一种新型准Z源高增益DC-DC升压变换器

针对传统准Z源阻抗网络DC-DC升压变换器存在电压增益低和元件电压应力高的问题,提出一种新型准Z源高增益DC-DC升压变换器(HSQZSC)。首先,分析HSQZSC变换器两种模态工作原理,并对其进行稳态分析和参数设计。其次,与现已提出的Z源变换器进行性能对比,表明HSQZSC变换器具有高电压增益和元件电压应力低的优势。然后,对其建立状态空间模型进行小信号分析、稳定性分析和控制器的设计。最后,搭建100 W实物样机,实验结果验证了HSQZSC变换器的可行性与有效性。

软开关高增益准YZ源DC-DC变换器

针对新能源发电系统中所需要的高升压非隔离变换器升压能力不足问题,文中基于Y源变换器和准Z源变换器的优点,提出一种软开关高增益准YZ源DC-DC变换器。所提变换器不仅提高了升压能力,还能够有效吸收漏感产生的电压尖峰。除此之外,应用同步整流技术,使得开关管和二极管工作在软开关条件,提升了转换效率。此外,所提变换器由于电源输入端连接的是单个电感,输入电流连续,电流纹波小。不仅如此,提出的变换器还具备开关管电压应力低、输入输出电压共地等优点。首先对所提变换器的工作模态和稳态进行分析;其次定量计算效率以及损耗分布;将所提变换器的性能与其他变换器进行对比,并明确设计要求;最后通过实验室制作的样机,验证所提变换器的有效性。

新型三相电压型准Z源AC-AC变换器

提出一种新型三相准Z源AC-AC变换器的电路拓扑,并对电路的基本工作原理和结构进行了研究分析,对输入电压和输出电压的关系进行了推导。这种电路拓扑使用脉冲宽度调制法进行控制,可以达到改变输出电压的效果。运用MATLAB/Simulink搭建仿真模型,对仿真结果进行分析。最后在仿真模型基础上搭建了实验电路。实验结果验证了电路拓扑的可行性和电路分析的正确性。

集成三绕组耦合电感、倍压单元的准Z源变换器

高增益、高效率的DC-DC变换器是直流微电网系统中最为关键的一环。本文提出一种基于准Z源(quasi-Z-source)的直流变换器,并结合三绕组耦合电感、倍压单元结构。该变换器不仅继承了准Z源结构、耦合电感、开关电容/电感的优势,具有高升压能力、输入电流连续、电路箝位、元器件低电压电流应力、电流纹波小等优势,而且通过对有源器件软开关的实现,减小了电路损耗,获得了较高的工作效率。该文针对所提变换器的工作原理、特性、稳态以及参数选型进行详细说明,并在实验室搭建一台200 W的实验样机验证了所提变换器的可行性。

准Z源谐振变流器的电磁功率元件集成单元设计

准Z源谐振变流器因为存在输入电压范围大、升-降压变换灵活以及高转换效率等优良特性,在光伏发电领域受到广泛关注。然而该谐振变流器包含了诸多电磁功率元件,存在体积大和功率密度低的问题。采用柔性多层带材集成技术,并对集成单元进行仿真分析,仿真结果表明,集成单元运行时的最大总磁通密度为0.33 T,小于磁芯的饱和密度0.47 T,验证了本设计的合理性。

基于准Z源模块化多电平换流器的模型预测控制

针对准Z源模块化多电平换流器在使用传统载波叠层调制时,控制结构复杂、直流链电压的波动较大、交流输出电能质量较差及动态响应速度缓慢的问题,提出一种适用于准Z源模块化多电平换流器的模型预测控制策略。根据直流链电压构建输出电压电平的控制集合,预测输出电流,无需每个子模块设置一个脉宽调制发生器;同时,分析了准Z源网络电感电流、电容电压的数学模型,设计了电感电流、电容电压与交流输出电流的代价函数,以此抑制直流链电压的波动、改善输出电压的电能质量。在MATLAB/SIMULINK仿真平台上验证了所提控制方式的有效性和可行性。

连续三态模式开关前置型准Z源高增益Boost变换器的特性

为了全面了解开关前置型准Z源Boost变换器的性能,对其在连续三态模式(continuous triple-state mode, CTSM)下的工作原理和稳态特性进行了深入分析。相比于传统的电流连续导通模式(continuous conduction mode, CCM)和连续双向导通模式(continuous bidirectional conduction mode, CBCM),CTSM下该变换器保留了功率管电压应力相等且约为输出电压一半的优点,但是具有更高的电压增益;此外,电感L2的体积大幅度减小,开关管实现了零电流开通,且所有二极管能自然关断。通过一台280 W/100 kHz实验样机验证了理论分析的正确性。实验表明,输出电压400 V条件下,在全负载范围内CTSM都具有显著的效率优势,其最大效率为97.1%。

