四相交错Boost变换器的解耦均流控制方法

交错并联Boost变换器通常采用双闭环控制输出电压,均流环平衡电感电流。但是,在变换器的控制过程中,双闭环与均流环往往存在耦合问题。为此,提出了一种主从均流解耦的控制方法,削弱双闭环与均流环控制时的耦合关系。首先,介绍了四相交错并联Boost变换器的拓扑结构及工作原理,建立小信号数学模型,并推导出传递函数;其次,阐述了双闭环与均流环的解耦的条件,提出了一种双闭环与均流环的解耦的控制策略,实现双闭环与均流环之间的解耦;最后,在PSIM中搭建了四相交错并联Boost变换器仿真平台,进行四相交错并联控制。仿真结果表明,采用主从均流解耦的控制方法后,输出电压波动明显降低,证明了所提方法的可行性和有效性。

Design and Experimentation of FPGA-Based Soft-Switched Interleaved Boost Converter for Telecommunication System

This paper proposes the design and experimentation of digital control of soft-switched interleaved boost converter using FPGA for Telecommunication System. The switching devices in the proposed converter are turned on and off with Zero Voltage Switching (ZVS) and Zero Current Switching (ZCS) respectively. The circuit is operated in Continuous Conduction Mode (CCM) with various load ranges having duty cycle of more than 50%. The proposed converter is studied by developing the simulation module in MATLAB/SIMULINK. A PI controller is designed and implemented in FPGA to obtain a regulated DC output for line and load variations. Simulation and experimentation results are verified with a prototype development of the proposed converter. The results indicate that the converter performance is enhanced with closed loop control.

适用于激光器脉冲驱动系统的低纹波交错并联Boost变换器

设计了一种适用于激光器脉冲驱动系统的低纹波交错并联boost变换器,采用多路交错并联结构有效降低了系统重载下的输出电压纹波,理论空载最大输出电压120 V,最大输出功率119.2 W,重载下电压纹波低于5 mV。分析了交错并联Boost变换器的并联路数和每路电感放电时间间隔等参数对输出电压纹波的影响,并提出利用单路Boost变换器输出参数估算多路电压纹波的方法,可为交错并联Boost变换器并联路数的确定提供依据。

交错并联开关电感Boost变换器的失稳分析与控制

为提高输出电压增益,减小开关管电压应力,将开关电感结构代替传统电感嵌入到交错并联Boost变换器中。利用频闪映射法得到交错并联开关电感Boost变换器在峰值电流控制下的离散数学模型,并通过分岔图、相轨图、Jacobian矩阵特征值研究其失稳机理,结合参数共振微扰与电荷控制的优点,设计了补偿方案对失稳系统进行混沌控制。研究结果表明,开关电感的嵌入有效拓宽了交错并联Boost变换器的稳定范围,并通过补偿方案使得混沌系统重回周期-1稳态,提高了变换器的工作性能和稳定性。

带开关电容网络的交错并联高增益Boost变换器

提出了一种新颖的带开关电容网络的交错并联高增益Boost变换器,对其工作原理和特性进行了详细分析。变换器的拓扑在传统两相交错并联Boost变换器的基础上增加了一个二极管和两个电容,并进行改进,构成了开关电容网络。与传统两相交错并联Boost变换器相比,新拓扑不仅输入电流纹波减小,而且在相同的占空比下实现了更高的电压增益,开关器件的电压应力得以减小。因此,新拓扑非常适合应用于低压输入、高压输出的场合,如燃料电池、光伏发电等系统。最后,通过实验验证了理论分析的正确性。

一种高增益低开关应力改进交错型Boost变换器

提出了一种输入输出全交错型Boost变换器,该变换器的两个电感电流在输入端进行交错并联,可以减小输入电流纹波;输出端的两个分压电容可以被交错并联充电和串联放电,这样既提高了变换器的电压增益,又减小了输出电压纹波。另外,该结构能够减小功率管的电压应力,因此有利于选择低功率等级、高性能的开关器件,以进一步减小功率管的开关和导通损耗。详细分析了所提变换器的工作模式和稳态特性,建立了变换器的数学模型。给出了相应隔离型全交错变换器的电路结构。最后通过一台实验样机验证了所提变换器的有效性。

一种隔离型有源箝位交错并联Boost软开关变换器

采用原边并联/副边并联的交错结构,提出了一种新型的隔离型有源箝位交错并联Boost软开关变换器。耦合电感的漏感限制了输出二极管关断电流的下降速率,抑止了输出二极管的反向恢复,大大减小了反向恢复电流引起的损耗。由有源开关和箝位电容组成的箝位电路吸收并无损的转移了漏感能量,消除了主开关管上的电压尖峰,而两相交错并联电路只需要一组箝位电路,大大简化了电路结构。在整个开关周期内,主开关管和辅助开关管都是零电压软开关动作,大大减小了开关损耗。最后,设计了一台40V输入、380V输出的1kW试验样机。试验结果表明,所有的功率器件均为软开关工作。

