基于Superbuck变换器的双闭环控制策略

基于Superbuck变换器的新型航天器用电源系统蓄电池恒流充电控制系统,应用状态空间平均法建立了Superbuck变换器恒流充电时的动态小信号模型,为适应航天器多频率扰动负载条件下,电源系统蓄电池恒流稳定充电,提出了一种新型双电流环控制策略,设计了双电流环,最后搭建了实验样机。实验证明系统具有良好的瞬态响应速度和抑制输入扰动的优点,证明了模型的正确性和控制策略的有效性。

峰值电压反馈Superbuck变换器中分岔与混沌的实验研究

该文针对太阳能光伏发电系统中一种重要的拓扑结构Superbuck变换器进行非线性动力学研究。根据变换器的状态方程,采用频闪映射方法得到变换器的离散映射模型,然后以参考电压为分岔参数得到电感电流的分岔图。最后通过建立实验电路来研究变换器的非线性动力学行为,验证系统从稳定到倍周期分岔直至混沌态的演化过程,同时通过分析电感电流的功率谱图,证明应用混沌技术可以有效地降低系统的电磁干扰(EMI)。

小信号模型Superbuck变换器控制系统设计

为了进一步减小超级变换器——Superbuck变换器的输出纹波,针对Superbuck变换器进行控制系统设计。根据典型的Superbuck变换器主拓扑结构开环频率特性,设计出一种双闭环控制系统,给出了方案、系统设计图和设计后的系统开环传递函数。对设计的控制系统进行了仿真,仿真显示,与国内外设计的Superbuck控制系统相比,系统输出性能得到了提高。

基于Zeta和SuperBuck的航天用非隔离三端口变换器

基于Zeta变换器和Super Buck变换器,构造了一种新颖的航天用三端口非隔离变换器。构造的拓扑可以实现光伏、负载和蓄电池之间能量相互流动,避开了Buck-Boost输出负电压问题,同时Zeta和Super Buck共用了双电感,提高了效率。分析各个模式的增益特性并设计了基于跨导分域控制和最大功率跟踪控制竞争的控制策略,通过PLECS仿真证明了控制策略的有效性。最后,基于TMS320F28335搭建了一台400W样机,实现了对该拓扑的数字控制并验证了拓扑的可行性。

空间电源Superbuck转换器的小信号建模与研究

针对一种基于Superbuck拓扑的平均电流模式控制下的蓄电池充电电路,进行了电路建模与仿真研究。采用时间平均模型等效法,对主电路进行了小信号建模,根据模型推导出了充电电路的传递函数。实验及Matlab仿真结果表明系统建模的正确性,以及电路具有良好的稳定性。

基于Superbuck变换器的光伏MPPT调节器控制策略

针对应用于航天器光伏调节变换系统的Superbuck变换器,通过状态空间平均法建立了其小信号模型。基于MPPT模式提出了太阳电池阵列电压控制的双闭环控制策略,并在LTspice仿真软件中得到传递函数的波特图。最后,搭建了光伏MPPT调节器的实验平台。结果表明,所提出的控制策略能够使系统保持良好的稳态和动态性能,提高了太阳电池阵列的能源利用率,具有较强的有效性和实用性。

基于Superbuck拓扑的高效蓄电池充电调节器研究

从空间电源控制器(PCU)系统的角度出发,根据锂离子蓄电池的特点,研究了基于Superbuck拓扑的蓄电池充电控制器。其中分析了变换器的工作原理,建立了变换器的模型,重点分析了蓄电池充电控制电路,最后进行了仿真和实验研究。

非理想Superbuck变换器的系统建模

为了提高开关变换器系统建模的精度,减小模型与实际电路之间的偏差,在考虑各元件等效寄生参数及电感电流纹波等非理想因素的影响下,运用开关元件平均模型法和能量守恒法对Superbuck变换器进行精确建模,推导了大信号等效模型、直流等效模型和小信号交流等效模型。在此基础上,对平均电流模式控制下非理想Superbuck变换器的控制环路进行了设计。通过模型分析以及在Mathcad中的仿真可以得出,所建模型有效、直观、且物理意义清晰,能够更加准确的反映实际电路的工作情况。

大型停车场用无电解电容直流充电桩鲁棒PI控制器设计

提出一种适用于大型停车场的直流充电桩,其前级采用无电解电容滤波的三相不控整流电路,后级为输入、输出电流均连续的Superbuck充电接口变换器。该直流充电桩具有可靠性和效率高、结构和控制简单且成本较低等优点。由于输入电压为6倍频直流脉波,因此充电接口变换器的右半平面零点随着工作电压而不断变化,且输出侧含有较大的低频纹波分量。为了确保系统在整个工作范围内稳定运行且输出侧低频纹波均满足要求,提出了一种适用于变结构系统的鲁棒稳定PI控制器设计方法——全局扫描法,以及基于转移导纳的低频纹波鲁棒抑制PI控制器设计方法。首先,给出了输出电压、总电感电流双闭环控制系统的稳定条件;然后,基于转移导纳,分析了输出侧低频纹波的传输机理和基本抑制策略;接着,给出了输入电压前馈控制器以及恒流、恒压两种充电模式下鲁棒PI控制器参数的设计准则和方法。最后,通过一台1.8kW/80kHz的样机对理论分析的正确性进行了实验验证。