基于准Z源网络的高增益模块化多电平谐振直流升压变换器

针对目前模块化多电平直流变换器(modular multilevel DC-DC converter,MMDC)在工程应用中轻型化、高增益等需求,该文提出一种适用于中小功率新能源接入场合和柔性直流输电系统的单向非隔离型高增益谐振MMDC拓扑及其调制与控制策略。其子模块电容和桥臂电感发生串联谐振,工作在谐振状态。所提变换器特点在于:1)由准Z源网络、上桥臂和下桥臂三部分组成,正常运行时,上、下桥臂投入子模块数恒定,以保证高压直流侧输出电压的稳定;2)结合提出的子模块交替投切调制策略,可实现子模块电容电压自均衡;3)变换器下桥臂大功率子模块可实现软开关运行,具有较小的开关损耗及电磁干扰。详细分析所提变换器的拓扑结构、工作模态、功率流动、控制和参数设计,仿真和实验结果验证所提变换器拓扑和控制算法的有效性。

一种Trans-Z源TSMC五桥臂变换器

将Trans-Z源网络和五桥臂双级矩阵变换器(TSMC)拓扑结合衍生出基于Trans-Z源五桥臂TSMC全新拓扑结构。该拓扑结构不仅具有五桥臂双输出TSMC的优点,而且在拓扑结构中加入Trans-Z源网络结构使得系统克服了传统五桥臂双输出TSMC电压传输比低的不足。系统中加入Trans-Z源网络结构与常规Z源网络结构比较,系统只需一个电容,且电容电压应力更低,而且Trans-Z源网络电压传输比不仅可以通过占空比调节,也可通过变压器匝数比调节,具有更高的电压调节范围。在此搭建了Trans-Z源双输出TSMC系统,通过实验验证该拓扑结构的正确性,实验结果验证了该调制策略的可行性。

准Z源软开关高增益DC-DC变换器

为使光伏系统能够稳定地输出逆变器母线所需高压直流电,需使用高增益DC-DC变换器来实现光伏组件电压等级提升,基于此设计一款准Z源软开关高增益DC-DC变换器应用于光伏系统中。在准Z源框架基础上使用有源开关管替换二极管并嵌入耦合电感和开关电容模块,可实现软开关、高电压增益以及高效率。介绍该变换器的工作原理,分析稳态下性能表现,并与同类型变换器进行比较,结合变换器的建模仿真及样机实验,验证理论分析的正确性。

Z源变换器

提出了一种新型的阻抗源功率变换器拓扑和它应用于DC/AC、AC/DC、AC/AC、DC/DC功率变换时的控制方法。阻抗源变换器提供了一个独特的阻抗网络(或电路),将变换器主电路和电源耦合在一起,可以得到传统的电压源和电流源变换器不能得到的独特特性,提供了一个新颖的功率变换概念,克服了传统的电压源和电流源变换器的不足。以应用于燃料电池逆变功率变换的阻抗源逆变器为例,分析了其工作原理和控制方法。仿真和实验结果证实了这些新的特点。

改进型双向Z源储能变流器拓扑结构及空间电压矢量调制策略

针对传统Z源逆变器电容电压应力高、启动冲击电流大、存在非正常工作状态、能量无法双向流动等缺点,提出了一种改进高性能双向Z源变流器拓扑。将改进型Z源逆变器中的二极管用一个带有反并联二极管的全控开关代替,通过对全控开关的控制,使Z源电感中的电流可反向流动,电感电压始终被钳位在电容电压,进而消除传统和改进型Z源逆变器在小电感或轻载下出现的非正常工作状态,保持直流链电压稳定。此外,控制电感电流的反向流动还可实现能量由交流侧向直流侧回馈。在理论分析的基础上,提出了一种改进型空间电压矢量调制策略。仿真结果表明,所提拓扑的电容电压应力和启动冲击电流比传统拓扑的更小,可在纯无功负载下运行,并可实现能量的双向流动。

基于Z源变换器的电动汽车超级电容-电池混合储能系统

Z源变换器具有单级升压、降压、无死区、电压畸变小、可靠性高等优点,在电动汽车领域具有广阔的前景。提出一种基于Z源变换器的电动汽车超级电容-电池混合储能系统。该结构将储能与驱动系统相融合,减少了电池功率变换器,降低了损耗与成本。详细分析通过Z源变换器实现混合储能系统不同模式下功率分配的运行机理。此基础上提出功率分频协调控制策略以提高混合储能系统的响应速度并实现各模式的无缝切换。最后,为了避免短时尺度冲击电流对电池的影响,设计电池瞬态峰值电流估计方法。仿真与实验结果验证了所提出的混合储能系统及控制策略的有效性。

