Buck-Boost变换电路DCM动态建模分析

以Buck-Boost电路为例,求解了变换器的平均模型及其线性化后的小信号模型。利用Simulink软件分别搭建状态平均方程等效电路、线性化小信号模型等效电路。通过动态模型仿真与开关器件电路仿真结果对比,验证了动态模型的正确性,讨论了断续电流模式(DCM)平均模型的适用范围与存在的缺陷。理论分析结果表明:大信号和小信号模型,在宏观时间尺度上,可以较好地模拟实际开关电路的动态特性。小信号模型只能用来求解扰动较小的情况,即当扰动过大时,小信号模型求解的误差将会很大。

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。

典型电能变换电路作为太阳能收集电路时的性能研究

针对太阳能收集电路中的光伏电池输出功率最大化问题,对各种典型电能变换电路作为太阳能收集电路时的性能进行比较研究。分析各种太阳能收集电路在MPPT控制下的光伏电池输出电流、光伏电池输出功率,以及储能电容电压等参数指标的变化情况,总结典型电能变换电路作为太阳能收集电路时的性能特点。理论分析和仿真结果表明,BOOST结构电路作为太阳能收集电路时的性能最佳,可以实现光伏电池的实时最大功率输出,从而最大化太阳能利用率。

模拟电子电路的两端口网络阻抗等效变换

“模拟电子技术”中的很多基本电路都可视为三端子两端口网络。在学习过程中,为有效分析其输入-输出特性,往往需要对其进行输入回路和输出回路的拆分式解耦等效分析,而阻抗参数等效变换成为一大难点。基于电路理论基础知识,对三端子两端口网络的串联式和并联式阻抗参数等效变换进行了详细推导,并将所提的参数等效变换方法应用于三个典型模拟电路的特性分析,有效简化了电路分析过程。

超低温铂电阻传感器及其变换电路的线性参数研究

本文重点对超低温(-200℃以下)的传感器测量进行分析研究,针对低温条件测量的温敏特性和变换电路进行系统性研究,根据铂电阻在低温下的特性曲线,利用电路的反馈原理,修正铂电阻的线性参数,按照直线方程给出温度—电压关系时,该线性参数的修正可以有效提高传感器/变换器精度,保证传感器测量超低温环境时,不受铂电阻自身低温非线性带来的弊端,通过试验验证可以得出,传感器在-250~100℃全温区范围内精度可以达到0.95%,保证对低温环境的精确测量。

基于STM32的DC-DC降压变换电路设计与实现

文章提出了一种小型可调DC-DC降压变换器的电路系统。该系统由主控板(MCU)、辅助电源、Buck主电路组成,主控板基于STM32F103RC最小系统板设计,辅助电源为MCU和主电路供电,Buck主电路由MOSFET管、电感及滤波电容构成。利用PWM控制,设计驱动电路控制MOSFET管的通断;利用反馈电阻实现闭环电压控制,控制算法选用PID,通过改变PWM波的占空比来改变输出电压以达到调压的目的。该降压变换器设计简单、经济适用、通用性强、模块移植性强,适用于低压工作场合,其输入电压为24 V(可适当调整),输出电压在0~20 V连续可调。文章在Buck电路理论分析和仿真实现基础之上,设计了印刷电路板并完成实物制作,物理试验结果验证了该设计的正确性和电路的有效性。

反激变换器潜电路分析与研究

反激变换器在使用中存在多种寄生参数,极大地降低了其电路性能。从潜电路角度分析了带有寄生参数的反激变换器,研究了其工作模态及工作方式,并通过仿真进行理论验证。研究表明,反激变换器电路中的寄生参数会导致其潜电路模态数量增加,通过调控寄生参数可以降低潜电路的影响,使电路工作在正常模态。

一类三电平伪图腾柱无桥PFC变换器

针对传统二极管钳位型三电平整流器在单相电源前级功率校正(power factor correction,PFC)电路应用场景下全控开关器件数量多的问题,该文基于3种传统无桥PFC电路进行三电平电路拓扑设计,提出一类三电平伪图腾柱PFC电路(single-phase three-level pseudo totem-pole PFC circuit,STPT-PFC),该类三电平PFC具有双电感支路桥臂,两者相互配合工作为输入电流提供路径,在正负半周两电感支路桥臂工作于不同模态可有效降低分别流过两电感的电流;基于该类PFC的一个代表性电路,从工作电流路径过程、关键波形和调制脉冲分配等方面对其进行工作原理分析,并对其它电路进行电路特性总结,推导桥臂对地电压电平特性与开关脉冲分配的数学关系式。另外,该类STPT-PFC共有5种结构,结合该类STPT-PFC结构特点,提出统一区间判断条件的双层载波调制技术,该类STPT-PFC具有相同开关器件不同拓扑结构可采用同一调制方案的特点,便于该类调制技术移植。最后,基于STPT-PFC-I电路设计1台额定功率1 kW、直流输出电压400 V的实验样机,从稳态及动态两方面进行实验分析,实验结果验证所提出一类三电平伪图腾柱PFC电路的可行性和三电平统一双层调制方法的有效性。

