一种交叉倍压型高增益DC/DC变换器

针对光伏发电、燃料电池发电等领域对高增益直流变换器的需求,以两相交错并联升压变换器为研究对象,由2个含有电感的倍压单元组合设计出实现电压提升的交叉倍压结构,据此提出了一种新颖的交叉倍压型高增益DC/DC变换器。该变换器可实现(3n+4)/(1-d)倍的高电压增益(1∶n为耦合电感匝数比,d为变换器占空比),且具有电路器件的低电压应力特性。对于漏感引起的开关管电压尖峰问题,引入了钳位电容构成释放漏感能量通道,同时提升了输出电压。介绍了新型交叉倍压型高增益变换器的拓扑结构,分析了变换器各模态的工作过程,推导了电压增益、输入电流纹波及各器件电压应力等稳态特性,并搭建样机进行实验研究,验证了该直流变换技术方案的可行性和先进性。

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。

一种可拓展双输入高增益DC/DC变换器

针对光伏发电系统中光伏电池板集成汇流的需求,提出了一种可拓展双输入高增益DC/DC变换器。该变换器采用了一种新型拓扑结构,可在实现输入输出电压高增益变换的同时降低了开关器件的电压应力。此外,所提变换器还具有可拓展性,可以根据不同的光伏电池板数量和输出电压要求对端口进行扩展,从而降低系统的复杂性和成本。首先详细介绍了所提变换器的拓扑结构,并推导出变换器在不同工作模态下的运行原理。然后,对该变换器的增益特性、开关器件的电压和电流应力、关键器件的参数选择和损耗计算等方面进行了深入的理论分析。最后,搭建了一台输出功率为1 kW的实验样机,并进行了实验测试。实验结果验证了所提变换器理论分析的正确性和可行性。

基于MPC的耦合电感飞跨电容双向DC/DC变换器功率均衡解耦控制策略

耦合电感功率变换器因耦合电感阻抗、电感值等参数差异易导致功率不均衡。针对耦合电感飞跨电容双向DC/DC变换器,提出一种基于模型预测控制(MPC)的功率均衡解耦控制策略。通过对变换器原理进行分析,建立基于电感电流解耦的数学模型,得到包括电感电流和飞跨电容电压等6个控制变量的解耦控制方法。在此基础上,提出基于MPC的功率均衡解耦控制策略。同时,为降低MPC算法的运算负荷,根据解耦控制模型重构模型预测价值函数,实现各控制变量独立动态寻优,使系统能在稳定控制输出电压及飞跨电容电压的同时,实现两相耦合电感的功率均衡控制。最后,通过理论分析及实验对所提策略进行有效验证。

模块化高压大容量DC/DC变换器综述

随着新能源发电占比增加和电网规模的不断扩大,直流输电系统的容量不断提升,含有不同电压等级的直流电网是未来发展的必然趋势。在此背景下,DC/DC变换器作为直流电网关键设备,在多电压等级互联场景中发挥着重要作用。文中首先对已有的模块化高压大容量DC/DC变换器进行归纳、分类和比较,然后阐述了目前模块化高压大容量DC/DC变换器的拓扑结构、工作原理与特点,并针对其特点提出了不同变换器的适用场景,最后对未来的研究方向提出了建议。

基于部分功率调节的高调压速率DC/DC变换器

应用于5G基站的通信电源可在设备待机时降低输出电压来减少能耗,然而输出电压的频繁快速调节给变换器带来挑战。针对这一问题,采用部分功率调节的思想,在变换器输出端构造部分电压调节电路,对电压调节电路采用电压外环电流内环、负载电流前馈以及输出电压前馈控制,使变换器获得电压快速调节的能力且保持较高的能量转换效率。搭建1kW实验样机,验证了所选拓扑以及控制策略的有效性。

永磁同步电机双向DC/DC变换器混合储能设计

为了提高永磁同步电机的发电效率,设计一种永磁同步电机双向DC/DC变换器混合储能方案,并开展性能仿真分析。利用双向DC/DC变换器连接储能部件与负载母线,该变换器的控制性能对系统整体动/静态性能存在明显影响。研究结果表明:在Buck模式下仿真测试得到,双向DC/DC变换器高压侧电流逐渐升高,产生了持续上升的最高输出功率。双向DC/DC变换器与Buck电路达到了合理的参数,能够达到混合储能系统要求达到的稳定性与快速性控制标准。本设计的双向DC/DC变换器主电路与Boost电路各项参数处于较优的状态,能够实现对混合储能系统进行稳定高效控制的目标。电感与电容值满足系统运行要求,可以实现双向DC/DC变换器的快速响应,能够快速控制电流值,并获得稳定的电压参数,能够满足优异的动态调控性能。