Z源双向DC-DC变换器及其移相直通控制策略

提出一种适合于宽电压调节的新型Z源双向DC-DC变换器。该变换器主要由Z源网络、传统双向DC-DC电路和部分状态控制管组成,变压器两侧电路完全对称,电路上没有高低侧之分,电源为电压源或电流源均可,并且电路可以承受桥臂直通,可靠性高。该电路的电压调节既可以通过阻抗网络,也可以通过变压器来实现,具有较宽的电压调节范围,同时通过开关管的控制还可使阻抗网络工作在滤波状态。该文介绍和分析了变换器的拓扑结构与工作原理,给出了一种移相直通控制策略,通过移相角和直通角的调节可以实现电压调节范围由0变化到无穷大。通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。

单相四开关Z源AC-AC变换器

提出了一种单相四开关Z源AC-AC变换器,它包括电压型与电流型两类。与传统脉宽调制AC-AC变换器相比,它具有如下特点:输出电压范围宽且可升可降,输出电压与输入电压可同相或反相,冲击和谐波电流小,可靠性高。针对AC-AC变换器中固有的开关管换流问题,提出了一种适用于单相四开关Z源AC-AC变换器的换流方案,无需外加缓冲吸收电路即可实现开关管的安全换流。以电压型单相四开关Z源AC-AC变换器为例,对其进行了理论分析、仿真和原理试验研究。实验结果证实了Z源变换器的特性及换流方案的可行性。

一种准Z源升压型DC-DC变换器

针对传统升压变换器存在升压能力有限、电容电压应力大等问题,提出了一种采用2个准Z源网络级联的升压型DC-DC变换器,分析了该变换器的工作原理,推导了该变换器升压比、电容电压应力的表达式。与传统Z源升压变换器相比,该变换器可在占空比小的情况下实现更大的升压比,且在升压比相同的情况下具有更小的电容电压应力。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。

输出本安型准Z源Buck变换器CCM模式小信号建模与控制

针对一种新型的输出本安型准Z源Buck变换器拓扑,推导了其四阶动态模型,分析了由准Z源网络参数造成的非主导极点变化对整个高阶系统性能的影响。证明了当准Z源网络参数L1、C1远小于常规变换器滤波网络参数LC时,准Z源Buck变换器具有与常规Buck变换器近似相同的开环频率特性,因此可以按常规Buck变换器控制器设计方法完成准Z源Buck变换器控制器设计。论文最后通过实验验证了理论分析的正确性。

具有Trans-Z源的单相交流变换器设计

针对传统单相电压源AC-DC-AC变换器存在电压传输比低、死区控制复杂的不足,提出了一种具有Transformer-based Z-source(Trans-Z源)的新型单相交流变换器。通过研究该变换器的拓扑结构和工作原理,分析了其稳态升压特性,并推导了变换器的升压公式;建立了变换器的小信号模型,分析了电路参数对系统性能的影响,进一步研究了耦合电感匝数比与逆变桥直通占空比对输出电压的影响。通过系统仿真和搭建200 V/50 Hz样机模型来验证变换器的性能。仿真与实验结果表明了所提变换器的可行性。

具有高电压传输比且能抵御非正常输入的Z-源双级矩阵变换器

针对传统矩阵变换器存在电压传输比低和输出性能易受非正常输入影响的两个固有缺陷,提出一种Z-源双级矩阵变换器(Z-source two-stage matrix converter,ZSTSMC)及其调制方法。利用Z-源网络的升压特性以提高电压传输比,通过Z-源网络电容电压闭环对直通因子进行自适应地调节,从而有效抑制非正常输入对输出性能的影响。闭环控制中采用一种非线性PID算法,削弱了Z-源网络表现出的非最小相位特性带来的不良影响,提高了系统动态性能和抗扰能力。仿真和实验验证了该拓扑的可行性和正确性。

准Z源升压变换器的软开关技术仿真研究

在具有相同输入电压、开关管占空比相等的条件下,准Z源升压变换器拓扑可以提供比传统升压变换器拓扑更高的输出电压,具有效率高、实用输出电压范围广的优点。在准Z源升压变换器的基础上设计了一种软开关电路,用辅助开关管代替原拓扑中的二极管,实现了主开关管的零电压开通。在MATLAB/Simulink环境下对该软开关电路进行了仿真。仿真结果表明,改进后的准Z源升压变换器能降低主开关管的开关应力与续流二极管的通态损耗,增强了系统的稳定性,可以提高开关器件的使用寿命。