基于Buck—Boost的超级电容均压电路研究

超级电容器作为一种新兴的储能元件,已在新能源发电场合及能量反馈回收系统中得到了广泛应用。然而超级电容器串联均压问题制约了其发展应用,本文采用Buck—Boost均压电路,将均压电路中的电感作为2个电容之间能量转移的媒介,以完成2个电容组的均压。对于控制电路部分,本文采用一种变滞环宽度恒频的滞环电流控制方法。该方法在保留滞环控制响应速度快、稳定性好等一系列优点的同时,克服了其开关频率不定的缺点,并通过仿真验证了原理方案的正确性。

多电平双向BUCK—BOOST直流变换器的研究

本文对多电平双向Buck—Boost直流变换器的特性进行了较为详细的讨论，解决了传统两电平双向变换器的缺点，提高了变换器的动态响应，起到了优化整个系统的动态特性的作用。

基于Buck—Boost变换器的宽范围蓄电池放电应用

介绍采用电流型Buck—Boost变换器结构设计的蓄电池放电维护设备，讨论了设备的组成，分析了各个部件的工作原理，并给出了具体技术指标。

宽增益高效率级联式四开关Buck-Boost LLC变换器

为了解决变频控制的桥臂共用型四开关Buck-BoostLLC级联变换器磁性元件设计和优化困难的问题,提出一种二次侧为特殊全桥整流结构的级联式四开关Buck-Boost LLC变换器。通过控制二次侧开关管的交叠导通时间以拓宽变换器的电压增益。该变换器可根据不同的输入电压范围工作在交叠模式和整流模式;在不改变变换器参数的条件下将增益显著提高,能够适应更宽范围的输入电压,同时保持了变换器较高的工作效率。在两种工作模式的基础上,采用移相控制使变换器所有开关管实现零电压导通(ZVS),二极管实现零电流关断(ZCS)。结合状态平面轨迹分析法,对定频控制的级联式四开关Buck-Boost LLC变换器进行模态分析,并推导两种工作模式下的输入-输出表达式和开关管的软开关实现条件。最后,通过研制一台70~280 V输入、240 W/28 V输出的实验样机,验证了理论分析的正确性。

非最小相位的单电感双输出Buck-Boost变换器的复合控制方法

单电感双输出Buck-Boost (SIDO Buck-Boost)变换器在电感电流连续模式(CCM)下工作存在交叉影响以及非最小相位特性的问题.为了解决上述问题,提出基于储能函数的扩张状态观测器(ESO)的改进非奇异快速终端滑模(NFTSM)和自抗扰控制(ADRC)相结合的控制策略.设计主路控制器,对系统的传递函数进行拟合得到ADRC范式,利用该范式对主路进行解耦控制.设计支路控制器,采用改进型ESO对储能函数进行观测,并将观测值反馈补偿到非奇异快速终端滑模控制律中,达到支路解耦的效果.为了抑制滑模控制的抖振问题,对趋近律进行改进.利用Lyapunov理论证明系统稳定性.基于硬件在环(HIL)实验平台进行实验验证.结果表明,所提控制策略与PI控制策略以及基于ESO的滑模控制策略相比,在超调量和响应时间上具有较好的效果.

带感性负载的Buck-Boost变换器的非线性行为分析及优化控制

Buck-Boost变换器在某些参数发生变化时会呈现出丰富的非线性行为,这些行为将严重影响系统的稳定性,使得系统输出的电能质量劣化。文章基于实际变换器的负载特性,深入研究了感性阻抗负载下Buck-Boost变换器的非线性行为产生机理,提出了一种对数延迟反馈控制方法。该方法选取系统的输出延迟值与自身的值作差形成反馈信号;将该信号通过比例环节、求和环节和对数环节形成控制信号,以负反馈的形式施加于系统;最后基于稳定判据确定最优控制参数并对系统实施控制。为验证该方法的有效性,进行了大量的仿真实验,结果表明该方法能很好地抑制系统的非线性行为,扩展其稳定边界,改善系统输出的电能质量。

基于Buck-Boost电路与相对极差策略的锂电池组分层均衡技术研究

针对串联锂电池组均衡过程中出现的均衡速度慢、能量转移效率低等问题,提出一种基于Buck-Boost电路的分层均衡拓扑结构,以各单体电池的荷电状态(SOC)作为均衡变量,采用相对极差法的均衡控制策略以实现各层均衡单元的同步均衡。首先阐述了改进后均衡拓扑的整体结构以及分层分组的方法、最小均衡单元的均衡原理以及均衡过程中相关参数的计算过程;之后根据所设计的分层拓扑结构设计了与其相适应的均衡控制策略;最后在Matlab/Simulink中分别搭建了不同拓扑下的仿真模型并进行了均衡仿真验证。仿真结果表明,在8节电池与9节电池的不同情况下与传统单层均衡拓扑相比,文中所提出的采用相对极差控制策略的分层均衡拓扑结构在均衡速度上分别提高了86.06%和84.21%,在能量转移效率上分别提高了3.3%和4.22%,验证了所提均衡拓扑以及均衡策略的有效性。

