Analysis and design of DSP-based dual-loop controlled UPS inverters

This paper presents a novel digital dual-loop control scheme of the PWM(PUlse width modulate)inverter. Deadbeat control technique are employed to enhance the performance. Half switching period delayed sampling and control timing strategy is used to improve the system dynamic response. Simulation and experimental results presented in the paper verified the validity of the proposed control scheme.

混合型有源电力滤波器双闭环控制

混合型有源滤波器(HAPF)是一种改善电能质量的装置,针对其无源器件容易造成直流侧电压难以控制以及系统谐振的问题,提出一种变流器输出电流和电感电压反馈的双闭环控制器。首先建立变流器输出电压和无源支路上电感电压的数学模型,但模型中存在大量耦合项,为了实现无静差控制,采用变量前馈的解耦方式消除耦合量。然后对系统控制进行设计,电感电压作为外环保证跟踪精度;选用变流器输出电流作为内环,加入系统有源阻尼,抑制系统谐振尖峰。最后仿真和实验结果表明,该控制策略提高了直流侧电压控制的动态响应速度和稳态精度,同时降低了谐振尖峰对系统稳定性的影响。

基于平均电流模式的同步Buck数字电源设计研究

高效率、高开关频率和数字控制是近年来开关电源领域的研究热点。探讨了基于平均电流模式的同步Buck数字电源设计策略,结合理论分析和Matlab/Simulink软件仿真,分析了同步Buck的环路设计条件,详细阐述了两种电压电流双闭环PI补偿器的设计方法,并提出了一种基于电流环简化的电压环设计方法。使用高性能主流MCU芯片STM32G474作为控制核心,利用高分辨率PWM技术实现200 kHz的开关频率,以中断事件触发和状态机运行思想来构建系统软件的架构。仿真和实验结果表明系统具有效率高、动态响应快和鲁棒性强等特点,为数字电源的通用化设计提供了参考。

三相LCL型并网逆变器双电流环控制器设计

并网逆变器在当前电网中具有举足轻重的地位。本文针对三相LCL型并网逆变器进行了研究,建立了其数学模型,给出了其双电流环控制器的设计方法,并针对于常规双电流环控制稳定裕量低的弊端,提出了一种改进型双电流环控制策略。最后,进行了仿真验证,分析表明,在较为理想的模型下,两种双电流环控制策略均具备较为优秀的控制效果,但在非理想模型下,所提改进型控制策略具备更大的稳定裕量,更适合在实际数字控制系统中应用。

逆变电源PI双环数字控制技术研究

本文分析了正弦波逆变电源实际应用情况和数字控制的特点,提出了一种带输出电流前馈的PI双环(输出电压外环滤波电感电流内环)数字化控制方案,利用极点配置的方法设计控制系统参数,并根据实际系统模型设计了输出电压和电感电流的状态观测器,最后给出了各种实验条件下的实验波形。实验结果表明,该方案设计简单、实用,能很好地达到逆变电源输出的各项性能指标要求。

基于状态空间的逆变器数字双环控制技术研究

采用双闭环瞬时值控制的逆变器具有输出波形动态响应快、稳态精度高和较强的抗扰性能。常用的双闭环控制技术有电感电流内环和电容电流内环之分:前者动态响应速度不够快,抗扰性能不够高;而后者不能对逆变电源进行很好地过流保护。采用基于状态空间理论的带负载电流前馈的电感电流内环电压外环PI-PI控制技术,在保证快速性和高稳定性的同时能够对逆变器进行快速地限流保护。最后,基于Matlab/Simulink的仿真和实验结果验证了这种方法的正确性,从而有效改善了系统输出电压波形。

基于电流内环的一种逆变器控制策略研究

比较了几种电流内环控制的方法,提出了基于电感电流反馈的SPWM电流控制型双环控制策略。针对输出电压对电流环的交叉反馈作用,通过采用电容电压解耦方法,削弱了电容电压对内环的影响;针对负载电流扰动对电压外环的影响,采用负载电流前馈补偿方法,很大程度上增加了系统对负载电流扰动的抑制能力;针对电压外环的PI调节器存在的相位滞后,提出了基准电容电流前馈补偿方法,理论上达到输出电压与基准正弦给定的零相差。通过仿真和实验,证实了本控制方案的可行性和优越性。

基于FPGA全数字逆变电源驱动电路设计及应用

提出了基于现场可编程门阵列(FPGA)的逆变电源数字驱动电路设计新方案.采用电流型脉冲宽度调制(PWM)双闭环设计思路,从驱动脉冲在各种正常和异常情况下的可知性和可控性出发,设计了FPGA控制电路、驱动隔离电路和保护电路产生驱动脉冲,利用数字接口与上位机通讯,能够产生精确、灵活的驱动脉冲,参数一致性好.多方面介绍了电路的抗干扰设计.通过现场焊接试验,验证了该数字驱动电路能够稳定工作,并能及时准确地产生保护信号,适应性强,可广泛应用于各种全数字逆变焊机.

