DC-DC升降压变换器协同控制器设计

针对DC-DC升降压变换器存在负载电阻扰动的问题,提出一种基于扰动观测器的协同控制器策略。使用非线性扰动观测器技术对负载不确定性扰动进行估计,再将其观测值代入所设计的协同控制器中,构建一种基于非线性扰动观测器的协同控制算法,达成鲁棒稳定跟踪期望电容输出电压的目的。通过一系列仿真对比,验证了该方法的可行性以及有效性。

基于四开关升降压变换器的三模式设计

四开关升降压(four-switch buck-boost,FSBB)变换器具有宽范围电压输入的优势。由于开关频率高,变换器工作在降压(Buck)模式或者升压(Boost)模式下效率最高,但是在输入电压改变时,两种模式之间的切换会产生转换盲区。文中采用脉宽调制(pulse width modulation,PWM)技术,对传统的两模式控制方法加以改进,设计加入了第三种升降压(Buck-Boost)模式进行平滑过渡。实验结果表明,瞬时改变输入电压时,输出电压波形波动小,证明新的控制方法有效地解决了转换盲区问题,保证了输出电压的稳定。

基于滑模控制的DC-DC降压变换器实验平台

为了实现DC-DC降压变换器的高精度控制,设计了一种基于滑模控制的输出电压调节器。首先根据DC-DC降压变换器的工作原理建立了系统的动态模型;接着利用转换后的受扰动态模型设计了滑模控制器,同时基于李雅普诺夫函数证明了闭环系统的稳定性;最后使用Matlab/Simulink软件和DC-DC降压变换器硬件电路搭建了实验测试平台。测试结果表明与传统的PID控制方法相比,DC-DC降压变换器系统在所设计的滑模控制器的作用下可以获得更快的动态性能与更强的扰动抑制能力。该实验平台不仅有利于大学生理解和掌握滑模控制理论,还可以提高大学生的工程应用能力。

基于STM32的DC-DC降压变换电路设计与实现

文章提出了一种小型可调DC-DC降压变换器的电路系统。该系统由主控板(MCU)、辅助电源、Buck主电路组成,主控板基于STM32F103RC最小系统板设计,辅助电源为MCU和主电路供电,Buck主电路由MOSFET管、电感及滤波电容构成。利用PWM控制,设计驱动电路控制MOSFET管的通断;利用反馈电阻实现闭环电压控制,控制算法选用PID,通过改变PWM波的占空比来改变输出电压以达到调压的目的。该降压变换器设计简单、经济适用、通用性强、模块移植性强,适用于低压工作场合,其输入电压为24 V(可适当调整),输出电压在0~20 V连续可调。文章在Buck电路理论分析和仿真实现基础之上,设计了印刷电路板并完成实物制作,物理试验结果验证了该设计的正确性和电路的有效性。

DC-DC降压变换器的固定时间变增益二阶滑模

针对DC-DC降压变换器提出了一种基于变增益二阶滑模控制的固定时间输出电压调节算法。首先,在考虑外部干扰以及未知建模动态的前提下,通过平均状态空间法得到了含有不确定性的降压电路的状态空间数学模型。接着,针对所得到的数学模型构造了相对阶为2的滑模变量,并提出了一种增益可变的新型滑模控制算法,实现了收敛时间不依赖于系统初值的固定时间输出电压调解控制。此外,通过Lyapunov分析得出闭环系统能够完成全局性固定时间稳定的结论。最后,通过仿真与已有算法进行比较,验证了所提算法的有效性。

一种新型升降压DC-DC变换器的建模与控制

对一种新型升降压DC-DC变换器进行了研究,新型变换器具有任意升降压功能,对稳态时的工作原理进行了分析,根据状态空间平均法建立了新型升降压DC-DC网络在电流连续工作模式下(CCM)的交流小信号模型,对模型进行分析,获得了控制至输出的传递函数,实现了输出电压闭环控制。最后建立实验样机,进行了实验验证,实验结果与理论分析相吻合。

新型升-降压DC-DC变换器的研究

提出一种DC-DC变换器拓扑,此种变换器具有大范围的升降压功能,克服了传统变换器只能升压或者只能降压的缺陷。研究了主拓扑在一个开关周期的工作模式,通过分析电路拓扑的工作原理,推导了电路的相关电压关系。与Z源DC-DC变换器进行比较,表明该拓扑具有更低的电容电压应力,同时提高电路的可靠性。通过计算机仿真和样机实验对拓扑进行相关性能测试,理论分析与实验结果完全符合,验证了此DC-DC变换器拓扑的可行性和实用性。