基于Buck-Boost准谐振电路的电池自适应分组均衡方案研究

针对Buck-Boost均衡电路中开关频繁通断导致均衡效率降低的问题,文中对传统的Buck-Boost电路进行改进,设计可实现开关管的零电压导通的准谐振电路,有助于减小开关损耗,提高均衡电路的效率。为减少开关管的通断次数,并缩短均衡时间,均衡策略采用全局优化视角,分段选择电压和SOC作为目标均衡变量,并提出电池单体间、单元间及模组之间的自适应分组均衡策略。以8个电池串联的电池组为例,设计静置、充电、放电和浮充均衡实验,结果表明,与传统方案相比,提出的均衡电路和均衡策略在均衡效率和速度上有显著提升,可助力电池组的整体性能提升及其延寿。

基于改进混沌麻雀搜索算法S盒与神经元电路的图像加密技术

鉴于目前的图像加密算法所采用的S盒结构过于简单,易被破解。选用由改进的脉冲耦合尖峰神经元电路得到的混沌映射(MPSNC),并使用该映射对混沌麻雀搜索算法(CSSA)进行优化。随后,结合MPSNC映射和改进后的CSSA,设计新型的混沌S盒。最后,基于MPSNC映射和新型混沌S盒构造一种图像加密算法,为增加S盒的变化,对其进行S8变换。通过迭代混沌映射生成混沌序列,使用混沌序列和S8S盒对图像进行扩散和置乱操作,得到加密后的图像。经实验验证,该加密算法参数丰富,复杂度高,并由于S盒的应用,提高了算法的非线性度,具有良好的性能,适用于图像加密。

基于反激变换器的电池充电系统设计

以具有结构简单、电气隔离等优点的反激变换器为电池充电电源,分析反激变换器电路的连续和断续模式工作原理,通过设计电压电流双闭环控制方法,实现电池的恒流充电模式和恒电压充电模式,也可实现两种充电模式的切换。实验结果证明了反激变换器的连续工作模式和断续工作模式的正确性,验证了应用于电池充电电源的可行性和有效性,切换时间小于1 ms,电压波动小于1 V。

集成有源开关电感和Y源倍压单元的高增益DC-DC变换器

针对光伏发电系统中光伏组件电压等级的提升,提出一种集成有源开关电感和Y源倍压单元的高增益DC-DC变换器。所提变换器能够实现低开关管电压应力,具有高自由度电压调节能力,在满足一定升压条件下仍能保证电路的效率,在光伏发电中具有较大的应用潜力。对变换器的工作模态、器件电压电流应力、参数设计和损耗效率进行详细阐述。最后通过实验验证所提拓扑结构的可行性。

T-П形电路等效变换公式的直接导出方法

从电路测量角度给出了T-П形电路等效变换公式的直接导出方法。通过施加T形和Π形电路相同的激励,然后选择T形和Π形电路合适的对应测量点,使得T形或者Π形电路测量方程仅包含一个参数,从而简化等效变换公式的推导过程。进一步讨论了从电路方程的角度推导T-П形电路等效变换公式的方法。分析过程表明,直接导出方法充分利用了电路本身的规律如分压、分流公式等,推导过程简单、直接。

电路等效变换的性质及其应用

针对电路的等效变换,总结出两个性质:①如果两个电路等效,在两个电路的某些端钮(或端口)连接相同的任意电路,则得到的两个新电路也是相互等效的;②对两个电路,如果在两个电路的某些端钮(或端口)连接相同的任意电路,所得到的两个新电路是相互等效的,则这两个电路等效。利用该性质分析有关等效电路的问题,可达到事半功倍的效果。通过举例说明了该方法在电路分析中的应用。