一种基于数字孪生的小功率DC/DC变换器健康状态监测方法

针对空间电源高可靠和长寿命的要求,提出一种基于数字孪生技术小功率DC/DC变换器健康状态监测方法。首先实时更新DC/DC变换器退化参数,建立“高保真”数字孪生模型;其次基于虚拟实体通过蒙特卡罗方法生成大量数据样本;然后使用层次分析法确定不同指标的权重,根据指标权重计算加权马氏距离,对最终的健康程度分类。以Superbuck变换器为实验电路,验证了所提方法的有效性。

动力电池检测用双向DC/DC变换器设计

针对传统动力电池化成分容设备中电源模块体积大、输出功率小、稳态精度低、可靠性差等问题,设计了一款高精度、大功率双向DC/DC变换器。该变换器以同步整流双向Buck/Boost电路为核心电路,采用多模块并联拓扑结构,减小系统体积的同时提高了整机效率。基于DSP数字控制技术,实现各通道电流独立闭环控制输出,并机状态下可实现稳压输出以及电流自主比例分配,无需额外均流电路调节控制。实验结果表明:采用多模块并联型设计的双向DC/DC变换器效率高,充放电电流调整范围大,可在0~±180A内变化稳定输出,且精度可达0.005%F.S以内,满足大功率动力电池化成分容设备的技术要求,在动力电池检测行业具有较高的实用价值。

新型四开关升降压DC/DC变换器控制方案设计与实现

本文提出了一种新颖且易于实现的Buck-or-Boost(BOB)变换器控制策略,BOB拓扑非常适合应用于燃料电池或电池电源系统,基于本文提出的非线性双占空比控制方案,BOB变换器可以连续工作在Buck模式、Boost模式或Buck-Boost模式下,无需复杂时序控制,实现输出电压可以高于、低于或等于输入电压。基于该控制策略,设计了一个250W燃料电池应用DC/DC转换器,实验结果证明了所提控制策略的可行性。

双向DC/DC变换器在混合动力汽车中的应用

随着用户对混合动力汽车的动力性能和油耗追求越来越高,搭载双向直流转直流(DC/DC)变换器成为满足用户要求的可能方向之一。文章针对双向DC/DC变换器在混合动力汽车中的应用,分别分析了本田动力控制单元(PCU)系统、不同的拓扑结构选型、双路交错拓扑收益等,并分析双向DC/DC变换器在混动系统中可能遇到技术难点,为混合动力汽车采用双向DC/DC变换器选择提供意见。

前馈解耦控制在DC/DC变换器领域的应用研究

为推动前馈解耦控制理论在DC/DC变换器领域的研究应用,梳理归纳现有的解耦控制理论类型及DC/DC变换器控制方式,详细介绍了前馈解耦控制理论在DC/DC变换器控制领域的研究和应用现状。研究发现,前馈解耦控制可以明显提高DC/DC变换器的动态响应速度和稳定性。

四电平浮动交错Boost DC/DC变换器研究

提出一种高升压比浮动交错四电平DC/DC变换器(Four-level Floating-output Interleaved-input Boost DC/DC Converter,FL-FIBC).该变换器不仅可以实现高升压比,显著减小变换器输入电流纹波,而且开关管承受的电压应力仅为输入电压和输出电压之和的1/6,对其拓扑结构及其工作原理进行分析研究,针对非交错导通方式下输出电压纹波大的特点,提出交错导通方式.通过在MATLAB仿真中搭建仿真,验证了所设计控制器的有效性.

直流微网储能DC/DC变换器的自适应虚拟直流电机控制

电力电子化的直流微电网自身缺乏惯性,当功率发生波动时,直流母线电压会产生较大突变,不利于其稳定运行。为了解决这一问题,虚拟直流电机控制被应用于直流变换器中来模拟直流电机的外特性,进而为直流微电网提供惯性支撑。但传统参数固定的虚拟直流电机控制在提供惯性的同时会牺牲系统的动态响应速度。针对这一问题,提出了参数自适应虚拟直流电机控制,并将它应用于储能端推挽式DC/DC变换器中。建立了系统的小信号模型,分析了转动惯量参数变化对系统的影响,并给出了参数的自适应调节原则。最后,搭建了仿真模型对不同控制方法进行了对比分析。仿真结果表明所提控制策略在为系统提供较大惯性支撑的同时,系统仍具有较快的动态响应速度。

