Inductor Current Sampled Feedback Control of Chaos in Current-Mode Boost Converter

A chaos control strategy for chaotic current-mode boost converter is presented by using inductor current sampled feedback control technique.The quantitative analysis of control mechanism is performed by establishing a discrete alterative map of the controlled system.The stability criterion,feedback gain,and corresponding critical duty ratio are obtained from the eigenvalue of the map.The simulation results verify the t heoretical analysis results of the control strategy.

Non-inverting buck-boost DC-DC converter based on constant inductor current control

The hysteresis control combined with PWM control non-inverting buck-boost was proposed to improve the light load efficiency and power density.The constant inductor current control(CICC)was established to mitigate the dependence on the external components and device variation and make smooth transition between hysteresis control loop and pulse width modulation(PWM)control loop.The small signal model was deduced for the buck and boost operation mode.The inductor current slope control(ICSC)was proposed to implement the automatic mode transition between buck and boost mode in one switching cycle.The results show that the converter prototype has good dynamic response capability,achieving 94%efficiency and 95%peak efficiency at full 10 A load current.

Canonic Realizations of Voltage-Controlled Floating Inductors Using CFOAs and Analog Multipliers

New voltage-controlled floating inductors employing CFOAs and an analog multiplier have been presented which have the attractive features of using a canonic number of passive components (only two resistors and a capacitor) and not requiring any component-matching conditions and design constraints for the intended type of inductance realization. The workability and applications of the new circuits have been demonstrated by SPICE simulation and hardware experimental results based upon AD844-type CFOAs and AD633-type/MPY534 type analog multipliers.

基于MPC的耦合电感飞跨电容双向DC/DC变换器功率均衡解耦控制策略

耦合电感功率变换器因耦合电感阻抗、电感值等参数差异易导致功率不均衡。针对耦合电感飞跨电容双向DC/DC变换器,提出一种基于模型预测控制(MPC)的功率均衡解耦控制策略。通过对变换器原理进行分析,建立基于电感电流解耦的数学模型,得到包括电感电流和飞跨电容电压等6个控制变量的解耦控制方法。在此基础上,提出基于MPC的功率均衡解耦控制策略。同时,为降低MPC算法的运算负荷,根据解耦控制模型重构模型预测价值函数,实现各控制变量独立动态寻优,使系统能在稳定控制输出电压及飞跨电容电压的同时,实现两相耦合电感的功率均衡控制。最后,通过理论分析及实验对所提策略进行有效验证。

考虑电感饱和的逆变器变开关频率控制仿真

不当操作会导致电感饱和状态下逆变器功率损耗严重,为了提升频率控制的稳定性,提出考虑电感饱和的逆变器变开关频率控制方法。根据逆变器的构成获取相关参数的矢量关系,利用基尔霍夫电压定律生成电感饱和状态的逆变器数学模型,通过旋转构建逆变器在dp坐标系下的数学模型,用于预测推导逆变器的电压值。设计开关控制的三大核心成分,分别为功率鉴定器、频率鉴定器和频率滞环比较器,利用电压定向矢量控制方法分别从三个核心成分中得出逆变器的损耗、功率控制结果以及频率状态量误差,完成逆变器变开关频率控制。实验结果表明,所提方法的电压控制效果较好,频率控制稳定性较高。

独立充放时序SIDO开关变换器电流型变频控制技术

单电感双输出(single-inductor dual-output,SIDO)开关变换器工作在共享充放时序下存在电感电流纹波大、输出支路间交叉影响严重以及电路参数宽范围变化下控制电路不能正常工作等问题.为此,提出一种独立充放时序电流型变频控制(current-mode variable frequency control,C-VF)技术.首先,具体描述变换器在连续导电模式(continuous conduction mode,CCM)下的工作原理,并推导主电路开环传递函数;进一步构建闭环小信号模型,推导闭环交叉阻抗,详细分析不同输出电压及负载电流下变换器的交叉影响特性;最后,通过仿真和实验进行验证.研究表明:相较于共享充放时序,独立充放时序C-VF CCM SIDO buck变换器减小了交叉影响,改善了负载瞬态响应性能;当两支路负载电压不等时,减轻某一支路负载可以降低该支路的交叉影响;当两支路输出电压相同但负载不同时,重载支路对轻载支路的交叉影响更小.

