一种抑制Fly-Buck变换器交叉调节的方法

交叉调节是单输入多输出(SIMO)DC/DC变换器的关键性问题,Fly-Buck变换器为研究对象,分析了变换器工作原理,建立Fly-Buck变换器小信号交流模型,得出交叉调节传递函数,通过分析变换器交叉影响因素提出一种改进Fly-Buck变换器抑制输出交叉调节的方法。最后通过实验结果验证了理论分析的正确性。

基于Fly-Buck的新型隔离偏置电源的研究

栅极驱动器在电力电子设备中具有重要作用,多以电荷泵电路和反激式隔离电路作为驱动电源。针对传统非隔离型电荷泵电路驱动能力有限、安全性低以及隔离型反激式拓扑闭环反馈控制复杂、多绕组输出交叉调整率等问题,文中介绍了一种基于同步整流Fly-Buck拓扑的隔离型偏置电源。分析了Fly-Buck变换器的工作原理,推导出CCM下电路基本的稳态工作关系,仿真与制作样机实验,通过实验数据观测,验证了理论分析的正确性以及本文提出的辅助电源的可行性。与传统的隔离式反激拓扑结构相比,Fly-Buck变换器具有交叉调节好、线路瞬态响应小、EMI低等优点,同时设计简单灵活,适用于多种输出配置。

Fly-Buck拓扑在数码发电机中的应用研究

Fly-Buck拓扑从常规的同步整流降压拓扑演变而来,不需要额外的环路反馈便可获得隔离的电源输出,使用该拓扑可以简化低功率隔离辅助电源的设计过程。本文基于Fly-Buck拓扑电路,分析研究了Fly-Buck拓扑的工作原理,通过电路仿真证明了理论分析的正确性,并基于Fly-Buck拓扑电路设计了数码发电机的辅助电源样机,通过实验得到了二次侧的输出特性,验证了该拓扑的可行性和实用性。文中特别分析研究了当一次侧轻载或空载时Fly-Buck拓扑工作模式对二次侧输出的稳压性能的影响,电路仿真和实验结果表明:Fly-Buck拓扑工作在强迫连续模式下仍能保证二次侧输出具有良好的稳压性能,并跟随一次侧输出。

一种组合式宽输入高效率DC-DC变换器

针对车载DC-DC变换器输入电压变化范围大的问题,提出一种组合式宽输入高效率DC-DC变换器。该变换器包括飞跨电容(FC)型三电平Buck电路和LLC谐振电路两部分,FC三电平Buck电路输出端口与LLC谐振电路输入端口串联,通过控制FC三电平Buck电路占空比实现输出电压调节以适应宽输入电压范围,同时三电平结构降低了开关管电压应力、减小了损耗;LLC谐振电路传输负载所需全部功率,采用定频开环控制以获得高效率和稳定增益,同时实现了电气隔离。详细分析了组合式变换器的拓扑结构、直流增益以及工作效率,并与相同电路构成的级联式变换器进行了效率特性对比,根据组合式变换器的拓扑结构和工作特性,提出一种解耦控制策略,实现输出电压稳定和飞跨电容电压平衡,最后搭建了一个200~400 V输入、12 V/20 A输出的实验电路进行验证,实验结果表明所提组合式变换器的正确性和可行性。

输入输出共地型三电平Buck/Boost变换器飞跨电容电压自平衡分析

输入输出共地型Buck/Boost变换器中飞跨电容的平衡机理是变换器正常运行及飞跨电容电压控制的关键。在实际应用中,飞跨电容虽然具有一定的自平衡作用,但是其平衡能力与多种因素有关。在现有的文献中,针对Buck/Boost变换器飞跨电容的自平衡能力与哪些因素相关的问题尚未有深入的分析。因此,基于输入输出共地型Buck/Boost变换器,建立高次谐波模型,定量分析飞跨电容具有自平衡能力的原因;在谐波模型基础上,更进一步分析驱动误差、变换器回路交流阻抗、母线电容、负载电阻及飞跨电容对于飞跨电容平衡能力的影响,指出变换器回路交流阻抗是实际应用中飞跨电容具有自平衡能力的主要因素。最后,在实验平台上对相关分析进行实验验证。

复合型级联双Buck飞跨电容五电平逆变器

为了提高效率、改善波形和实现高频化,提出复合型级联双Buck飞跨电容五电平逆变器。由耐压功率元器件构成的全桥电路实现基波频率波形,由低压高频率的元器件构成双Buck为基础的飞跨电容逆变电路,改善了波形,提高了整机效率。该拓扑具有双Buck与飞跨电容逆变器的双重优点,双Buck逆变器具有无桥臂直通、无体二极管反向恢复问题的优点和电流半周期工作模式,使得高频化和高效率得以同时实现。飞跨电容逆变器可以通过逻辑电路选择冗余模态,从而控制飞跨电容的充放电来实现飞跨电容电压的平衡,并且对该电路进行了理论分析及实验验证,该电路可拓展为更高电平。

