阵变换器电压传输比低的缺陷,提出了新型Buck-Boost矩阵变换器,采用双闭环控制策略进行控制.介绍了该控制策略的基本原理与设计方法,对比分析了该控制策略与滑模控制及离散滑模控制的各种特性,并通过仿真对其控制效果进行了验证.结果表明:该控制策略不仅具有比滑模控制和离散滑模控制更加优良的动态性能,而且还具有更强的谐波抑制能力,其输出波形的谐波失真度更小,稳态精度更高,因而具有更好的应用价值.

双管Buck-Boost变换器的输入电压前馈控制策略

双管Buck-Boost变换器适用于宽输入电压范围场合。采用双调制–单载波的两模式控制策略可实现其整个输入电压范围内的高效率和工作模式的自动平滑切换,其工作模式即为高输入电压区间的Buck模式和低输入电压区间的Boost模式。为抑制输入电压扰动对输出电压的影响,通过建立双管Buck-Boost变换器不同工作模式下的小信号模型,推导相应的输入电压前馈函数,并分析电路参数变化对前馈函数的影响,进而提出一种带输入电压前馈的两模式控制策略。采用所提出控制策略的双管Buck-Boost变换器,可实现工作模式和相应输入电压前馈函数的同时自动选择,及工作模式的近似平滑切换,从而保证变换器整个输入电压范围内的高效率和良好的输入暂态响应。为更好地展现所提出控制策略的优点,对带输入电压前馈和不带输入电压前馈的两模式控制策略进行比较。最后,实验室搭建一台原理样机,并对所提出的控制策略进行实验验证。

Buck-Boost矩阵变换器的复合控制策略

针对Buck-Boost矩阵变换器实际输出电压与其参考电压间存在较大跟踪误差的问题,提出一种基于重复控制的复合控制策略。阐述了该控制策略的基本原理,构建了以Buck-Boost矩阵变换器中电容电压与电感电流为系统控制变量的复合控制闭环,并就该控制闭环中复合控制器的具体设计方法进行了深入研究,最后构建仿真模型对其控制效果进行了验证,同时与比传统双闭环控制策略进行了对比仿真分析,结果表明:该控制策略不仅有效解决了Buck-Boost矩阵变换器存在的稳态跟踪误差大的问题,而且具有比传统双闭环控制策略更加优良的谐波抑制能力,因而具有更好的应用价值。

基于Buck-Boost矩阵变换器的异步电机调速控制策略

进行了将采用双闭环控制的Buck-Boost矩阵变换器用于异步电机调速系统控制的研究,设计了基于Buck-Boost矩阵变换器的异步电机调速控制策略。该策略根据异步电机的给定转速,基于矢量控制原理获得异步电机对应的输入电压,并以该电压作为Buck-Boost矩阵变换器的参考输出电压,再通过对Buck-Boost矩阵变换器采用双闭环控制策略使其实际输出电压与其参考输出电压保持一致,从而实现异步电机的实际转速对给定转速的准确跟踪,达到准确控制异步电机转速的目的。该控制策略的控制效果通过仿真得到了验证。仿真分析结果表明,异步电机采用基于Buck-Boost矩阵变换器的调速控制策略可取得良好的动态和稳态性能以及四象限运行特性,因而具有较好的应用价值。

Buck-Boost变换器电流滞环控制策略的研究与改进

电流滞环控制策略具有稳态过程精度高、响应速度快的优点,但在负载电流突变过程控制效果不够理想。为了缩短变换器的动态响应时间,提高负载调整率,对电流滞环控制策略进行了改进,根据电容电荷平衡原理提出一种暂态电流滞环控制策略,并进行了详细地理论分析和数学建模。基于STM32F407VGT6开发板制作了Buck-Boost变换器样机,实验结果表明,应用暂态电流滞环控制策略后,负载调整率提高了1%左右,动态响应时间缩短了200μs左右。

双管Buck-Boost变换器的带输入电压前馈双闭环控制策略

针对宽范围输入的双管Buck-Boost变换器,在Buck和Boost两模式之间进行切换和输入电压发生波动时,电感电流和输出电压存在较大波动的问题,提出了带输入电压前馈的两模式平均电流控制策略。该策略通过将具有电压电流双闭环结构的平均电流控制与单载波-双调制的调制方法相结合,来提高变换器的动态响应性能,实现变换器两模式的自动近似平滑切换,同时对电感电流进行有效控制,保护设备安全。为了克服传统双闭环前馈函数实现和化简困难的缺点,提出将输入电压前馈引入电流内环从而大幅提高了变换器的输入动态响应性能。最后建立了MATLAB/Simulink仿真模型和硬件试验平台,验证了所提控制方法的有效性。

四管Buck-Boost变换器的改进型三模式变频软开关控制策略

四管Buck-Boost变换器(FSBB)具有无源元件少、开关管电压应力低、输入输出电压同极性、控制自由度多等优势,非常适用于宽输入电压的预调节器。该文对传统三模式控制的中间模式进行优化,提出一种改进型三模式控制策略,降低了导通损耗,提升了变换器工作效率。为进一步提高功率密度、降低高频硬开关带来的开关损耗和电磁干扰,该文提出变频控制策略,能够在全电压范围内实现软开关。分析表明,改进型三模式控制可优化变频范围,与变频软开关控制具有很好的契合度。在实验室研制了一台输入80~160V,输出125V/300W的原理样机,验证了所提控制策略的正确性,并通过效率对比和损耗分析证明所提控制策略有利于FSBB实现高效率和高功率密度。

Buck-Boost变换器工作模式及控制策略的研究

DC-DC变换器是实现电气系统电能变换和传输的重要设备,具有加速平稳、响应速度快的特点,但在具体使用环境下,变换器负载变化将对其性能造成极大影响。以Buck-BoostDC-DC变换器为例,分析了变换器的工作过程和工作模式,针对完全电感供能模式(CISM)和不完全电感供能模式(IISM),分别提出了对应的控制策略,系统自动判别负载变化情况,实现对输出电压的快速调节,使其始终稳定在期望值。对不同模式下的控制策略进行仿真,结果验证了所提出的控制策略能很好地改善Buck-Boost型DC-DC变换器的超调量、调节时间等动态性能。

适用于直流微网系统的新型双向三端口变换器及其控制策略

在传统分布式新能源并网接口中增加储能装置作为第三端口,可有效改善因分布式新能源强不确定性和随机性等特征引发的输出功率波动问题。为此提出并研究了一种适用于高升降压比直流微网系统的新型非隔离双向三端口变换器及其控制方法。通过集成双有源半桥变换器和非隔离双向Buck/Boost变换器,实现了三个端口中任意两个端口之间功率的双向传输。详细分析了所提新型变换器的工作原理、变换器输出特性以及控制策略,通过移相+脉宽调制控制方法,实现了宽范围的电压调节和各端口间功率的平滑切换。搭建了一台1 kW的试验样机,验证了所提出的新型三端口变换器及其控制方法的可行性和有效性。研究结果对于提高分布式新能源接入稳定性具有理论指导与工程实践借鉴意义。