可控电感在WPT系统动态性能的优化方法

SS型Buck-WPT(Buck-wireless power transfer)系统由Buck电路和基本的SS型无线电能传输电路组成。该电路系统因为结构和控制方式简单、控制效果明显等优点在感应式无线电能传输方面得到广泛应用。但该电路的动态特性并不能满足一些时变系统对快速性的较高要求。例如,系统在启动时会存在较强震荡和较大超调,系统负载改变时稳定状态会发生改变且存在明显抖动,系统极限空载时原边谐振电流会增大,且该电流值远超出安全工作范围。本文提出了一种基于可控电感的SS型Buck-WPT系统。首先,分析了电感值可调的方法并在COMSOL中建立仿真模型验证其电感值可控的特性。其次,对SS型Buck-WPT系统进行数学建模,将SS型WPT系统作为Buck电路的特殊负载,推导SS型Buck-WPT系统状态空间方程。研究其三维空间内相轨迹的降维描述方法,将该系统用二维相轨迹描述系统运行过程。然后,通过分析启动阶段相轨迹运行规律,改进前级Buck电路。将传统Buck电路中的电感换成可控电感,运用其电感值可调的控制系统开通阶段的运行轨迹,使系统在1个开关周期内无超调快速进入稳态。当系统负载改变时,系统的输出电压会改变,且是不断抖动来回反复的过程,利用PI算法对系统进行恒流控制。通过可控电感控制系统相轨迹,使副边输出能无抖动快速进入稳态,保证输出电压不变。针对SS型谐振网络的Buck-WPT系统中出现空载大电流的问题,提出了将可控电感串联接入原边谐振网络的方法。实时检测原边谐振电流值,该值超过正常工作范围,感值就快速增大,减小原边谐振电流,达到空载时维持原边谐振电流安全值以下。最后,验证上述方法在优化SS型Buck-WPT系统动态特性的有效性,在Simulink中搭建仿真电路。该方法能减小工作条件改变时带来的系统抖动,且在不改变系统响应速度前提下减小超调,优化系统动态性能,增强系统抗负载扰动力,提高系统带负载能力有明显效果。

基于相间有源阻抗平衡单元的多相交错并联LLC谐振变换器均流策略研究

文中提出一种基于相间有源阻抗平衡单元的新型多相交错并联LLC谐振变换器均流拓扑。通过在相间构建有源阻抗平衡单元匹配相邻相的阻抗网络,从而平衡相邻相谐振元件因参数容差造成的输出电流不均衡。得益于相间有源阻抗平衡单元仅在相邻相之间传递部分能量,其增加的损耗较小。比较几种可能的相间有源阻抗平衡单元结构,并提出一种以开关电感作为有源阻抗平衡单元的均流拓扑。详细分析所述方案的均流机理和设计过程,并对其控制策略和多相拓展进行探讨。最后,通过搭建一台12 V/40 A的两相交错并联LLC谐振变换器样机,验证所述均流方案的可行性。

准Z源逆变器的模型预测电流误差控制

为降低准Z源逆变器模型预测控制的控制误差,提出一种模型预测电流误差控制方法。首先,在充分分析电压矢量对被控量性能影响的基础上,合理地选择适合各被控量的电压矢量组合方式。然后,利用电流对称控制思想保证电感电流关于其参考指令对称。最后,采用电压矢量抵消原理使输出电流幅值逼近其目标值。实验结果表明,所提方法能够大幅降低电感电流脉动和输出电流谐波含量;证明了所提方法能有效提高准Z源逆变器的控制精度,简化了对权重系数的设计工作。

用于新能源发电的新型升降压转换器及其控制策略

针对新能源发电装置输出电压变化大难以实现储能的问题,提出一种基于PI控制器结合前馈控制的新型单管耦合型升降压转换器,通过调节耦合电感的变比灵活调节电压转换比,同时降低了开关器件电压应力,采用无源钳位电路,起到回收漏感能量和抑制开关管电压尖峰的作用,与传统升降压转换器相比具有更宽电压转换比,输入电流连续和开关管电压应力小等优势;利用PI控制器结合前馈控制策略实现闭环控制,保证了转换器整个输入电压范围内良好的输入暂态响应。详细分析了转换器的工作原理并推导了转换器稳态特性,将所提转换器与其他单管升降压转换器的各项性能进行比较。推导了转换器的小信号模型,同时利用伯德图验证PI参数设计的正确性,分析了PI控制器结合前馈控制策略的设计过程。最后,搭建了一台额定功率100 W,20~60 V输入、48 V输出的实验样机,通过升压和降压模式下的实验来验证所提转换器的性能,同时验证了PI控制器结合前馈控制策略的可行性,其中升压模式最大效率为97.08%,降压模式最大效率为97.10%。