五电平飞跨电容型双降压逆变器

提出了一种新颖的五电平飞跨电容型双降压逆变器,即在双Buck电路为主电路的基础上构建的飞跨电容钳位型的多电平逆变器。该拓扑保留了双Buck逆变器无桥臂直通、无体二极管反向恢复问题的优点,消除了桥臂直通的隐患和体二极管反向恢复问题。该拓扑结构具备了飞跨电容钳位开关组合方式灵活的优点,其通过逻辑电路对开关模态组合进行调节,解决了飞跨电容的均压问题。在此基础上,对该拓扑进行了saber仿真,并进行了实际试验,得到了仿真及实验波形,验证了分析的正确性和可行性。

飞跨电容型双降压五电平逆变器

为综合利用飞跨电容逆变器和双Buck电路的优点,以双Buck电路为基本单元构建多电平逆变器,提出一种新颖的五电平双降压式飞跨电容逆变器。该拓扑结构不同于传统的飞跨电容型、二级管钳位型或级联型多电平逆变器,它保留了双Buck逆变器无桥臂直通、无体二极管反向恢复问题的优点和电流半周期工作模式。飞跨电容通过逻辑电路对冗余模态进行选择,实现充放电的均衡。与传统的桥式多电平逆变器相比,钳位电路得到简化,电路复杂度降低,无桥臂直通隐患,系统稳定性提高。理论分析、仿真和实验结果均表明了该逆变器性能的优越性。

负压DC-DC变换器中新型功率管驱动电路

提出了一种适用于反向降压(InvBuck)型负压直流-直流(DC-DC)变换器的功率管驱动电路。该驱动电路将输入的脉宽调制(PWM)信号生成两路非重叠的正压驱动信号,然后利用负压DC-DC变换器中飞电容的电压反转产生负压驱动信号。该驱动电路中所有MOS管以及功率管的漏源电压(V_(DS))均不超过输入电源电压(≤V_(IN)),因而可用标准CMOS工艺实现。采用SMIC 0.18μm标准CMOS工艺完成了电路设计和仿真验证。结果表明,在900 kHz开关频率和5 V电源电压下,当PWM信号占空比在20%~90%范围变化时,本电路联合驱动功率管产生-0.99~-4.47 V的输出电压,仿真结果与理论计算值误差不超过0.7%,在输出最大电流100 mA时转换效率均大于91%。

矿用单轨吊磷酸铁锂电池组复合式分层均衡电路

在矿用单轨吊磷酸铁锂电池组连续的充放电循环中,各单体电池不一致性会导致电池组整体性能衰减、使用寿命缩短,传统电池组均衡方式均衡时间长、控制策略复杂。针对上述问题,在Buck-Boost均衡电路和飞渡电容均衡电路的基础上,提出了一种复合式分层均衡电路。底层和中间层Buck-Boost均衡电路按照二叉树结构构建,顶层飞渡电容均衡电路实现3个相邻电池组之间任意2个电池组的能量传递,使电池不仅能够在层内进行能量传递以实现相邻电池间均衡,还可在层间进行能量传递以实现非相邻电池间均衡。仿真结果表明,复合式分层均衡电路大大缩短了均衡时间,显著提高了电池电压一致性。

一种应用于48V-1V系统的隔离型混合模式降压变换器

提出了一种应用于48 V-1 V系统的隔离型混合模式降压变换器,利用飞电容和变压器实现高转换比应用下的高转换效率。混合变换器结合了开关电容变换器和开关电感变换器,其中飞电容承担了部分电压降,实现了功率开关管电压应力的降低。由于开关节点处的电压摆幅较小,开关损耗随之减小;通过使用更低压的功率开关管,实现功率开关管导通损耗减小。在此基础上,隔离型混合模式降压变换器通过时序控制可以实现软开关,进而实现功率开关管开关损耗减小,使得整体效率提升。在隔离型混合模式降压变换器中,飞电容还具有隔直电容的作用,可以防止变压器偏磁。在典型应用下,即在48 V输入电压、1 V输出电压、500 kHz开关频率下,峰值效率为94.84%。

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。

定频滑模控制三电平Buck变换器研究

三电平Buck(Buck TL)变换器可以降低开关管的电压应力,提高电感电流的脉动频率以减小滤波器的尺寸。本文基于电压解耦控制方法,建立Buck TL变换器的飞跨电容电压环小信号模型和输出电压外环的定频滑模控制模型,然后分别对其控制器进行设计。通过计算机仿真证明了理论分析的正确性和有效性。

