随着双有源全桥(dual active bridge,DAB)变换器开关频率的提升,半导体器件的开关损耗占比越来越大,基于回流功率、电感电流峰值或有效值的单目标效率优化策略的优势逐渐丧失。为提升DAB变换器的高频工况运行效率,文中对DAB最优模态与...随着双有源全桥(dual active bridge,DAB)变换器开关频率的提升,半导体器件的开关损耗占比越来越大,基于回流功率、电感电流峰值或有效值的单目标效率优化策略的优势逐渐丧失。为提升DAB变换器的高频工况运行效率,文中对DAB最优模态与优化目标进行定量分析与选择,提出一种可同时实现电感电流有效值准最优、宽范围软开通的移相策略,在该策略下轻重载工况所有开关管均可实现软开通,中载仅有两个开关管丢失软开通。为保证软开通的有效实现,根据电荷交换和死区时长两个条件推导实现软开通所需电流的统一表达式。再者,将软开通谐振过程线性化处理,所得简化表达式可与本文移相模态相结合,可实现任意开关管在任意模态下的软开通。最后,搭建6.6 k W/150 k Hz的碳化硅实验平台进行验证。实验结果表明,所研究的多目标优化策略可同时减小开通损耗与导通损耗,有效提升DAB变换器在高频工况下的运行效率。展开更多
为提高双有源桥(dual active bridge,DAB)DC-DC变换器的效率,降低其控制复杂度,提出一种基于扩展移相控制的最小电流应力闭环优化控制策略。首先,依据两侧全桥输出电压间的相位关系和桥内移相角的大小,重新定义新的移相比,以确保移相比...为提高双有源桥(dual active bridge,DAB)DC-DC变换器的效率,降低其控制复杂度,提出一种基于扩展移相控制的最小电流应力闭环优化控制策略。首先,依据两侧全桥输出电压间的相位关系和桥内移相角的大小,重新定义新的移相比,以确保移相比与传输功率的正相关性;接着,基于开关管的通断顺序,对DAB的进行工作模态的划分,并择优选出两种作为其实际工作模态;然后,利用Karush-KuhnTucker条件法实现在软开关条件下全功率段的电流应力优化,并与新的移相比相结合设计出一种更为简洁的闭环优化控制策略;最后,搭建DAB仿真模型及实验样机进行验证,结果表明:所提控制策略不但具有控制简单、易实现的特点,同时能在全功率范围内实现最小电流应力控制和开关管的软开关特性。展开更多
In traction application,speed range of motor is an important index for motor drives.In AC motor control,the maximum speed of the motor is limited by the output voltage capability of the traditional three-phase inverte...In traction application,speed range of motor is an important index for motor drives.In AC motor control,the maximum speed of the motor is limited by the output voltage capability of the traditional three-phase inverter with star connenction of windings.Switching the star connection to delta connection in high-speed range can extend the speed range.In order to extend the speed operation region,star-delta switch proposed by many literatures relies on mechanical relay,which needs a dead zone of tens of milliseconds and seriously affects torque output.Besides,the traditional method will cause current overshoot during the switch transient process,decreasing the device security and reliability.Aiming at the defects existing in the star-delta hard switching,this paper proposes a star-delta soft switching method.Without adding extra power electronics devices,DC-bus capacitor is used to provide the path of zero axis current in the transient process,which helps to achieve the smooth torque output and zero current switch in the transient.Experiments have been done to validate the performance of the proposed method.The switching transient from star to delta connection in the motor drive can be much more stable than hard switching method.展开更多
在高压大功率场合,通常用IGBT作为开关器件。由于其关断的电流拖尾现象,IGBT零电流关断能有效减小开关损耗。提出一种新型移相全桥零电压零电流开关(ZVZCS)方案,通过1个双绕组的耦合电感和2个二极管实现滞后臂开关管在宽负载范围的零电...在高压大功率场合,通常用IGBT作为开关器件。由于其关断的电流拖尾现象,IGBT零电流关断能有效减小开关损耗。提出一种新型移相全桥零电压零电流开关(ZVZCS)方案,通过1个双绕组的耦合电感和2个二极管实现滞后臂开关管在宽负载范围的零电流关断(ZCS)。所增加的二极管可以实现软开关,耦合电感的漏感并不会对增加的二极管产生附加的电压应力。为减小耦合电感的励磁电流对ZCS的影响,通过在所增加的2个二极管上各并联一个小电容,在不增大耦合电感尺寸的条件下增加复位电压的作用时间,保证滞后臂开关管的ZCS。在理论分析的基础上进行了计算机仿真,并设计了一台开关频率为68 k Hz、输出为100 V/10 A的样机进行实验验证。仿真和实验结果证明了所提方案的有效性。展开更多