基于磁通可控电感的无线充电系统调谐方法

针对无线充电系统补偿拓扑中无源元件配谐精度不够及参数漂移引起的系统性能降低这一问题,此处提出了一种基于磁通可控电感(MFCI)的动态调谐方法。首先阐述串-串补偿型无线充电系统失谐对系统效率的影响,分析调谐电路原理并提出了调谐方案,通过控制MFCI变压器两侧电流关系调节初级磁通,使其在初级实现连续可控的电感特性,达到调谐目的;其次,对其控制方法进行分析,包括基于测量线圈的谐振状态检测方法、MFCI闭环控制;最后,搭建实验平台,展开次级不同失谐程度下调谐实验,仿真和实验结果表明了所提动态调谐方法的合理性和可行性。

基于DCS的氧化挥发器温度控制方法设计与应用

针对传统氧化挥发器电加热系统控制对象多、设备复杂的问题,优化改进了氧化挥发器加热方式。采用闭式负反馈控制方法,基于DCS控制系统实时调节电感加热器加热功率,实现了氧化挥发器内部温度的控制。通过在相关试验台架的试验,验证了该加热方式和控制方法的可行性,为后续工程的应用提供了一定的参考依据。

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.

Recent Developments of Modulation and Control for High-Power Current-Source-Converters Fed Electric Machine Systems

The pulse-width-modulated(PWM)current-source converters(CSCs)fed electric machine systems can be considered as a type of high reliability energy conversion systems,since they work with the long-life DC-link inductor and offer high fault-tolerant capability for short-circuit faults.Besides,they provide motor friendly waveforms and four-quadrant operation ability.Therefore,they are suitable for high-power applications of fans,pumps,compressors and wind power generation.The purpose of this paper is to comprehensively review recent developments of key technologies on modulation and control of high-power(HP)PWM-CSC fed electric machines systems,including reduction of low-order current harmonics,suppression of inductor–capacitor(LC)resonance,mitigation of common-mode voltage(CMV)and control of modular PWM-CSC fed systems.In particular,recent work on the overlapping effects during commutation,LC resonance suppression under fault-tolerant operation and collaboration of modular PMW-CSCs are described.Both theoretical analysis and some results in simulations and experiments are presented.Finally,a brief discussion regarding the future trend of the HP CSC fed electric machines systems is presented.

Magnetic Flux Controllers for Induction Heating Applications

Application of magnetic flux controllers/concentrators to induction heating coils can drastically improve the process efficiency and heat pattern control. Presentation includes: benefits provided by flux controllers, materials available for controllers, application techniques, computer assisted design of induction coils with concentrators, examples of applications. Depending on induction system design, magnetic flux controllers can concentrate heating in a specified area, change heat source distribution and shield a particular part zone or external area preventing unintended eddy current heating. Besides of the coil efficiency improvement and optimal power distribution, magnetic flux controllers reduce the coil current demand from a supplying circuitry thus strongly reducing losses in busswork, cables, transformers and inverter components. Improvement that can be achieved due to magnetic flux controllers is case dependable. 2D and 3D computer simulation allows the designer to predict accurately effect of controllers on the coil parameters and temperature distribution and optimize the whole electromagnetic system. Special attention in presentation is paid to new magnetodielectric materials optimized for induction heating conditions. These materials have high magnetic permeability and saturation flux density, excellent machinability, good chemical and temperature resistance. Concentrators from these materials can work in a wide range of frequencies and specific powers. Examples of magnetic flux controller application include surface hardening of shafts and gears, induction surface hardfacing and brazing.

