Indirect Output Voltage Control in Negative Output Elementary Super Lift Luo Converter Using PIC plus FLC in Discontinuous Conduction Mode

In this paper, the design of a proportional integral controller (PIC) plus fuzzy logic controller (FLC) for the negative output elementary super lift Luo converter (NOESLLC) operated in discontinuous conduction mode (DCM) is presented. In spite of the many benefits viz. the high voltage transfer gain, the high efficiency, and the reduced inductor current and the capacitor voltage ripples, it natured with non-minimum phase. This characteristic makes the control of NOESLLC cumbersome. Any attempt of direct controlling the output voltage may erupt to instability. To overcome this problem, indirect regulation of the output voltage based on the two-loop controller is devised. The savvy in the inductor current control improves the dynamic response of the output voltage. The FLC is designed for the outer (voltage) loop while the inner (current) loop is controlled by the PIC. For the developed ?19.6 V NOESLLC, the dynamic performances for different perturbations (line, load and component variations) are obtained for PIC plus FLC and compared with PIC plus PIC. The study of two cases is performed at various operating regions by developing the MATLAB/Simulink model.

一种高频非理想DCM反激变换器建模与设计

针对反激变换器因高频特性描述不准确而误导补偿参数设计的问题,根据平均开关模型法,建立工作于断续导通模式(DCM)下非理想反激变换器小信号模型,并推导包含高频零极点的控制环路传递函数;分析控制环路幅频特性与相频特性,并搭建基于电流模式控制芯片KP2201的反激变换器SIMPLIS仿真模型,与实验样机进行测试验证。仿真与实验结果均表明,基于所提模型预测的控制环路能够有效描述系统工作特性,在频率响应及动态响应上均具有良好的一致性,为工程应用中设计稳定系统提供参考。

DCM模式BUCK变换器的建模与混沌控制

为进一步探索开关变换器的非线性特性和混沌控制方法,对电流断续导通工况下的BUCK变换器进行了研究。通过MATLAB建模仿真,分别研究了电流断续导通模式BUCK变换器工作状态与输入电压Vi、电容C和电感L3种电路参数的影响关系。在选定条件下改变3种电路参数,均观察到了系统从单周期稳定态到倍周期分岔,再到混沌的演化过程。仿真结果表明3种电路参数对系统状态的影响方式互不相同,且相较于电流连续导通模式,断续导通模式具有更复杂的变化规律。在此基础上采用一种混沌控制策略,实现了对断续导通模式BUCK变换器的混沌控制。该控制策略快速有效,仅需0.6μs就可以将系统从混沌态控制到稳定态。此外,该控制策略不需要设定预期的目标轨道,不依赖变换器自身电路参数,仅需调整一个外部可调参数,在验证仿真模型正确的同时也提供了一种有效的混沌控制方法。

电流模式DCM反激变换电路的建模和设计

对电流模式控制的反激变换电路进行了研究,建立了工作在电流断续模式下的反激电路小信号模型,给出了基于PWM控制芯片LD7670的单端反激电路的设计实例和电路分析。采用Math CAD对反激变换器控制环路的幅频特性和相频特性进行了分析,对控制环路进行了补偿网络设计,以提高系统的稳定性和瞬态响应。仿真和实验结果证明了模型的有效性,所设计的反激变换电路具有输入电压变化范围宽、动态响应快、电压调整率和负载调整率高的特点。

电压型非理想Buck变换器的DCM模式建模与仿真

文章对DCM模式下的非理想Buck变换器进行全阶建模,提高了模型的精度,在此基础上,针对Buck变换器开环系统动态响应慢、相位裕度差等缺点,设计相应的PID控制网络。通过比较补偿前、后控制-输出传递函数的频域仿真,证明所设计的控制器能够改善Buck开环变换器的性能;通过在Simulink中对电路模型和实际电路的仿真比较,验证了文中建模方法的可行性,从而为DC-DC变换器及系统控制电路的设计提供了理论依据。

脉冲序列控制DCM Boost变换器的控制脉冲组合和输出电压纹波研究

深入研究了工作于电感电流断续导电模式(discontinuous conduction mode,DCM)的脉冲序列控制Boost变换器,在分析每个开关周期内高、低功率脉冲控制下输出电压变化量的基础上,研究了不同负载下脉冲序列控制DCM Boost变换器在一个功率脉冲循环周期内高、低功率控制脉冲组合方式和输出电压纹波,为脉冲序列控制方案的设计提供了必要的依据。基于PSIM电路仿真,得到了不同负载时的时域波形,仿真结果验证了控制脉冲组合方式、纹波分析结果的正确性及控制方案的可行性。本文的分析方法和研究结论对脉冲序列控制开关变换器的设计和运行具有重要的指导意义。