具有升-降压功能的新型DC-DC变换器

提出一种新的DC-DC变换电路,该变换器具有任意升/降压功能,是准Z源逆变电路的一种延伸。电路工作于"类同步整流工作模式"下,损耗小,整机效率高;同步开关管功率等级小,电容C2容量等级和电压应力都较小,减少了系统的硬件成本和整机空间,性价比高。研究了电路的具体工作模式和升-降压功能,推导了电路各部分的数量关系,计算元器件参数。实验室内搭建了50W样机对所提电路进行相关性能检测,实验结果与理论分析相符,验证了所提变换器的有效性和实用性。

一种非隔离双向三端口升降压变换器

提出一种非隔离双向三端口升降压变换器拓扑及其功率控制策略。该变换器由3个双向Buck/Boost开关单元不通过直流母线电容级联组合而成;相对于传统多个变换器通过公共直流母线连接的解决方案,该变换器完全消除了中间母线电容,可减小变换器体积、重量和成本,提高系统可靠性,且任意两个端口之间均为单级升降压变换,大大提高了变换器的变换效率和功率密度。详细分析变换器的工作原理,给出相应的脉宽调制(pulse width modulation,PWM)和功率控制策略,最后通过实验验证理论分析的正确性。

集成于电流模降压型DC-DC变换器的电流采样电路

针对电流模降压型DC-DC变换器,提出了一种新颖的CMOS片上电流采样电路.该电路结构简单,易于集成,功率损耗小,且通过MOSFET的匹配使采样比例几乎不受温度、模型以及电源电压变化影响.并通过进一步的优化设计,使得响应速度更快,工作电压进一步降低.提出的采样电路在一款基于0.5μm CMOS工艺设计的单片电流模降压型DC-DC变换器中进行了验证.在2.5~5.5V的电压范围,0~2A的负载范围内芯片工作稳定,瞬态响应良好,且效率高达96%.

基于隔离升降压变换器的单级软开关功率因数校正变换器

提出一种基于隔离升降压变换器的单级隔离软开关功率因数校正(power factor correction,PFC)变换器及其控制方法。通过采用优化的双重移相控制策略,变换器在半个工频周期可以分别工作于升压模式和降压模式,从而同时实现输入功率因数校正和输出电压调节,且变换器中所有开关管和二极管可在宽范围内实现软开关、开关损耗低。文中详细分析了变换器的工作原理、工作特性以及参数优化设计考虑,实验验证了所研究的单级隔离软开关PFC变换器及其控制方法的正确性和有效性。

基于高频交流升降压原理的双有源桥双向变换器

为实现更优化的器件电流应力、更广范围内实现软开关,针对双有源桥双向变换器,该文提出一种基于高频交流升降压的统一多变量控制策略。提出一种多变量求解的方法,并给出相应的计算流程和相关的控制框图。给出变压器变比和电感值的设计方法,并分析器件的电流应力。从器件电流应力、对控制变量潜力的挖掘程度和软开关范围3个方面,比较基于高频交流升降压控制策略与双移相控制策略控制下的双有源桥双向变换器的性能。实验结果验证了所提控制方法优良。

适用于温差发电的高效率耦合电感升降压变换器

针对温差电池输出电压变化范围宽、输出电流大且要求电流纹波小的需求,提出了一种高效率耦合电感升降压变换器,该变换器由Boost单元和Buck单元级联组合、并将两单元滤波电感反向耦合构成。变换器输入输出电感反向耦合,使得磁心直流磁通相互抵消,大大减小了滤波器磁心体积和损耗,提高了变换器的效率和功率密度,同时输入、输出电流连续,减小了滤波电容的容量。文中详细分析了所提出的耦合电感升降压变换器的工作原理,深入研究了电感耦合系数对变换器的影响并给出了耦合电感设计准则,采用载波交叠的PWM调制策略以及共用调节器的恒压/恒流控制策略,实现了变换器在恒压和恒流模式之间的无缝平滑切换。搭建了一台500W的实验样机,验证了理论分析的正确性和可行性。

基于Z网络的升降压DC/DC变换器

基本的非隔离型升降压电路存在由二极管反向恢复带来的短路环问题.设计了一种基于Z网络的升降压DC/DC变换器,从电路结构上避免了短路环的存在,分析了Z网络和变换器的初始态阶跃响应,并设计了预充电电路,消除了变换器启动时的电压和电流尖峰,讨论了工作在电感电流连续模式(CCM,Current Continuous Mode)下的3种开关模态并分析了其工作原理,依照效率最优原则对升压和降压模式的开关模态进行简化,从而优化了变换器的控制方法,提出了一种通过合理选择电感电流纹波系数确保变换器工作在CCM模式下的方法,给出了各元器件的设计规则,并通过仿真和实验加以验证,结果与理论分析相吻合.