The voltage-current relationship and equivalent circuit implementation of parallel flux-controlled memristive circuits

A flux-controlled memristor characterized by smooth cubic nonlinearity is taken as an example, upon which the voltage-current relationships （VCRs） between two parallel memristive circuits - a parallel memristor and capacitor circuit （the parallel MC circuit）, and a parallel memristor and inductor circuit （the parallel ML circuit） - are investigated. The results indicate that the VCR between these two parallel memristive circuits is closely related to the circuit parameters, and the frequency and amplitude of the sinusoidal voltage stimulus. An equivalent circuit model of the memristor is built, upon which the circuit simulations and exper/mental measurements of both the parallel MC circuit and the parallel ML circuit are performed, and the results verify the theoretical analysis results.

I^(2)控制单电感双输出Buck LED驱动电源交叉影响分析

单电感双输出(single-inductor dual-output,SIDO) Buck LED驱动电源有LED_(1)和LED_(2) 2条输出支路,2条输出支路间存在交叉影响.为减小工作于电感电流连续导电模式(continuous conduction mode,CCM)的SIDO Buck LED驱动电源的输出交叉影响,提出电流-电流(current-current,I^(2))控制SIDO Buck LED驱动电源.基于SIDO Buck LED驱动电源的工作原理和开关状态,采用状态空间平均法建立状态空间平均模型和小信号模型;在此基础上,分析I^(2)控制SIDO Buck LED驱动电源的电路结构和工作原理;基于电感电流纹波和输出电流纹波,推导占空比的小信号表达式,获得交叉影响传递函数;通过交叉影响传递函数Bode图,对比分析其与电压控制SIDO Buck LED驱动电源输出支路间的交叉影响.研究结果表明:当电压控制SIDO Buck LED驱动电源LED_(1)输出支路的参考信号分别从1.6 V突变至0.8 V和从2.4 V突变至1.2 V时,其LED1输出支路对LED_(2)输出支路的交叉影响分别为0.250 A和0.365 A;反之,LED_(2)输出支路的参考信号分别从3.2 V突变至1.6 V和从2.4 V突变至1.2 V时,LED_(2)输出支路对LED1输出支路的交叉影响分别为0.06 A和0.04 A.参考信号相同变化条件下,I^(2)控制SIDO Buck LED驱动电源LED_(1)输出支路对LED_(2)输出支路的交叉影响分别为0.090 A和0.115 A,相反,LED_(2)输出支路对LED_(1)输出支路的交叉影响分别为0.030 A和0.015 A.相比电压控制SIDO Buck LED驱动电源,I^(2)控制SIDO Buck LED驱动电源减小了输出支路间的交叉影响.

基于扩张状态观测器的单电感双输出Buck变换器滑模解耦控制

针对单电感双输出Buck变换器输出支路在发生负载扰动时存在交叉影响严重、瞬态响应慢的问题,提出了一种基于扩张状态观测器(ESO)的滑模解耦控制策略.首先考虑负载扰动问题,将系统模型转化为输出电压偏差模型,设计了主路ESO对负载扰动进行估计,并将干扰估计信息补偿到主路开关管的改进型趋近律反步滑模控制器.其次考虑支路耦合问题,将一支路依据自抗扰范式拟合为独立系统,其中支路耦合项和外界扰动被视作总扰动,设计了支路ESO对其进行估计,基于干扰估计信息和滑模控制算法在支路开关管构造了滑模自抗扰控制器.最后利用Lyapunov理论证明了主、支路控制器的闭环稳定性.仿真结果表明,该控制策略使得支路间的交叉影响显著减小,并提升了系统瞬态响应速度.

开关电感型单相五电平电流源逆变器

多电平电流源逆变器因具有高安全性、低输出谐波特性等优点得到广泛关注。提出了一种开关电感型单相五电平电流源逆变器,其直流控制单元采用Buck结构,为电感提供了独立的充放电回路,实现了电感电流控制与输出电流控制的完全解耦,使用较小电感即可控制电流稳定。所提逆变器采用开关电感结构形成多电平输出,减少了器件数目,利用其高度对称性可简化外围电路设计。针对于单相逆变器输入侧电感电流存在二倍频波动的问题,在传统比例积分控制的基础上,增加功率前馈控制,以储能电感在每个开关周期内实现电流恒定作为先决条件,折算不同状态下直流侧开关器件的占空比扰动量,在不增加电路复杂度的前提下,采用较少器件和小储能电感有效抑制了电感电流的二倍频波动,减小了输出电流中3次谐波含量和总谐波畸变率,提高了输出电能质量。最后,通过仿真和实验验证了所提拓扑和控制策略的可行性。

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。