宽输入电压范围下隔离型全桥Boost变换器的高效率控制

本文提出了一族隔离型的Buck-Boost变换器以适应宽输入电压范围并要求隔离的应用场合,以全桥(Full-Bridge,FB)Boost变换器作为其典型电路之一在文中展开分析。考虑占空比的丢失,提出了基于移相控制的双沿调制策略以减小整个输入电压范围内的电感电流脉动。为实现变换器可靠高效的工作,提出了三模式双频控制策略。三模式双频控制策略下,输入电压被分为低、中、高三个电压区间,分别对应于FB-Boost变换器的Boost、FB-Boost和FB三个工作模式。由于FB-Boost模式下电感电流脉动较小,可以降低该模式下Boost单元的开关频率以减小开关损耗,进一步提高效率。为验证设计和控制策略的有效性,搭建了一台输入电压250～500V,输出电压360V,额定功率6kW的原理样机,整个输入电压范围内变换器都具有较高的效率,最高效率为97.2%。

恒定谷值电流型变频控制CCM单电感双输出Boost变换器建模与分析

以工作于电感电流连续导电模式(continuous conductionmode, CCM)的单电感双输出(single-inductor dual-output,SIDO)Boost变换器为研究对象,提出恒定谷值电流型(fixed valley current mode,FVCM)变频控制技术。详细分析FVCM变频控制CCMSIDOBoost变换器的工作原理及工作时序,得到开关频率与主电路参数以及谷值电流参考值的关系式。采用时间平均等效电路建模方法,推导CCM SIDO Boost变换器的控制–输出、控制–电感电流、交叉影响阻抗等传递函数。建立FVCM变频控制CCMSIDO Boost变换器的小信号模型,计算闭环输出阻抗和交叉影响阻抗传递函数,并从负载瞬态性能和交叉影响特性两方面,与传统的共模–差模电压型控制进行对比分析。研究结果表明:与共模–差模电压型控制相比,FVCM变频控制提高了CCMSIDOBoost变换器的瞬态响应速度,抑制了输出支路间的交叉影响。最后,通过仿真和实验验证理论分析的正确性。

电流型控制单电感双输出Buck变换器的动力学行为分析

通过对电流型控制单电感双输出(single-inductor dual-output,SIDO)Buck变换器工作原理的描述,推导了三个电感电流边界,建立了电流型控制SIDO Buck变换器的离散迭代映射模型。采用分岔图和李雅普诺夫指数,分析了以输入电压和输出电压为变化参数的分岔行为。通过稳定性分析,得到了电流型控制SIDO Buck变换器从稳定的周期1工作状态到不稳定工作状态,从电感电流连续导电模式到断续导电模式转移的分界线方程,并利用参数空间映射图对变换器的工作状态域进行了估计。研究结果表明:随着电路参数变化,电流型控制SIDO Buck变换器发生了倍周期分岔和混沌,且运行轨道与三个边界碰撞后产生不同的分岔路由,包括周期数倍增和工作模式转移。最后,建立了电流型控制SIDO Buck变换器的仿真和实验电路,时域仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。

基于双环控制的PWM逆变器的研究

文中比较了几种电流内环控制的方法,提出基于电感电流反馈的双环控制策略,利用极点配置的方法设计控制系统参数。这样的控制方法可以使得逆变器动态响应加快,非线性负载适应能力加强,输出电压的谐波含量减小。

电容电流–电容电压纹波控制单电感双输出CCM Buck变换器

为研究减小单电感双输出(single-inductor dual-output,SIDO)Buck变换器输出支路间交叉影响的控制方法,该文以工作于电感电流连续导电模式(continue conduction mode,CCM)的SIDO Buck变换器为研究对象,描述其工作原理和开关状态,推导出状态空间平均模型,并建立了SIDO CCM Buck变换器的功率级小信号模型。在此基础上,提出电容电流–电容电压纹波控制(capacitor current and capacitor voltage ripple controlled,CCVR) SIDO CCM Buck变换器,对其控制原理进行阐述,并建立了小信号模型。进一步地,分析了变换器输出支路间的交叉影响。结果表明:相比传统峰值电流型控制(peak current mode controlled,PCM) SIDO CCM Buck变换器,CCVR SIDO CCM Buck变换器可有效减小输出支路间的交叉影响。最后,由设计的CCVR SIDO CCM Buck变换器实验电路,验证了理论分析的正确性。