针对新能源领域对开关变换器具有宽电压增益范围的要求,提出一种多模式变频宽输出LLC变换器。该变换器原边为全桥结构,副边整流器为两级倍压结构,通过控制副边开关管的导通与截止,具有3种不同的电路模式,其增益比为1∶2∶4。各种模式对...针对新能源领域对开关变换器具有宽电压增益范围的要求,提出一种多模式变频宽输出LLC变换器。该变换器原边为全桥结构,副边整流器为两级倍压结构,通过控制副边开关管的导通与截止,具有3种不同的电路模式,其增益比为1∶2∶4。各种模式对应不同的输出电压等级,采用变频控制方式,变换器可以实现50~430 V的宽输出电压范围。多种模式切换,使得变换器具有较窄的开关频率范围(65~100 k Hz)。通过合理的参数设计,变换器可以实现原边开关管零电压开通(ZVS)和副边二极管零电流关断(ZCS)。新的电路拓扑结构降低了副边二极管和副边电容的电压应力,仅为输出电压的一半。在理论和仿真分析基础上,制作了1.3 kW的实验样机。实验结果表明,该变换器可以在保证效率的同时实现宽输出电压范围,适合应用于宽输出场合。展开更多
文摘随着双有源全桥(dual active bridge,DAB)变换器开关频率的提升,半导体器件的开关损耗占比越来越大,基于回流功率、电感电流峰值或有效值的单目标效率优化策略的优势逐渐丧失。为提升DAB变换器的高频工况运行效率,文中对DAB最优模态与优化目标进行定量分析与选择,提出一种可同时实现电感电流有效值准最优、宽范围软开通的移相策略,在该策略下轻重载工况所有开关管均可实现软开通,中载仅有两个开关管丢失软开通。为保证软开通的有效实现,根据电荷交换和死区时长两个条件推导实现软开通所需电流的统一表达式。再者,将软开通谐振过程线性化处理,所得简化表达式可与本文移相模态相结合,可实现任意开关管在任意模态下的软开通。最后,搭建6.6 k W/150 k Hz的碳化硅实验平台进行验证。实验结果表明,所研究的多目标优化策略可同时减小开通损耗与导通损耗,有效提升DAB变换器在高频工况下的运行效率。
文摘为提高双有源桥(dual active bridge,DAB)DC-DC变换器的效率,降低其控制复杂度,提出一种基于扩展移相控制的最小电流应力闭环优化控制策略。首先,依据两侧全桥输出电压间的相位关系和桥内移相角的大小,重新定义新的移相比,以确保移相比与传输功率的正相关性;接着,基于开关管的通断顺序,对DAB的进行工作模态的划分,并择优选出两种作为其实际工作模态;然后,利用Karush-KuhnTucker条件法实现在软开关条件下全功率段的电流应力优化,并与新的移相比相结合设计出一种更为简洁的闭环优化控制策略;最后,搭建DAB仿真模型及实验样机进行验证,结果表明:所提控制策略不但具有控制简单、易实现的特点,同时能在全功率范围内实现最小电流应力控制和开关管的软开关特性。
文摘In traction application,speed range of motor is an important index for motor drives.In AC motor control,the maximum speed of the motor is limited by the output voltage capability of the traditional three-phase inverter with star connenction of windings.Switching the star connection to delta connection in high-speed range can extend the speed range.In order to extend the speed operation region,star-delta switch proposed by many literatures relies on mechanical relay,which needs a dead zone of tens of milliseconds and seriously affects torque output.Besides,the traditional method will cause current overshoot during the switch transient process,decreasing the device security and reliability.Aiming at the defects existing in the star-delta hard switching,this paper proposes a star-delta soft switching method.Without adding extra power electronics devices,DC-bus capacitor is used to provide the path of zero axis current in the transient process,which helps to achieve the smooth torque output and zero current switch in the transient.Experiments have been done to validate the performance of the proposed method.The switching transient from star to delta connection in the motor drive can be much more stable than hard switching method.
文摘在高压大功率场合,通常用IGBT作为开关器件。由于其关断的电流拖尾现象,IGBT零电流关断能有效减小开关损耗。提出一种新型移相全桥零电压零电流开关(ZVZCS)方案,通过1个双绕组的耦合电感和2个二极管实现滞后臂开关管在宽负载范围的零电流关断(ZCS)。所增加的二极管可以实现软开关,耦合电感的漏感并不会对增加的二极管产生附加的电压应力。为减小耦合电感的励磁电流对ZCS的影响,通过在所增加的2个二极管上各并联一个小电容,在不增大耦合电感尺寸的条件下增加复位电压的作用时间,保证滞后臂开关管的ZCS。在理论分析的基础上进行了计算机仿真,并设计了一台开关频率为68 k Hz、输出为100 V/10 A的样机进行实验验证。仿真和实验结果证明了所提方案的有效性。
文摘针对新能源领域对开关变换器具有宽电压增益范围的要求,提出一种多模式变频宽输出LLC变换器。该变换器原边为全桥结构,副边整流器为两级倍压结构,通过控制副边开关管的导通与截止,具有3种不同的电路模式,其增益比为1∶2∶4。各种模式对应不同的输出电压等级,采用变频控制方式,变换器可以实现50~430 V的宽输出电压范围。多种模式切换,使得变换器具有较窄的开关频率范围(65~100 k Hz)。通过合理的参数设计,变换器可以实现原边开关管零电压开通(ZVS)和副边二极管零电流关断(ZCS)。新的电路拓扑结构降低了副边二极管和副边电容的电压应力,仅为输出电压的一半。在理论和仿真分析基础上,制作了1.3 kW的实验样机。实验结果表明,该变换器可以在保证效率的同时实现宽输出电压范围,适合应用于宽输出场合。
