Indirect Output Voltage Control in Negative Output Elementary Super Lift Luo Converter Using PIC plus FLC in Discontinuous Conduction Mode

In this paper, the design of a proportional integral controller (PIC) plus fuzzy logic controller (FLC) for the negative output elementary super lift Luo converter (NOESLLC) operated in discontinuous conduction mode (DCM) is presented. In spite of the many benefits viz. the high voltage transfer gain, the high efficiency, and the reduced inductor current and the capacitor voltage ripples, it natured with non-minimum phase. This characteristic makes the control of NOESLLC cumbersome. Any attempt of direct controlling the output voltage may erupt to instability. To overcome this problem, indirect regulation of the output voltage based on the two-loop controller is devised. The savvy in the inductor current control improves the dynamic response of the output voltage. The FLC is designed for the outer (voltage) loop while the inner (current) loop is controlled by the PIC. For the developed ?19.6 V NOESLLC, the dynamic performances for different perturbations (line, load and component variations) are obtained for PIC plus FLC and compared with PIC plus PIC. The study of two cases is performed at various operating regions by developing the MATLAB/Simulink model.

一种高频非理想DCM反激变换器建模与设计

针对反激变换器因高频特性描述不准确而误导补偿参数设计的问题,根据平均开关模型法,建立工作于断续导通模式(DCM)下非理想反激变换器小信号模型,并推导包含高频零极点的控制环路传递函数;分析控制环路幅频特性与相频特性,并搭建基于电流模式控制芯片KP2201的反激变换器SIMPLIS仿真模型,与实验样机进行测试验证。仿真与实验结果均表明,基于所提模型预测的控制环路能够有效描述系统工作特性,在频率响应及动态响应上均具有良好的一致性,为工程应用中设计稳定系统提供参考。

DCM Cuk PFC变换器性能研究与验证

基于不连续模式Cuk变换器,研究了Cuk功率因数校正变换器在不连续电容电压模式和不连续电感电流模式下的工作特性。对Cuk功率因数校正变换器进行模态分析,得到稳态工作波形图,再根据稳态波形图推导出Cuk功率因数校正变换器各变量之间的关系表达式,进一步对不连续电容电压模式和不连续电感电流模式的性能进行比较,结果表明:不连续电容电压模式下,开关电压应力大,电流应力小,输入输出电流连续,且电流纹波小;不连续电感电流模式下,开关电压应力小,电流应力大,输出电压纹波小,更适用于轻载场合。最后使用数值仿真软件和搭建实验样机验证了以上理论分析的正确性。

DCM模式BUCK变换器的建模与混沌控制

为进一步探索开关变换器的非线性特性和混沌控制方法,对电流断续导通工况下的BUCK变换器进行了研究。通过MATLAB建模仿真,分别研究了电流断续导通模式BUCK变换器工作状态与输入电压Vi、电容C和电感L3种电路参数的影响关系。在选定条件下改变3种电路参数,均观察到了系统从单周期稳定态到倍周期分岔,再到混沌的演化过程。仿真结果表明3种电路参数对系统状态的影响方式互不相同,且相较于电流连续导通模式,断续导通模式具有更复杂的变化规律。在此基础上采用一种混沌控制策略,实现了对断续导通模式BUCK变换器的混沌控制。该控制策略快速有效,仅需0.6μs就可以将系统从混沌态控制到稳定态。此外,该控制策略不需要设定预期的目标轨道,不依赖变换器自身电路参数,仅需调整一个外部可调参数,在验证仿真模型正确的同时也提供了一种有效的混沌控制方法。

电流模式DCM反激变换电路的建模和设计

对电流模式控制的反激变换电路进行了研究,建立了工作在电流断续模式下的反激电路小信号模型,给出了基于PWM控制芯片LD7670的单端反激电路的设计实例和电路分析。采用Math CAD对反激变换器控制环路的幅频特性和相频特性进行了分析,对控制环路进行了补偿网络设计,以提高系统的稳定性和瞬态响应。仿真和实验结果证明了模型的有效性,所设计的反激变换电路具有输入电压变化范围宽、动态响应快、电压调整率和负载调整率高的特点。

高效率无桥DCM Pseudo-Boost PFC变换器研究

针对传统桥式Boost功率因数校正(PFC)变换器存在二极管整流桥导通损耗大、效率低的问题,研究了一种高效率无桥Pseudo-Boost PFC变换器,详细分析了其工作于电感电流断续模式(DCM)时的工作过程及其稳态工作特性。分析结果表明,工作于DCM的无桥Pseudo-Boost PFC变换器不仅具有与传统桥式DCM Boost PFC变换器相似的升压特性,而且具有较高的效率。最后,通过实验验证了理论分析的正确性。