标准PRF假设下基于立体几何变换的轻量级混淆电路协议

混淆电路(Garbled Circuit,GC)是安全两方计算(Secure Two-Party Computation,S2PC)的重要基础协议.为保证安全性,GC协议需要调用加密算法对电路中的门信号进行加密混淆.当前,GC协议构造每个二元门(如与门)需调用4次加密算法,标准伪随机函数(Pseudorandom Function,PRF)假设下,每个二元门的混淆表至少包含2个密文.如何有效降低加密算法调用次数与混淆表规模,是GC协议提升性能的主要研究问题.本文在标准PRF假设下,提出了一种基于立体几何变换的轻量级混淆电路协议SGT-GC,根据每类二元门信号逻辑设计了专门的立体几何变换,并替代传统的加密算法实现混淆门的构造.其中,对于每个二元混淆与门(AND Gate),首先将其4种可能的输入组合(00,01,10,11)转换为三维空间中不共圆的4个点坐标P00、P01、P10、P11,经过逻辑值为FALSE的三个点(P00,P01,P10)构造圆,然后在经过圆心的圆平面法线上取任意点C,i并满足该点到P00、P01、P10的距离相等且不同于到逻辑值为TRUE的点P11的距离.则该随机点Ci即可作为二元与门混淆表中的交换信息,其通信成本变成1,且不再需要额外的加密算法调用.对于二元混淆异或门以及一元非门,本文也进行了专门的设计并给出了详细的协议过程与数学论证.本文所提出的SGT-GC协议中,每个混淆表中仅需1个共享交换信息,且不需调用任何额外加密算法,避免了多次调用复杂的加密算法所造成的计算成本及传输混淆表中多条密文所造成的通信成本.安全性证明表明,本文所提协议在半诚实模型下满足隐私性、不经意性和可认证性.

一种三通道三电平宽电压范围LLC谐振变换器

为解决传统LLC谐振变换器在光储系统等宽电压范围应用中存在整体效率低和开关频率范围宽等问题,提出一种三通道三电平宽电压范围LLC谐振变换器。该变换器具有双通道和三通道两种工作模式,通过组合不同模式下的增益实现宽输出电压范围。变换器能在全电压范围内实现软开关,工作于固定开关频率,具有参数与磁性元件设计简单等优点。详细分析变换器各种工作模式的原理与增益特性,并明确变换器实现ZVS的条件。最终基于GaN开关器件设计并搭建一台输入电压200 V、输出电压5~20 V、最大功率200 W的实验样机,验证所提拓扑的可行性与理论分析的正确性。

基于两级均衡电路的电池组智能均衡方法

为解决传统均衡电拓扑均衡效率较低的问题,文中提出了一种两级均衡拓扑结构。该均衡拓扑将电池组分为组内与组间两种形式,组内采用Buck-Boost均衡电路,组间采用可重构均衡电路,组内与组间可同时均衡,提高了均衡效率。以SOC(State of Charge)作为均衡变量,组内均衡算法采用基于SOC的模糊逻辑控制策略,减少均衡时间,提高均衡效率。使用MATLAB/Simulink软件对电路拓扑建模仿真,并与传统Buck-Boost电路进行对比。仿真结果表明,在充放电状态下,相较于传统Buck-Boost电路,所提算法及均衡拓扑使均衡时间减少了约28%,表明该均衡电路及算法具有良好的性能。

基于三绕组耦合电感的准Z源高增益DC-DC变换器

针对清洁能源并网发电系统中直流升压变换器的现有技术缺陷,提出一种新型的准Z源高升压DC-DC变换器。该变换器通过将准Z源网络与独特的耦合电感集成结构结合,能在较低的占空比和匝比下实现高电压增益。拓扑中的钳位回路回收了储存在耦合电感漏感中的能量,能有效缓解耦合电感漏感引起的尖峰电压。此外,变换器功率器件电压应力水平较低,便于使用低耐压器件来提高转换效率。输入电流连续以及输入输出共地的特点使得该变换器适合应用于可再生能源场景。详细介绍了所提变换器的工作原理,给出了关键性的公式推导和设计依据,并进行性能比较。最后,设计并搭建一台200 W额定功率的样机进行实验验证,实验结果与理论分析相吻合。

用于宽输入Buck变换器的高速栅驱动电路

设计了一种混合型的栅极驱动电路,用于宽范围电压输入Buck变换器的高低侧功率管驱动。将闭环的线性稳压器与短脉冲电流源结合,在有效缩短功率管栅极充电时间的同时确保了驱动电压精度。根据典型应用的仿真结果,该结构电路在整个输入电压范围内将功率管开启速度提升了至少41%,提升了电路的最大工作频率。

新型谐振式开关电容变换器及其潜电路分析

针对传统三电平开关电容变换器存在硬开关或软开关实现较苛刻的不足,提出一种恒流充电谐振放电的新型1/2降压式开关电容变换器,谐振电容的谐振电流脉冲数减半,增大了电流占空比,降低了谐振电容的阻性损耗。以电路谐振和能量变换的规律,分析了输出电压、充电脉冲平均电流和变换效率等数学表达式,并得出一种简单的减少潜电路产生的新方法。这种谐振型开关电容变换器在一定范围内可通过调频方式调压,是一种谐振电感量小且效率高的直流变换器。最后通过仿真和实验验证了电路及其分析过程的正确性。