适合于直接驱动型风力发电系统的交叉型Boost变流器

采用一个现有的小功率永磁同步机和风力机直接耦合构建了一个直驱型风力发电系统。系统升压部分采用了两单元交错式Boost变换器(IBC),两个Boost变换器采用频率相同、存在一定相移角度的驱动信号,通过变换器并联,各个单元可以共同承担输入电流,因此电力电子系统具有更高的可靠性和效率。另外,通过并联也可以提高整个系统的性能(如维护简单,容错性高,散热性好)。仿真和实验验证了上述结论的正确性。

一种交错并联高增益软开关Boost变换器

针对如何提高变换器增益的同时,使变换器具有更好的工作性能,提出一种交错并联高增益软开关Boost变换器,详细分析其工作原理,在此基础上对其电压增益进行推导,讨论其软开关工作条件,特别分析考虑电路寄生参数影响时变换器的工作情况。发现该变换器具有如下特点:1)通过合理设计电路参数即可实现高升压变换;2)采用两相交错并联技术,使得输入电流及输出电压纹波频率变为开关频率的2倍;3)所有的开关和二极管都实现了软开关,减小了电路损耗。搭建了一台40 W实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。

基于CDM升压单元的高增益Boost变换器

提出了一种具有n(n≥2)倍传统Boost变换器电压增益的高升压Boost变换器,该变换器由2个基本的Boost单元和n-1个由电容、二极管组成的CDM升压单元构成,2个有源开关采用交错控制。该变换器可实现n倍增益变换,避免了在高升压应用场合出现极大占空比;由于采用交错控制,输入电流纹波频率是开关频率的2倍,纹波峰峰值得到降低,因此可减小输入滤波器的体积;有源开关及二极管的电流应力低,因此可选择低耐压的器件以进一步提高变换效率;2个Boost单元能实现自动均流,不需任何有源均流控制。首先对变换器的拓扑推演过程进行了详细阐述,然后以4倍增益高升压Boost变换器为例分析了该类变换器的工作原理及性能特点,最后搭建了一台额定输出功率为300W的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。

光伏发电最大功率点跟踪交错并联Boost变换器的动力学特性分析

DC-DC变换器作为光伏发电最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)控制器的核心部分,其动力学特性对系统的性能产生影响。该文基于非线性动力学系统理论,建立了光伏发电最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)交错并联Boost变换器的离散迭代映射模型,在此基础上采用分岔图、时域波形图、相轨迹图方法,研究了其动力学特性,并与一般Boost变换器特性进行比较。理论与实验结果均表明,在相同电路参数的情况下,与一般Boost变换器相比,交错并联Boost变换器的稳定域更大,电感电流和电容电压的纹波小、变化幅度小,更适用于光伏发电MPPT。

耦合电感式新型交错Boost软开关变换器研究

提出一种新型的耦合电感式交错并联Boost软开关变换器的拓扑结构,并对相应控制方法及耦合电感耦合系数进行设计。该变换器利用耦合电感漏感与开关管输出电容之间的谐振,令开关管在占空比大于0.5时实现零电压开通,在占空比小于0.5时实现近似零电流开通,降低了开关损耗;而且没有添加额外器件,不会对变换器功率密度造成影响。详细给出了电路拓扑结构、工作原理及工作过程分析,对表征电路能量传递的有效占空比进行了讨论,对影响软开关效果的耦合电感耦合系数进行了分析与设计,最后在SIMetrix环境下进行仿真,并搭建了250 W原理样机,仿真与试验结果验证了理论分析的正确性。

一种新型非谐振型软开关交错并联Boost电路

提出一种新型非谐振型交错并联Boost零电压转换(ZVT)电路。在传统交错并联Boost拓扑基础上添加了一组由一个电感、两个电容、一个开关管、四个二极管组成的辅助网络,令主开关管实现了零电压开通与关断,辅助开关管实现了零电流开通与部分零电压关断,降低了开关损耗,提升了电路变换效率。软开关可在宽工作范围内有效实现,电路工作在连续电流模式(CCM),控制方式简明易行,辅助网络的引入没有给主开关管带来额外电流应力。通过复用部分辅助元件,提高了辅助网络利用率,减少了体积与费用;降低了开关过程中的dv/dt、di/dt,抑制了开关噪声。详细分析了电路拓扑结构、工作原理,并对主要参数进行了优化选取,最后通过实验验证了理论分析的正确性。