电压型非理想Buck变换器的DCM模式建模与仿真

文章对DCM模式下的非理想Buck变换器进行全阶建模,提高了模型的精度,在此基础上,针对Buck变换器开环系统动态响应慢、相位裕度差等缺点,设计相应的PID控制网络。通过比较补偿前、后控制-输出传递函数的频域仿真,证明所设计的控制器能够改善Buck开环变换器的性能;通过在Simulink中对电路模型和实际电路的仿真比较,验证了文中建模方法的可行性,从而为DC-DC变换器及系统控制电路的设计提供了理论依据。

DCM模式下双向DC/DC变换器的性能分析

针对目前交错并联磁集成双向DC/DC变换器工作在DCM模态下的分析不全面这一研究现状,以三相电感进行耦合的三相交错并联磁集成Buck/Boost双向DC/DC变换器为实例,在轻载时关断MOS管,利用MOS管的体二极管具有单向导电的特性,避免电感电流出现负值,从而降低变换器的能量损耗,提高变换器的效率。首先,深入分析了运行在Buck状态下的双向DC/DC变换器的DCM模态的稳态性能;其次,分析了变换器的工作状态转换条件,求出各模态转换的临界负载电流,并且通过引入的变比与其他参数之间的关系来具体分析变换器在各种工作情况(CCM/DCM)下的每一相相电流的变化规律;最后,通过仿真和试验的实际数据来验证理论分析的正确性。

一种DCM峰值电流控制模式AC/DC反激转换器环路的设计

对峰值电流控制模式的AC/DC反激转换器环路进行了研究。通过对DCM模式下电压环路的控制与输出调制函数、反馈和补偿函数的推导,建立了系统的传递函数,并对环路系统的增益和相位裕度进行了定量计算和定性分析;通过设计合理的补偿电路,使环路在全输出负载范围内均具有良好的稳定性。采用Matlab和Hspice软件对环路进行仿真,仿真结果表明,DCM工作模式下,AC/DC反激变换器的环路增益和相位裕度均能满足环路稳定性的要求。

交错并联Boost变换器DCM分析及电感设计

通过对交错并联Boost变换器(IBC)的不连续导电模式(DCM)及其电感电流和输入电流纹波进行理论分析。推导出了输入电流纹波与上升和下降斜率、占空比、电感电流连续时间和变换器周期时间的比值关系表达式。提出在特定电压增益条件下,优化电感能够使输入电流纹波减小到零。通过Matlab仿真和实验验证了理论分析的正确性。

脉冲序列控制DCM Boost变换器的控制脉冲组合和输出电压纹波研究

深入研究了工作于电感电流断续导电模式(discontinuous conduction mode,DCM)的脉冲序列控制Boost变换器,在分析每个开关周期内高、低功率脉冲控制下输出电压变化量的基础上,研究了不同负载下脉冲序列控制DCM Boost变换器在一个功率脉冲循环周期内高、低功率控制脉冲组合方式和输出电压纹波,为脉冲序列控制方案的设计提供了必要的依据。基于PSIM电路仿真,得到了不同负载时的时域波形,仿真结果验证了控制脉冲组合方式、纹波分析结果的正确性及控制方案的可行性。本文的分析方法和研究结论对脉冲序列控制开关变换器的设计和运行具有重要的指导意义。

Buck变换器DCM模式下的动态建模分析

为了解决断续电流模式下的Buck直流变换器建模困难的问题,针对这个离散的、时变的、非线性系统,提出引入虚拟开关数将一个开关周期中的三种电路拓扑统一到一组状态空间方程中。在应用动态相量法时,为保证模型的合理性,动态相量模型中保留傅里叶级数中的直流量、基频分量和二次分量,讨论虚拟开关占空比的取值,建立其非线性、大信号、时不变模型。仿真结果表明,动态相量模型接近于时域模型,验证了动态相量模型的合理性。

新型无桥DCM Pseudo-Boost PFC变换器研究

本文研究了一种无桥Pseudo-Boost功率因数校正(Power Factor Correction,PFC)变换器,解决了传统Boost PFC变换器存在二极管整流桥导通损耗大、效率较低的问题。详细分析了电路拓扑工作于电感电流断续模式(Discontinuous Current Mode,DCM)的工作原理和稳态特性,变换器具有传统Boost PFC相似的升压特性。分析了变换器的输入电流和功率因数值,基于其输入、输出电流特性,建立了系统的小信号模型,并设计了简单可行的控制电路。最后仿真分析表明,变换器输出电压稳定,输入电流能很好地跟踪输入电压,功率因数大于0.99,达到了功率因数校正的目的。