一种Boost型PFC电路在DCM下的恒频控制方案

通过对Boost型变换器在不连续导电模式DCM(Discontinued Conduction Mode)下平均电感电流的分析,得到了在恒频状态下实现功率因数校正PFC(Power Factor Correction)时,功率开关管所需的开启时间与输入、输出电压之间的数学关系,并结合实际电路设计,提出了一种PFC控制方案。该方案利用输入、输出电压的采样信号和一个二次积分电路来调制功率开关管的开启时间,使Boost变换器在不连续导电模式下恒频工作并实现电压跟随。理论分析求解出了电路控制参量取值的边界条件。实验电路测试获得了接近1的功率因数和很低的电流谐波含量。

Buck变换器DCM模式下的动态建模分析

为了解决断续电流模式下的Buck直流变换器建模困难的问题,针对这个离散的、时变的、非线性系统,提出引入虚拟开关数将一个开关周期中的三种电路拓扑统一到一组状态空间方程中。在应用动态相量法时,为保证模型的合理性,动态相量模型中保留傅里叶级数中的直流量、基频分量和二次分量,讨论虚拟开关占空比的取值,建立其非线性、大信号、时不变模型。仿真结果表明,动态相量模型接近于时域模型,验证了动态相量模型的合理性。

新型无桥DCM Pseudo-Boost PFC变换器研究

本文研究了一种无桥Pseudo-Boost功率因数校正(Power Factor Correction,PFC)变换器,解决了传统Boost PFC变换器存在二极管整流桥导通损耗大、效率较低的问题。详细分析了电路拓扑工作于电感电流断续模式(Discontinuous Current Mode,DCM)的工作原理和稳态特性,变换器具有传统Boost PFC相似的升压特性。分析了变换器的输入电流和功率因数值,基于其输入、输出电流特性,建立了系统的小信号模型,并设计了简单可行的控制电路。最后仿真分析表明,变换器输出电压稳定,输入电流能很好地跟踪输入电压,功率因数大于0.99,达到了功率因数校正的目的。

断续模式下的半无桥Boost PFC变换器设计

半无桥Boost功率因数校正(PFC)变换器凭借其桥臂无直通风险的优势,广泛应用于军工、医疗等高可靠性应用场合。电流断续模式(DCM)下,Boost PFC变换器具有零电流开通、二极管无反向恢复等优点。针对传统控制方式下输入电压过高导致的电流畸变和功率因数降低等问题,首先在恒定占空比控制的基础上详细推导了变占空比的控制方式,从而在全范围内提高功率因数。其次,为解决传统的半无桥Boost PFC变换器使用2个功率电感带来的系统体积、占板面积大等问题,采用完全解耦的磁集成方式来提高功率密度。最后,搭建了1台150 W基于完全解耦磁集成的半无桥Boost PFC变换器,实验验证了所提方案的有效性。

用于Buck变换器的精确电流控制技术

Buck变换器广泛运用在电压调节模块、负载点电源、LED电源模块等电力电子设备中,用来实现电压的转化,其工作模式可分为连续导通模式(CCM)、断续导通模式(DCM)和临界导通模式(CRM)。传统的变换器构建了闭环控制回路对自身进行反馈控制,使Buck变换器具有良好的输出能力。为了更精确地调节变换器的输出,此处提出了一种DCM下的Buck变换器精确电流控制技术,利用DCM下每个周期电感电流下降至零的特点,构建了电感电流精确控制算法。该控制算法针对非同步Buck变换器,通过控制功率管开通的时间,实现精确的电流控制技术,进而取得更为良好的静动态性能。基于理论研究方法,以宽禁带功率器件为基础,设计了一台功率为500 W的原型机,用于验证所提算法的可行性。

单周-PID控制buck电路在DCM模式下的研究

单周控制的开关变换器有较强的输入扰动抑制能力,但是负载扰动抑制能力较差。本文建立了单周控制系统在不连续导电(DCM)模式下的连续时间模型,在此基础上设计PID控制器,得到带输出反馈的单周-PID闭环控制系统。整个系统具有较强的输入扰动抑制能力和负载扰动抑制能力,并有良好的动态、稳态性能。