一种改进型两相交错并联Boost变换器

提出一种改进型两相交错并联Boost变换器。与传统的两相交错并联Boost变换器相比,该电路比传统的两相交错并联Boost变换器多了一个开关电容,保持了传统两相交错并联Boost变换器结构简单的优点。由于开关电容的存在,改进型拓扑不仅提高了电压增益,同时还降低了开关器件的电压应力,有利于电路选择低耐压、高性能的开关器件,从而降低电路的损耗。开关电容的充放电平衡,使得电路工作在占空比0.5≤D<1时无需采取任何均流措施就可以自动均衡各相的电感电流。分析占空比0<D<0.5与0.5≤D<1两种工作状态下的工作原理,研制了一台输出功率为72 W的小功率改进型两相交错并联Boost变换器原理样机,通过实验验证了理论分析的正确性和可行性。

用于光伏并网的交错型双管Buck-Boost变换器

双管Buck-Boost变换器拥有输入输出电压同极性和可升降压等特性,适合于两级式光伏并网逆变器中前级直流变换,但其同步开关方式需要较大的储能电感,且组合式开关方式控制电路复杂、实现工作模式无缝切换较困难。提出一种交错开关型双管Buck-Boost变换器,可使储能电感最小、控制电路简单,并实现无工作模式切换。分析了该变换器的工作原理和特性,比较3种开关方式下几个主要特性的优劣。最后通过一台3kW两级式并网逆变器,验证了所提变换器工作原理的正确性。

磁集成开关电感交错并联Buck/Boost变换器

为了提高传统Buck/Boost变换器的电压增益、暂态响应速度同时减小电感支路的电流纹波和变换器的体积重量。将磁集成开关电感技术和交错并联技术应用到传统的Buck/Boost变换中,提出了磁集成开关电感交错并联Buck/Boost变换器。通过采用开关电感结构替换传统变换器中的电感的方式,使变换器正向功率变换的电压增益提高为原来的2倍。采用磁集成技术并合理设计耦合电感间的耦合系数能够减小该变换器电感支路的电流纹波、提高系统暂态响应速度、减小变换器的体积重量,进而提高变换器的电气性能。最后通过实验样机的结果验证了理论分析的正确性。

交错并联Boost PFC电路的应用研究

详细论述了电感电流断续模式下的Boost PFC交错并联电路,该控制电路能有效减小输入电流纹波和开关器件的电流应力、减小单个电感容量和前级EMI滤波器尺寸,提高PFC电路的功率等级和效率。分析对比了电感电流断续模式下,交错并联Boost PFC电路中分立电感和耦合电感的工作原理。由分析可知,采用电感直接耦合的PFC电路存在电感峰值电流增大,输入电流谐波含量高,功率因数低等问题。采用一种新颖的耦合电感绕线方式,并利用Gyrator-Capacitor法对该耦合方式建立模型,仿真和实验证明这种新颖的电感绕线方式能很好地克服电感直接耦合存在的缺点。

带CD单元的两相交错并联高增益Boost直流变换器拓扑分析

该文提出一种电容–二极管(capacitor-diode,CD)单元构成方法,其中二极管顺向连接,通过在CD单元的不同分支处补充电容和短路线,推衍一系列CD结构。其内在工作原理类似,但由于电容位置的变换,电容承受电压发生变化。将CD单元与两相交错并联Boost结构结合,进一步衍生一系列应用在小功率光伏发电系统的高增益直流变换器。选取其中电容耐压值最小的作为最优4CD高增益变换器,详细分析该变换器的工作过程,推导电压增益、输入输出电流、功率管电压和电流应力的具体关系式,给出电路损耗的计算结果,最后搭建一台380W实验样机,实验结果验证电路的可行性。

交错并联boost变换器分岔和混沌行为研究

为进一步研究交错并联boost变换器中的非线性现象及电路参数对其稳定性的影响,对其分岔和混沌行为进行深入的研究。首先根据离散时间映射法建立变换器的离散迭代映射模型,然后采用分岔图和时域图的方法描述其动力学行为,研究了电路参数对变换器稳定性的影响。研究结果表明,随着电压反馈增益的增大,变换器电感电流出现正弦次谐波振荡,系统出现分岔现象,并最终趋于混沌运动状态。最后通过实验验证了理论分析的正确性。

隔离交错并联双管正激Boost变换器

隔离 boost变换器在应用于有隔离要求的单级功率因数校正和双向 DC/DC变换器方面得到广泛关注。针对隔离推挽 boost变换器和隔离全桥 boost变换器各自固有的缺陷 ,本文提出一种新颖的隔离 boost变换器 ,它具有开关管电压应力低 ,没有变压器单向磁饱和问题。该变换器可以实现交错并联双管正激电路所有开关管零电压开关 ,明显提高了功率密度。文中详细地介绍了其原理和工作过程 ,并进行了仿真研究。作者设计的 5 0 0 W原理样机 。