MOSFET输出电容对CLLLC谐振变换器模型的优化

在CLLLC谐振变换器基波等效建模方法中,未虑及变压器二次电流为零及死区时间内MOSFET输出电容对输出侧H桥桥臂中点电压的影响,当开关频率低于谐振频率(欠谐振)时,变换器输出侧H桥桥臂中点电压模型的准确性有待进一步提高。该文通过解析变换器欠谐振区域模型准确度较低的成因,得到变压器二次电流为零及死区时间内MOSFET输出电容电压方程,对基波等效建模方法进行了更为深入的研究,提出了状态变量(输出侧H桥桥臂中点电压、变压器二次电流)与变换器增益的优化计算方法。该方法计算式中包含开关频率、谐振频率、输出电压和MOSFET输出电容的信息,减小了状态变量稳态值求解误差,使等效输出负载与谐振腔参数更加准确,解决了欠谐振时变换器输出侧H桥桥臂中点电压模型精度相对较低的问题。最后,搭建CLLLC谐振变换器电路仿真模型与实验系统对所提方法进行验证,结果验证了该文理论分析的正确性。

六相全桥逆变器驱动PMSM的简化模型预测电流控制

全桥逆变器电机驱动或称开绕组结构虽然兼具相间电气隔离、容错性能好及器件开关频率低等优点,但存在逆变器输出电压矢量多、冗余严重且控制约束等问题。文中以共直流母线供电的六相全桥逆变器驱动六相永磁同步电机为研究对象,提出了一种基于二级矢量优化的简化模型预测电流控制算法,在实现电机定子基波电流有效跟踪控制的同时有效抑制了定子电流的谐波及零序分量。文中基于矢量空间解耦理论对六相全桥逆变器的输出电压矢量进行了分层分析,以定子基波电流控制、谐波及零序电流抑制为准则对逆变器输出的729个电压矢量进行二级优化,得到候选的12个电压矢量,以此为基础设计了模型预测电流控制算法。实验结果表明,该简化模型预测电流控制方法具有良好的动静态性能,能在基波电流控制的同时有效抑制谐波及零序电流分量,可为多相电机驱动系统研究提供一定的理论支撑。

CLLLC谐振电路模型改进方法研究

CLLLC谐振变换器能实现功率双向流动以及全局软开关而广泛应用于电动汽车充电和直流微电网中。文中对CLLLC电路的小信号建模方法和静态建模方法分别进行改进。谐振型变换器,由于其状态变量含高频的开关分量且开关周期平均值为0,因此,无法满足传统状态空间平均法中小纹波假设的条件。对传统扩展描述函数法进行改进,通过正弦和余弦分量的叠加来表示对应的状态变量,并对各状态变量取各模态的加权平均值,建立CLLLC电路的小信号模型。在开关频率小于谐振频率段内,为简化建模中对状态量稳态值的求解计算过程且同时保持高精度,提出一种状态变量优化计算方法,即在等效输出负载中包含开关频率和谐振频率信息,在此基础上对输出电压波形进行简化近似,得到更准确的输出等效负载。该方法可得到与基波近似(fundamental harmonic approximation,FHA)法相同的简化结构,解决了其工作在欠谐振时状态量求解精度低的问题。此外,该模型还可用于电路参数设计,以提高谐振腔参数设计的精度。最后,通过仿真和实验对所提模型进行对比和验证。

一种改进型基波等效分析方法

提出了一种改进型的基波等效分析方法,针对传统的基波等效分析法在精度上存在的不足进行修正和改善。建立合理的假设与等效,并基于LLC谐振变换器采用新型分析方法构建电压增益和电压、电流应力的数学模型。并对改进型基波等效分析法的修正策略进行了详细的分析叙述。最终通过实验结果以及和其他分析方法的对比,证明了所提出的分析方法的正确性,并且展示了其在计算电压增益和电压、电流应力等方面的精度和准确性上的优势,将传统FHA计算的误差最高降低了30%。

H桥逆变器输入电压纹波分析及最小输入电容设计

以H桥逆变器的输入电容为研究对象,采用基波等效分析法推导了通过输入电容的电流,给出了输入电压纹波的解析式及最小输入电容的设计算式。最后,完成了1台34.5 kV·A的H桥逆变器样机的设计,设计电压纹波系数为5%,输入电容采用3个15 000μF/400 V的铝电解电容并联实现。样机满载稳定运行,实测纹波电压系数为4.32%,电容表面的平均温升为10.8℃。实验结果验证了所提出的设计方法的有效性。