三电平电流型推挽双向DC/DC变换器及工作特性分析

储能DC/DC变换器需要解决电池侧电流纹波和宽电压范围问题。本文研究了一种可用于电能路由器储能环节的三电平电流型推挽式双向DC/DC变换器,具有高增益、电流纹波小和宽输入电压范围的特征。以传输电感两端电压匹配为原则研究了采用脉冲宽度调制(PWM)加移相控制下的工作机理,深入分析了正向和反向工作模式。研究了占空比、桥间移相比和桥内移相比对功率传输的影响以及不同模式下的系统性能,以实现变换器的高效率功率传输。通过建立各功率管开通时刻的瞬态等效电路深入研究了功率管寄生电容、变压器励磁电感对实现软开关的影响。推导出开通时刻的准谐振方程,从而得到功率管实现软开关的条件,为参数优化设计奠定了基础。在3 kW实验平台上进行了实验研究,实验结果验证了理论分析的正确性。

储能双向DC/DC变换器自适应充放电无缝切换策略

为提高直流微电网内储能单元的动态性能与抗干扰能力,文中提出了一种针对储能双向DC/DC变换器的充放电无缝切换控制策略。该策略根据母线电压高低进行储能单元自适应充放电切换,进而保持母线电压稳定。在此基础上,考虑到双向DC/DC变换器的非线性特征,引入了可通过fal函数在线调节误差反馈系数的非线性无缝电流环,实现了储能双向DC/DC变换器的充放电无缝切换,提高了控制策略的动态性能与鲁棒性。通过仿真和实验验证了该策略的可行性与有效性,在母线电压跌落、陡升与系统参数变化等工况下,均可实现储能单元的充放电无缝切换。

三角形模块化多电平DC/DC变换器研究

DC/DC变换器是双母线直流微网中的接口变流器,在能量转换中起重要作用。因传统DC/DC变换器具有器件应力高,电压增益低等缺点,导致其不适用于中高功率场合。模块化多电平DC/DC变换器通过模块串并联方式降低器件应力,提高电压增益,适用于中高功率场合。本文以三角形模块化多电平DC/DC变换器作为研究对象,对电路拓扑结构与工作原理进行分析,该电路所有模块可实现均压均流,电路功率均分至各个模块。针对电路中变量相互耦合的关系,研究设计解耦控制策略,实现两级间的变量解耦;针对非交错调制方式下电压纹波大的特点,提出不同级间交错调制方式,在所提方式下电路拥有良好的动静态性能,并且可以有效降低输出电压纹波。通过MATLAB/Simulink搭建仿真模型,仿真结果验证了解耦控制策略及调制方式的可行性及有效性,提高了电路动态特性及输出直流电能质量。

电感对DC/DC变换效率影响分析

针对电感对DC/DC变换性能影响的问题,以Boost变换器为例,对非理想情况下Boost变换等效电路和转换效率影响因素进行了分析,得到电感参数与电路输出电压、转换效率的关系。根据电感参数对电流纹波和电路转换效率影响的分析,在传统以临界连续电流为依据设计滤波电感值的基础上,提出了一种约束电感值选择范围的方法,并对KS226-075A磁芯的局部磁滞损耗和铜耗进行了计算,得到DC/DC变换器转换效率随电感值增大的变化趋势。最后,通过实验验证了理论的正确性和方法的可行性,同时根据实验结果修正了电感值的选取范围,并对计算结果与实验结果存在的误差进行了分析说明。

基于最小峰值电流算法的DC/DC变换器控制系统设计

针对传统DC/DC变换器控制系统稳定性差,控制效率低等缺点,设计了一种基于最小峰值电流算法的控制系统。控制系统的硬件部分主要包括整流开关器件,辅助电路,辅助电源,稳压电容,高频变压器等,整流开关管选用了高性能6N137型光耦隔离;给出了变换器控制系统的主控程序,利用PWM调制模块负责持续地更新内移相比值,当变换器电压稳定时计算最小峰值电流,并构建小信号模型进行环路补偿以提高系统的电流转换效率。实验数据表明,提出的控制系统电流控制效率更高且在相同输入功率下的电流应力值更小。

基于BP神经网络PID控制DC/DC变换器研究

针对传统PID控制DC/DC变换器具有响应速度慢,输出电压纹波系数大等问题。提出了一种BP神经网络结合PID的控制方法。对神经网络的结构进行了分析,对算法进行了数学公式推导,最后采用Matlab软件编程实现BP神经网络算法。在Simulink模块中搭建了Buck电路模型,再分别搭建了传统PID控制和模糊PID以及BP神经网络控制模型对其进行仿真,得到相应的输出电压仿真结果图。仿真结果表明,BP神经网络PID控制下的输出电压更稳定,纹波系数为0.4%,小于其他两种控制方法。