双电流环交替控制的单相升-降压功率因数校正变换器研究

分析单相Boost-Buck功率因数校正变换器的工作原理,并对变换器在纯Boost和纯Buck模式下的电流控制问题进行分析。针对交流侧输入电压峰值大于输出电压的情况,提出由平均电流控制和电荷控制构成的双模式控制方案,确保变换器在一个基波周期内,不论在Boost,还是在Buck工作模式期间都可实现对输入电流的控制,达到功率因数校正的目的。文中给出双模式交替控制方案控制框图,并给出电荷控制方案的数字实现方法,最后通过实验对理论分析的正确性和控制方案的有效性进行验证。研究成果对于单相级联型Boost-Buck变换器的控制也有一定参考价值。

一种新型大功率升降压变换器及控制方法

现有的升降压拓扑中双管级联变换器最符合高效大功率场合的使用要求,但如果工作模式标准选择不当,串联结构和Boost电路的非线性直流增益很容易在升降压转换过程中产生严重的振荡。本文提出了一种新颖的大功率IPOSBHB变换器,阐述了其电路结构及基本关系,建立了降压模式和升压模式下的开环小信号模型,设计了载波平移的组合控制方法,分析了升降压模式切换时传递函数的不一致性、占空比的不连续性和输入电压的扰动对变换器输出特性的影响,并给出了补偿措施。本文提出的载波平移组合控制策略和补偿方法很容易实现稳态时的高效控制和升降压模式切换时的平滑过渡,同时降低了输入电压扰动的不利影响。通过一台15 k W样机对本文提出的理论加以验证。

双有源桥DC-DC变换器升降压功率特性优化控制

双有源桥DC-DC变换器工作在升压、降压状态下时,在传统单移相控制下,电压的不匹配程度会影响变换器的超前桥、滞后桥以及电感上的功率分布情况,进而增加变换器的通态损耗。引入内移相角的双重移相控制可以改变输入、输出侧的电压波形,进而优化流过超前桥、滞后桥的无功功率,在改变变换器的功率特性的同时增加了控制的自由度和灵活性。在此基础上提出了变换器工作在升压、降压状态下,以电感上的无功功率为优化目标的双重移相控制策略,减小了变换器的整体无功功率和通态损耗,从而提高变换器的效率。最后通过试验验证了该双重移相控制方式的有效性和优越性。

面向直流储能系统的飞跨电容三电平双向升降压变换器及其模型预测控制策略

光伏系统中直流母线电压受光伏发电端及负载影响变化范围较大,传统储能直流变换器难以适应储能侧及母线侧双端宽电压范围运行。该文提出一种适用于储能系统的飞跨电容三电平双向升降压变换器,该变换器具有对称的拓扑结构,能量向任意方向传递时,均可实现升、降压功率变换,从而解决储能系统在宽母线电压工况下的应用问题。此外,该文提出基于所提变换器的模型预测控制(MPC)策略,该策略通过建立电感电流的预测模型,引入电感电流和输出电压的双闭环控制,实现稳定输出电压的控制目标。同时,建立飞跨电容的独立预测电压闭环,在保证输出稳压的基础上,实现对双侧飞跨电容电压的独立控制。最后,通过搭建小功率实验平台验证了所提变换器及其控制策略的有效性。

升降压型开关变换器建模与控制

根据升降压型开关变换器的工作原理,利用状态空间平均法和欧拉公式建立了其数学模型,由于其控制到输出数学模型存在右半平面的零点,系统成为非最小相位系统,采用超前-滞后校正装置对系统进行了串联校正,仿真结果良好的动、静态性能和抗电源扰动及负载扰动验证了数学模型与控制策略的合理性,分析结果为其它非最小相位系统的分析和设计提供了理论依据。

程控升降压DC/DC变换器设计

蓄电池、超级电容等储能电池在供电过程中,其端电压会随着放电的进行逐渐下降,导致用电设备系统效率降低或超出设备供电电压允许范围。为避免储能电池直接供电存在的不足,利用NQ60升降压变换模块设计了一个程控升降压DC/DC变换器,该程控DC/DC变换器可实时检测输入和输出侧电压、电流参数,并通过CAN总线设置其输出电压及最大输出电流限值,将储能电池输出电压变换到设备允许的额定电压范围内,实现设备的稳定供电。通过对DC/DC变换器功率电路、控制单元的详细分析与设计,实现了该DC/DC变换器。实验测试结果表明,该DC/DC变换器输出值可程控设置,输出效率高。