全桥LLC谐振变换器的轻载时域模型

在此以全桥LLC谐振变换器作为研究对象,根据变换器的实际电压、电流波形,在对其工作模式进行深入分析的基础上,根据各个模式的状态方程及模式间的边界条件,通过时域分析建立了其在轻载情况下的时域模型。基于该模型,推导得到了对LLC谐振变换器设计有重要意义的增益曲线和效率曲线。分析LLC电路在轻载情况下整个工作频段的增益,并与基波近似法(FHA)进行了比较。最后,在20kW电动汽车充电模块电路上对所述时域模型和增益分析进行了实验验证。

基于电感比分析的CLLC谐振变换器效率优化

变压器励磁电感与原边谐振电感之比对CLLC谐振变换器有重要影响,增大电感比可以减小谐振电流,提高效率,但电感比的提升也受其他条件的限制。为了尽可能增大电感比,得到具有最高效率的CLLC变换器,该文首先通过基波分析法(first harmonic approximation,FHA)得到其直流增益表达式,在此基础上,详细分析限制电感比增大的2个主要因素:一是过大的电感比会使增益曲线在工作频率范围内呈现不单调的特性,导致变换器无法实现稳定控制,并失去零电压开关特性;二是电感比增大会使变换器最大增益减小,导致变换器无法满足电压增益要求。通过理论分析与数学推导,得到2个因素限制下的最大电感比,从而最大程度地提升变换器效率。最后,通过仿真和实验验证所提方法的有效性。

基于布谷鸟算法的电子变压器输出端谐振参数优化

常用来降低电子变压器主开关损耗的方法。目前是基于LLC谐振网络的软开关技术。其中谐振参数的选取是否合适直接影响到电子变压器输出性能的好坏。为此,该文引入布谷鸟搜索算法对谐振参数进行智能优化设计。该搜索算法能够对存在不可导点的目标函数进行优化,并且其特有的巢寄生行为和莱维飞行特性能够使得谐振参数避免陷入局部最优。其优化过程首先利用基波分析法对变换器的参数进行建模,然后分析和研究谐振电感、励磁电感与谐振网络直流增益、输入阻抗角以及原、副边电流、励磁电流的直接关系,从而得到参数优化的约束条件。在此基础上,利用布谷鸟搜索算法优化得到使电路损耗最小的谐振网络参数。最后,以半桥LLC谐振变换电路为例,通过实验验证了在宽输入电压下,全负载范围内,该优化设计方法比"FHA+仿真"法的效率提高了1%~2%,样机最高效率达97%,证明了论文所提优化方法的有效性。

双向全桥LLC谐振变换器的数字控制设计与仿真

介绍了双向全桥LLC谐振变换器拓扑与其工作原理,利用基波近似法(Fundamental Harmonic Approximation,FHA)分析了LLC变换器拓扑谐振网络的等效电路模型,并得出全桥LLC谐振变换器的直流电压增益特性。提出了双向全桥LLC谐振变换器的电压环和电流环双环控制技术,LLC谐振网络电流经整流滤波采样后为内环电流环的反馈信号,以便于数字信号处理(Digital Signal Processor,DSP)控制。通过PSIM软件的仿真,仿真结果验证了其可行性和正确性。

LLC谐振变换器时域模型分析与参数优化

基波近似法忽略了高次谐波传递的能量,导致LLC谐振变换器工作频率fs远离谐振频率fr时模型误差增加。为了提高变换器的模型精度,本文提出了基于时域方程的分析方法。首先,根据变换器的工作波形,在时域内建立了变换器的归一化时域方程模型,绘制了时域模型的增益曲线,给出了谐振参数优化和硬件电路的设计方法,并利用PSIM软件建模对谐振参数进行仿真验证。最后,搭建了输入400 V,输出24 V/100 W的硬件实验平台,并对电源进行测试。结果表明,开关管均满足软开关条件,电源效率达到93.6%。实验证明了时域模型分析法的正确性和合理性。