高阶变换器拓扑的前馈控制研究

针对变换器引入前馈控制实现输入电压-输出电压传递函数(音频敏感率)调整为零的方法进行了研究,提出了一种计算前馈控制器时简化变换器模型的方法,从而可以直观地确定与前馈控制器相关的主电路参数。当音频敏感率等于零时,可以实现变换器输出与输入的解耦,对输入噪声实现极大程度的衰减作用,通过输入电压前馈的方法可以实现音频敏感率的调整为零。当变换器模型阶次较高时,调整音频敏感率为零所需的前馈控制器形式较为复杂,所以本文研究了采用比例控制器进行前馈的方法,实现在一定频率范围内变换器输出对输入侧扰动信号的大幅度衰减,并针对双电感和双电容构成的非隔离电流连续型拓扑族给出了对应的前馈控制器与主电路参数之间的关系。通过分析变换器的直流增益特性,揭示了调整音频敏感率为零时变换器所需的前馈控制器比例系数仅与直流增益比相关的规律,并通过理论计算和实验对结论进行了验证。

航天用蓄电池充电调节器的控制系统设计

提出了基于Superbuck电路拓扑的航天用电源控制器(Power Conditioning Unit,PCU)中蓄电池充电调节器(Battery Charge Regulator,BCR)的控制系统设计方法,简述了PCU的基本构成和控制区域划分基本原理,分析了BCR在PCU系统中的运行模式,根据其运行特点,对以4阶Su-perbuck电路为拓扑的BCR进行了建模,给出了占空比控制的多个变量的传递函数表达式,依此设计了三环并列控制的蓄电池充电调节器,并给出了BCR分别在恒压输出,恒流输出,自稳定输入母线工况下的仿真和实验结果,验证了设计的正确性.

峰值电流控制高阶变换器非线性现象研究

峰值电流控制CF-superbuck变换器是高阶变换器,具有复杂的非线性动力学行为。该文建立了峰值电流控制CF-superbuck变换器的离散迭代映射模型,通过数值仿真得到了CF-superbuck变换器的分岔图,研究了系统非线性动力学的演化过程。最后,通过电路仿真和实验得到了电感电流和电容电压所对应的时域波形图和相图,验证了该高阶变换器中的非线性现象。

基于FPGA的锂电池组能量管理系统设计

针对高压大功率锂电池组在航天领域中的应用,研究并设计了一种以FPGA为控制器和Super Buck为功率电路的锂电池组能量管理系统。详细分析了Super Buck直流变换器的拓扑结构及工作原理,进行了相关理论公式推导,同时详细介绍了以FPGA为主控制器的控制方案。设计了一台5 k W实验样机,实验验证了理论分析和设计样机的正确性。

宽范围输出电压电池充电调节器的研究

旨在设计一款单向、非隔离、降压型的宽范围输出电压电池充电调节器(Battery Charge Regulator,BCR),作为卫星电源系统母线至蓄电池的充电通路。选择耦合电感Superbuck变换器作为电池充电调节器的主拓扑。分析变换器工作原理后,得到耦合电感的零输入电流纹波条件,推导出系统开环传递函数;得到避免右半平面零点出现的阻尼参数限制条件。根据先恒流后恒压的充电控制策略,选择平均电流控制模式作为变换器控制方式,在恒流充电阶段,仅电流内环工作,变换器工作在电流源状态;恒压充电阶段,利用平均电流模式的双环控制特点,变换器工作在电压源状态。通过仿真和实验结果验证了设计的正确性。

一种基于模拟电路MPPT技术的独立光伏电源系统

本文提出了一种基于模拟电路MPPT控制的独立光伏电源系统,输入侧为光伏电池阵,变换器采用Superbuck电路,输出侧接蓄电池和负载。系统采用模拟电路MPPT与蓄电池的恒压、恒流控制协调控制的方法,在保证蓄电池安全充放电的前提下实现光伏电池的最大功率输出。该系统具有太阳能利用率高,可靠性高,纹波小,成本低的优点。仿真和实验结果表明,该系统在MPPT模式下能够准确地追踪光伏电池最大功率点,并且通过与蓄电池储能的配合实现对太阳能最大限度的利用。

小卫星双向DC/DC变换器设计

为了满足卫星微小化对电源系统功率密度提出的更高要求,结合空间电源设计要求给出了提高小卫星功率密度的方案。选用一种高功率密度的双向DC/DC拓扑,给出了主电路的控制传递函数,设计了补偿网络,采用SABER软件进行仿真,体现出良好的稳定性和动态性能。结果证明,该变换器不但满足卫星电源的性能要求,而且有效提高了电源功率密度。