基于平均电流控制的双闭环改进控制策略

在分析三种基本控制方法的基础上,利用平均电流控制方式实现数字双闭环控制,提出一种改进控制策略,进一步减小了双闭环调节时电压环对电流环的影响。以功率因数控制器(PFC)电路为控制对象,在MATLAB/Simulink环境下建立数字控制系统仿真模型,详述了仿真模型中各模块的参数设定,并进行了仿真试验。仿真结果表明,功率因数达到0.999 4、系统的总谐波失真THD仅1.51%,验证了该控制理论的可行性。该改进控制策略亦可应用于电机控制,为相关试验研究及工程应用提供一定参考。

矿用三相数字化电源的研究

针对现有矿用三相电源对井下电网造成的谐波污染问题,设计了一种基于STM32F103VB的矿用三相数字化电源,详细介绍了该电源的工作原理及控制策略。该电源采用典型AC-DC-AC结构,其PWM整流器采用电压、电流双闭环直接电流控制策略,以实现输入电流为正弦波且与输入电压同相位、输出电压稳定的控制目标;PWM逆变器采用电压外环、电流内环的双闭环控制策略,以提高输出电压的波形质量和负载适应性;SPWM波通过STM32F103VB定时器的下溢中断来获得。实验结果表明,该电源的输入电流谐波含量很低,具有较高的功率因数和输出稳定度。

电流型控制单电感双输出开关变换器稳定性与瞬态特性分析

提出一种单电感双输出(SIDO)开关变换器的电流型控制技术。以工作于连续导电模式(CCM)的SIDO Boost变换器为例,详细分析电流型控制CCM SIDO Boost变换器的工作原理、工作时序、系统稳定性,得到变换器稳定工作的条件。建立电流型控制CCM SIDO Boost变换器的时域仿真模型,通过时域仿真分析变换器的稳态性能、瞬态性能、输出支路的交叉影响以及稳定性。研究结果表明:相比于传统的共模-差模电压型控制,电流型控制CCM SIDO Boost变换器可提高变换器的瞬态响应速度并抑制输出支路间的交叉影响;对于变换器存在的不稳定性问题,可以通过引入适当的斜坡补偿解决。最后通过实验验证了理论分析的正确性。

一种预测型电流模式数字控制的单电感双输出降压型DC-DC转换器

本文提出了一种针对单电感双输出DC-DC转换器的基于电流模式的数字控制的预测算法.这种预测算法在当前开关周期内基于电流基准值计算下一个开关周期内各路输出对应的能量分配占空比,基于电感电流谷值和基准电流之间的误差计算整体能量产生占空比.每路输出对应的能量分配占空比的计算都基于表征自身负载电流的电流基准值,而每路输出对应的反馈环路近乎相互独立,所以理论上可以消除输出之间的交调影响.本文还采用了电感电流估算技术从而不需要复杂的电流检测电路.系统仿真结果验证了这种控制方式和预测算法的可行性与正确性.

基于DSP的全数字UPS逆变器设计

功率变换器的数字化实时控制是电力电子技术的一个重要发展方向。提出了一种新型的基于电感电流模式的双环数宇控制器,给出了详细的设计过程,仿真和实验结果验证了数字控制器设计的正确性。

连续模式双环正激直流变换器的分岔研究

以连续模式双环控制正激直流变换器为研究对象,通过对离散时间模型的简化,得出闭环系统的表达式.然后运用基于特征值的稳定性分析法对其稳定性问题进行了探讨,和仿真结果吻合得较好.对中等功率双环控制正激直流变换器在环路设计、参数选择有一定的实用价值,对输出电容极限值的选取对减少电容量以提高电源工作寿命的研究提供了理论依据,由于在较宽范围的输入电压进行了讨论,所以对交流变换器的参数设计也有一定的指导意义.

DCM Boost PFC数字化的研究

传统断续导通模式的Boost PFC采用单电压环控制算法实现,但存在输入电流畸变大、功率因数不高的问题,从理论的角度深入分析了单电压环控制法不足的原因,根据Boost PFC电路在断续导通模式下的输入输出电压比,利用功率守恒原则,提出了适用于断续导通模式的DCM预测电流法,与单电压环控制法相比电流畸变、功率因数均得到改善。实验结果验证了理论分析的正确性。