基于果蝇优化算法的反馈控制型直流稳压电源研究

针对目前精密直流电源领域存在的调整精度低、结构复杂和输出直流电不纯的问题,本文提出以STM32单片机为核心控制器,最终实现输出精稳的12V和5V直流电源的方法。该方法首先通过变压器将220V交流电压变换到48V,并通过整流桥后经过两个Buck电路进行斩波;然后使用PID实现对PWM输出波形状态的控制,其中PID的各项参数使用果蝇优化算法(FOA)进行优化;最后对传统的PID算法与果蝇优化算法进行动态特性负载突增和负载突降对比实验,实验结果证明了本文所提方法的有效性。

低占空比谷值电流控制三电平Buck变换器研究

为了实现三电平Buck(Buck TL)变换器使开关管的电压应力减小为输入电压的一半、电感电流脉动频率提高为开关频率的两倍以减小滤波器的尺寸的优点,使变换器具有较高的功率密度,必须保持飞跨电容的电压为输入电压的一半。因此,基于谷值电流控制方法,建立Buck TL变换器的小信号模型,获得了小信号传递函数,然后对其补偿网络进行设计,以实现对电感电流的控制。最后,将电流控制模式和电压控制模式进行了比较,仿真验证了电流控制模式的优越性。理论分析的正确性和控制策略的可行性也得以证实。

基于双绕组反激变压器的单级Buck-Boost逆变器

提出一种基于双绕组反激变压器的单级Buck-Boost逆变器。该逆变器仅使用三个开关器件,结构简单,可靠性高。由于只经过一级能量变换,损耗小,效率高,并且利用谐振环节实现所有开关的零电流开通(ZCS),减少了开关损耗,进一步提高了效率。基于能量平衡的原理,对所提逆变器采用SPWM控制方法,得到高质量的正弦电压。设计并实现了一台1 kW的原理样机,实验结果充分验证了所提逆变器的正确性和有效性。

基于同步整流技术的Buck变换器研究

Buck变换器作为一种基本的开关电源变换器,在电力变换场合具有广泛的应用。为解决Buck变换器工作在电感电流连续状态下,续流二极管关断时存在较大的反向电流过冲问题,采用了同步整流技术。用MOS管代替续流二极管,通过控制电路输出180°互补的PWM波来驱动开关MOS管和续流MOS管,消除了续流结束时的反向尖峰电流,提高Buck变换器的效率,减小开关MOS管的电应力,降低整个设备的电磁干扰,提高变换器运行可行性。分析带有同步整流技术的Buck变换器工作原理,对其进行电路仿真,仿真结果验证整个变换器具有可行性与实用性。

基于果蝇算法的Buck-Boost变换器主电路参数优化

针对Buck-Boost变换器的主电路参数进行优化研究。以该变换器主电路参数电感L和电容C为优化对象,以其输出电压谐波失真度为优化目标,建立了优化目标和优化对象间的数学模型,并针对该数学模型采用果蝇算法进行优化求解,获得了最优的主电路参数电感L和电容C,从而使该变换器输出电压的谐波失真度达到最小,同时就其优化效果与微粒群算法进行了对比分析,结果表明：相对于微粒群算法,果蝇算法所获得的输出电压谐波失真度更小,且具有实现简单、调整参数少及不易于陷入局部最优解等特点,因而具有较好的应用价值。

磷酸铁锂电池组多层混合主动均衡电路设计

针对单体磷酸铁锂电池的不一致性而引起的电池寿命和效率等问题,提出一种基于Buck-Boost和反激式变压器均衡电路相结合的多层混合主动均衡树拓扑结构电路,采用多层双单元直接交互分布式优先均衡的二分法均衡策略,缩短了任意两节单体电池相距较远时的均衡路径,降低了能量在传递过程中的消耗,提高了电池组均衡的效率。采用Matlab/Simulink软件进行仿真结果表明,该均衡电路比传统单层Buck-Boost均衡电路时间缩短了20%,16节磷酸铁锂电池多层混合主动均衡前后的电压差异性减少了88.35%。该均衡结构电路可以快速有效地改善单体电池间的不一致性。

三相Buck型三电平AC/AC变换器

提出三相Buck型三电平AC/AC变换器的电路拓扑结构,研究其电路工作原理,并给出控制策略以实现输出电压和飞跨电容电压的联合控制。相比于两电平变换器,三相Buck型三电平AC/AC变换器的开关管数量加倍,并增加了3个飞跨电容,但各开关管的电压应力均降低为原来的1 2,故适用于高输入电压大功率应用场合。仿真结果证明了三相Buck型三电平AC/AC变换器及其控制策略的可行性和理论分析的准确性。