基于Posicast控制的双向Buck-Boost变换器改进控制策略研究

双向Buck-Boost变换器被广泛应用于锂电池等储能系统,常采用电压电流双环控制策略,存在动态超调大且有残留振荡等缺点,影响了储能系统的正常运行。提出基于Posicast控制的改进控制策略,首先,分析了双向Buck-Boost变换器不同工作模式的数学模型,介绍了Posicast控制器的基本概念,并给出了提升Posicast控制鲁棒性的设计方法。其次,基于变换器双环控制,将Posicast控制算法引入电流控制器,以改善系统的动态性能,并给出了不同模式下各控制器的设计方法,分析了电感参数变化时的系统鲁棒性。最后,通过功率为10 kW的双向Buck-Boost变换器样机平台,用试验验证了所提控制策略的正确性。

基于开关流图法的Buck-Boost变换器小信号建模分析

阐述Buck-Boost变换器具有输出纹波低,电压可控等优点,广泛应用于新能源汽车电池发电、直流微电网。建立小信号模型有利于对电路系统主电路的控制和控制回路的设计。分析Buck-Boost变换器,利用开关流图法和信号支路的模型建立变换器的流图,从而推导出变换器的小型号模型。

分数阶忆阻二阶电流反馈型Buck-Boost变换器动力学建模与分析

提出一种基于分数阶微积分理论的有源压控忆阻负载峰值电流型Buck-Boost变换器模型。在推导其在电感电流连续模式下电路方程的基础上,通过数值仿真分析并验证Buck-Boost变换器的复杂动力学行为。仿真实验结果表明,随着系统阶次的变化及忆性负载的加入,系统分岔点均发生后移,系统稳定工作范围大大增加;对整数阶忆阻负载变换器模型施加两时间尺度参数激励与外接激励,研究当慢变参数频率与系统固有频率产生量级差时的簇发振荡行为,随着系统激励幅值A的变化,系统会出现概周期的单-Hopf簇发振荡。

基于Buck-Boost逆变电路的低纹波可调直流稳压电源控制方法

为克服传统低纹波直流稳压电源的主电路拓扑结构存在电路结构复杂、体积大等不足,提出一种基于Buck-Boost逆变电路的新型可调直流稳压电源拓扑结构,用Buck-Boost逆变环节取代传统结构中高频逆变和变压器升压两个环节,此结构相较于传统结构,在电路结构上可以得到明显的简化。为实现该新型可调直流稳压电源输出低纹波、高稳定度直流电压的要求,针对其Buck-Boost逆变电路提出采用基于比例积分-矢量比例积分的复合控制方法,即以Buck-Boost逆变电路中电容电压和电感电流作为状态变量,并以电感电流为控制内环,电容电压为控制外环,通过对两个闭环采用比例积分-矢量比例积分复合控制方法,实现对两个状态变量的解耦控制,最后通过仿真与实验对其效果进行了验证,同时与传统低纹波直流稳压电源进行了对比分析。结果表明,文中提出的基于Buck-Boost逆变电路的新型可调直流稳压电源拓扑结构及针对该拓扑结构所提出的控制方法不仅输出直流电压纹波小、稳态精度高、动态性能好同时还具有电路结构简单且输出直流电压任意可调等特点,因而具有较好的应用价值。

一种新颖的四开关Buck-Boost变换器

提出一种新颖的四开关Buck-Boost变换器及其控制策略。该变换器由Buck变换器和Boost变换器级联等效而成,其可以将宽范围的输入电压高效率变换到额定电压附近,这样对后级变换器而言输入就是一个窄范围,从而保证了后级变换器的优化设计;与此同时,四开关Buck-Boost变换器的滤波工作模式还保证了额定输入电压附近效率的最高。实验结果表明:采用文中提出的四开关Buck-Boost变换器作为前级的两级式变换器可以满足未来通信电源模块高效率、高功率密度以及宽输入范围的要求。

双沿调制的四开关Buck-Boost变换器

与传统的Buck—Boost变换器相比，四开关Buck—Boost变换器具有输入输出同极性、开关管电压应力低等优点。该文针对四开关Buck—Boost变换器在通信电源分布式系统中的应用，提出三模式双频双沿调制的控制策略。该控制策略将变换器分成Buck单元和Boost单元，此两单元分别采用后沿调制和前沿调制，并且在Buck—Boost工作模式时，开关频率由Buck以及Boost模式的200kHz降到40kHz，以提高变换器的效率。实验室制作了一台48V（33-75V）输入48V／6．25A的样机，对所提出的控制策略进行验证。试验结果表明所得结论正确。