基于临界模态的DCM-LCC谐振变换器的归一化分析与设计

为了研究电感电流断续模态(DCM)下LCC串并联谐振变换器的增益特性,通过谐振回路增益和串并联谐振电容比两个参数,建立了不同工作模态下LCC谐振回路的归一化模型。通过引入能量守恒原理及临界电流模态(CRM),推导了一种基于临界模态的归一化谐振元件参数设计模型。该模型准确简单,简化了谐振参数的设计。根据推导结果得到不同工作模态下的LCC谐振回路的频率-增益特性曲线,便于对谐振回路的输出特性进行预判。最后以一台额定输出6 kW/6 kV的高压电源样机为例,详细给出了参数设计过程并进行实验验证,实验结果验证了所建立的谐振元件的归一化设计模型的准确性。谐振回路的增益特性曲线的计算、仿真及实验结果对应良好,证明了所述的谐振回路的频率-增益特性曲线的有效性。

全输入电压范围高功率因数脉冲序列控制DCM Boost PFC变换器

定占空比控制DCM Boost PFC变换器的开关管导通占空比固定,存在输入电流畸变,导致输入功率因数较低。为实现DCM Boost PFC变换器的单位功率因数,需要根据输入电压与输出电压调整占空比,由于运算复杂,低成本的数字控制难以实现。提出了一种DCM Boost PFC变换器的脉冲序列(pulse train,PT)控制方法,以离散化的方式拟合变占空比函数,运算量小,适用于采用低成本的数字控制芯片。实验结果表明,PT控制DCM Boost PFC变换器具有比定占空比控制DCM Boost PFC变换器更高的PF和更低的输出电压纹波。

DCM模式下非理想Boost开关变换器的建模与仿真

提出了一种工作在断续电感电流(DCM)模式下的非理想DC-DC Boost(升压)变换器模型。在电路平均法基础上对占空比限制加以改进,并考虑寄生参数的影响,建立其小信号模型,推导出传递函数。在Matlab/Simulink环境中,对瞬态响应和开环传递函数进行仿真,结果与实际更加接近,精度更高。

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。

快速瞬态响应交错并联DCM Boost PFC变换器

分析了实现单位功率因数的四通道交错并联DCM Boost PFC变换器的变占空比控制方法,基于变占空比控制,研究了一种具有快速瞬态响应的改进型变占空比控制方法。改进型变占空比控制交错并联DCM Boost PFC变换器不仅实现了单位功率因数,还具有快速的输入和负载瞬态响应速度。MATLAB/Simulink仿真及试验结果验证了理论分析的正确性。

DCM变频控制的反激单相光伏并网微型逆变器

工作在电感电流断续模式下的反激单相光伏(Photovoltaic,PV)并网微型逆变器,由于开关频率恒定,所以在正弦波过零点附近或瞬时输出功率较低时,存在较大的开关损耗问题。为此,提出了一种新的变频控制策略。使得开关频率跟随瞬时输出功率变化而变化,在低瞬时输出功率时,自主降低开关频率,从而能有效减小开关损耗。利用恒定原边电流峰值单元和开关频率控制单元来实现所提出的变频控制策略,最后通过PSIM仿真验证了采用DCM变频控制的反激单相光伏并网微型逆变器的性能;仿真结果表明所提控制策略能有效降低正弦波过零点附近瞬时输出功率较低时的开关频率,从而降低逆变器的开关损耗,提高整体效率,同时还能保证输出的并网电流有较小的THD。

DCM Boost PFC变换器变占空比控制的数字实现方法

分析了变占空比控制的基本原理,推导出该控制算法的占空比表达式,并提出了一种具有恒功率功能的变占空比控制的数字实现方法。基于数字信号处理器MC56F8257对80W DCM Boost PFC变换器进行了实验验证。实验结果表明,数字变占空比控制可以在较宽的输入电压范围内实现接近于1的功率因数,输入电流基本无畸变。

PT控制DCM Boost变换器的动力学建模与多周期分析

根据变换器载侧电容电荷的变化量导出一个开关周期内输出电压的变化量,并据此建立PT控制Boost变换器在DCM下的数学模型。基于离散迭代模型,研究输入电压和负载变化条件下变换器的多周期振荡现象。列举典型的高、低功率脉冲序列组合方式,并对周期1态和周期2态的运行轨迹进行了分析,构造其迭代映射曲线,阐述其不动点的稳定性,揭示了变换器的不同周期态是由边界碰撞分岔形成。结果表明,PT控制Boost变换器运行在DCM模式下,参数变化可诱发边界碰撞分岔和不同的周期态振荡,利用数值计算得到的李雅普诺夫指数小于零。