移相全桥PWM变换器的DCM研究

当输出滤波电感的电流在一个周期内不连续时,移相全桥PWM变换器就工作在电流断续模式(DCM)。在该模式下,输出滤波电感两端电压会出现振荡。这种现象不仅会导致次级占空比增加,还会给输出纹波带来不利的影响,在某些应用场合是不允许的。在详细分析该模式下变换器的工作过程和软开关特性的基础上,通过考虑电路各处的分布参数特别是输出滤波电感的寄生参数,很好地解释了振荡现象。利用PSpice仿真研究,总结出电路中各参数,特别是电感寄生参数对谐振过程的影响规律。提出了一种抑制该振荡的方法,最后通过仿真和实验验证了该方法对抑制DCM下电感电压振荡的有效性。

用于Buck变换器的精确电流控制技术

Buck变换器广泛运用在电压调节模块、负载点电源、LED电源模块等电力电子设备中,用来实现电压的转化,其工作模式可分为连续导通模式(CCM)、断续导通模式(DCM)和临界导通模式(CRM)。传统的变换器构建了闭环控制回路对自身进行反馈控制,使Buck变换器具有良好的输出能力。为了更精确地调节变换器的输出,此处提出了一种DCM下的Buck变换器精确电流控制技术,利用DCM下每个周期电感电流下降至零的特点,构建了电感电流精确控制算法。该控制算法针对非同步Buck变换器,通过控制功率管开通的时间,实现精确的电流控制技术,进而取得更为良好的静动态性能。基于理论研究方法,以宽禁带功率器件为基础,设计了一台功率为500 W的原型机,用于验证所提算法的可行性。

基于临界模态的DCM-LCC谐振变换器的归一化分析与设计

为了研究电感电流断续模态(DCM)下LCC串并联谐振变换器的增益特性,通过谐振回路增益和串并联谐振电容比两个参数,建立了不同工作模态下LCC谐振回路的归一化模型。通过引入能量守恒原理及临界电流模态(CRM),推导了一种基于临界模态的归一化谐振元件参数设计模型。该模型准确简单,简化了谐振参数的设计。根据推导结果得到不同工作模态下的LCC谐振回路的频率-增益特性曲线,便于对谐振回路的输出特性进行预判。最后以一台额定输出6 kW/6 kV的高压电源样机为例,详细给出了参数设计过程并进行实验验证,实验结果验证了所建立的谐振元件的归一化设计模型的准确性。谐振回路的增益特性曲线的计算、仿真及实验结果对应良好,证明了所述的谐振回路的频率-增益特性曲线的有效性。

DCM-CRM Boost-Flyback单级PFC变换器

为了实现功率因数校正(PFC)功能,单级Boost-Flyback变换器的前级Boost变换器通常工作在断续导电模式(DCM),为了实现高效率,通过控制使后级Flyback变换器工作在临界连续导电模式(CRM)。详细分析了变换器的工作原理和功率因数、中间储能电容电压、开关频率等相关工作特性,并搭建了60 W的实验样机,验证了此变换器能够仅使用1个开关管和1个峰值电流模控制器,同时实现PFC功能和恒定输出电压,且相比DCM-DCM,DCM-CRM Boost-Flyback单级PFC变换器在保持相同功率因数的前提下,提高了变换器的效率。

全输入电压范围高功率因数脉冲序列控制DCM Boost PFC变换器

定占空比控制DCM Boost PFC变换器的开关管导通占空比固定,存在输入电流畸变,导致输入功率因数较低。为实现DCM Boost PFC变换器的单位功率因数,需要根据输入电压与输出电压调整占空比,由于运算复杂,低成本的数字控制难以实现。提出了一种DCM Boost PFC变换器的脉冲序列(pulse train,PT)控制方法,以离散化的方式拟合变占空比函数,运算量小,适用于采用低成本的数字控制芯片。实验结果表明,PT控制DCM Boost PFC变换器具有比定占空比控制DCM Boost PFC变换器更高的PF和更低的输出电压纹波。

DCMLCC谐振变换器优化控制的数字化实现

基于断续模式串并联(Discontinuous Current Mode LCC,简称DCM LCC)谐振变换器的数学模型,提出了LCC谐振变换器在DCM下的优化控制方法的数字化控制程序实现,使原来断续的谐振电流达到了临界断续的工作模态。根据LCC谐振变换器数学模型中关于临界断续频率的公式,利用现代高速数字化控制芯片,实时采样电路的运行状态,在此基础上以临界断续频率为上限,调整电路工作频率,实现了优化控制方式下的调频调压。在搭建的实验样机上完成了优化控制方式的实验,其结果验证了控制方法的可行性。

DCM Boost PFC数字化的研究

传统断续导通模式的Boost PFC采用单电压环控制算法实现,但存在输入电流畸变大、功率因数不高的问题,从理论的角度深入分析了单电压环控制法不足的原因,根据Boost PFC电路在断续导通模式下的输入输出电压比,利用功率守恒原则,提出了适用于断续导通模式的DCM预测电流法,与单电压环控制法相比电流畸变、功率因数均得到改善。实验结果验证了理论分析的正确性。