一种新型Buck-Boost矩阵变换器

对传统矩阵变换器电压传输比低的缺陷进行研究,提出一种称为Buck-Boost矩阵变换器的新型电路拓扑结构.首先介绍了该拓扑结构的基本构成及其工作原理,然后着重阐述了无零矢量的空间矢量调制策略和滑模控制策略的设计方法,最后通过仿真对该新型拓扑结构的有效性和可行性进行了验证.结果表明,该结构能实现输出电压和频率的任意调节,其电压传输比既可大于1也可小于1,且直接输出标准的正弦波而无需滤波环节,从而有效解决了传统矩阵变换器电压传输比低的难题.

基于改进SPWM控制的新型单级BUCK-BOOST逆变器

提出了一种新型的单级串联谐振型Buck-Boost逆变器,它能在一个功率级内产生峰值高于或低于输入直流电压的正弦交流电压。文中详细分析了所提逆变器的工作原理,并利用状态空间平均法建立了系统数学模型。基于断续导电模式,所提逆变器拓扑利用串联谐振单元实现所有开关的零电流开通和辅助开关的零电流关断,减小了开关损耗,提高了系统效率。为了改善逆变器的输出特性,提出一种改进的SPWM控制方法,该方法采用带直流偏置的正弦调制波,消除了线性近似法所导致的输出电压波形过零点附近的畸变。通过一台1kW原理样机的实验结果,验证了该变换器的优点和改进SPWM控制方法的有效性。

一种鲁棒无抖颤滑模控制的Buck-Boost变换器

利用风、光、氢等新能源发电过程中,经常遇到能量输入和功率输出的随机性,这对电源变换器鲁棒性设计提出了更高要求。针对传统滑模控制变换器由于自身控制律的离散型存在不可避免的抖颤问题,基于一种Super-Twisting控制算法设计无抖颤滑模变换器,其核心思想是将离散控制律转移至更高阶的滑模面,从本质上消除抖颤的影响。以电源变换器Buck-Boost为例,针对新能源发电中存在的间歇性扰动问题,与典型PI控制效果进行对比试验。仿真结果表明:1)动态滑模控制变换器在输入、输出大扰动下具有很强的鲁棒性;2)在频响跟踪方面具有快速收敛性,其变换器频响可以达到20 Hz以上,远优于传统PI控制。

Buck-Boost双向变换器无过零检测TCM控制研究

提出一种基于变频控制的TCM模式实现方案,其在简化传统控制方案的同时,更易实现多模块的交错并联。首先对TCM模式实现软开关的原理进行分析,然后对TCM模式下电感电流的频率特性进行研究。在对频率特性进行分析之后,通过构建频率和占空比两个控制器,据此提出一种变率控制实现TCM模式的方案。最后搭建实验500 W的样机,通过实验验证新方案的正确性。

Buck-Boost换流器中分岔现象的机理及预测

电流控制模式的Buck—Boost换流器电路在一定的参数范围内会出现分岔和混沌,研究这些非线性现象的机理及参数范围在理论和电力电子的应用上都非常重要。采用最近提出的基于轨线的非线性动力学方法,在一维观察空间中定义换流器轨迹结构稳定性的稳定裕度,解释了发生分岔及混沌的机理,并用灵敏度分析技术快速估计各分岔点。

Buck-Boost DC/DC变换器中边界碰撞分岔现象的实验研究

在以往理论研究的基础上,对峰值电流型Buck-Boost DC/DC变换器的非线性行为进行了深入的实验研究,搭建了变换器的功率电路及相应的数据采集系统,使用示波器直接显示和数据采集两种方法,获得了表征电路系统非线性动力学特性的Poincaré截面和分岔图,通过这两种研究非线性动力学常借助的手段,对变换器在参数变化过程中出现的边界碰撞分岔现象的动力学行为及演化过程进行了辨识与分析.最后,将实验结果与数值仿真的结果进行了对照,实验图在分岔形状及分岔点上都与数值仿真相一致,验证了该实验研究方法的合理性和可行性.

输出电压纹波控制两开关PCCM Buck-Boost PFC变换器

研究了两开关伪连续导电模式(pseudo continuous conduction mode,PCCM)Buck-Boost功率因数校正(power factor correction,PFC)变换器的工作原理,为了简化两开关PCCM Buck-BoostPFC变换器的控制器设计,在分析单相PFC变换器输出电压纹波的基础上,提出了输出电压纹波反馈控制算法。该算法采样PFC变换器的输出电压,通过计算得到输出电压纹波值来实时调整电流控制环的补偿系数,无需增加额外的硬件电路,利用数字信号处理器的编程方式即可实现。仿真与实验结果表明,当负载功率发生大范围变化时所设计的系统具有快速动态响应能力。