RELIABLE HYSTERESIS CURRENT CONTROLLED DUAL BUCK HALF BRIDGE INVERTER

A highly efficient and re liable topology-dual buck half bridge inverter (DBI) is introduced. The existenc e of discontinuous conduction mode (DCM) operation state requires the bias of in du ctor current for DBI implemented with linear controllers like ramp comparison SP WM (RCSPWM) controllers. A novel operation scheme for DBI and a hysteresis curre nt controlled dual buck half bridge inverter (HCDBI) are proposed. The bias curr ent required by RCSPWM DBI is eliminated and conduction losses are dramatically reduced. HCDBI has greatly improved the modulation performance in DCM region for the benefit of its excellent command tracking capability. The operational schem e and control strategy are presented. Power losses of the conventional half brid ge inverter (CHBI) and HCDBI are compared with mathematical computation, and exp erimental verification is also executed. Both calculational and experimental res ults verify that HCDBI has a superior switching performance over CHBI. Its exce llent high frequency operational capacity provides another access to realize high fre quency operation of inverters.

基于双向半桥LLC谐振变换器的退役电池组均衡方法

退役电池在储能应用过程中,由于其较大的不一致性问题会导致退役电池组出现过充或过放现象,从而限制电池组整体的容量甚至引起热失控,造成安全隐患。针对以上问题,设计一种基于双向半桥LLC谐振变换器的有源均衡电路。该均衡电路通过开关阵列与隔离型双向半桥LLC谐振变换器的相互配合,能够实现单体电池与电池组整体之间的能量传递,使退役电池组中各单体电池达到能量平衡。另外,为进一步提高均衡器的均衡速度及精度,提出一种联合电压与荷电状态(SOC)共同作为均衡变量的多状态均衡控制策略。依据电池组当前不同的能量状态,在电池组静置、充电及放电3种不同状态下,分别采用不同的均衡变量以及对应的均衡策略,从而实现电池组的快速均衡。最后,通过搭建小型的均衡实验样机对6节串联电池进行均衡实验,实验结果表明,所提均衡方法具有较快的均衡速度及较好的均衡效果。

两桥臂交叉解耦不平衡控制策略研究

由于非不平衡控制策略中没有考虑线电压和相电流的相角差,造成三相电网的有功、无功电流无法完全补偿。为了解决这一问题,根据电压电流相角差,推导出单相补偿器中无功参考补偿电流与负载电流的关系,提出一种两桥臂交叉解耦不平衡控制策略,利用多变量滤波器和交叉解耦双复系数滤波器优化锁相环,精确锁定三相不平衡电网的电压频率和相位,对2个单相背靠背变换器的无功电流分别控制,进而利用两桥臂变换器补偿三相不平衡无功。实验结果验证了所提两桥臂交叉解耦不平衡控制策略,可抑制三相有功不平衡及补偿三相不平衡无功,将三相电流的不平衡度从150.0%降低至2.6%,三相电网功率因数从0.257提升至0.997,减少了三相无功补偿器的开关管个数。

基于PWM+移相的双有源半桥DC-DC变换器分析及其控制

该文针对双有源半桥(DAHB)DC-DC变换器宽电压范围运行下电容电压计算不准确、单移相控制粗放等不足,提出一种基于PWM+移相的三自由度优化控制(TFC)策略。首先,基于DAHB的数学模型,推导桥臂串联电容稳态电压表达式。在此基础上,从最小化回流功率角度得到三自由度控制的最优开关模式,推导了电流、功率等关键电气量的解析表达式,并获得以电流应力最小化为目标的包含等式和不等式约束的局部最优解方程组。其次,针对最优方程组难以解析求解的问题,采用模型简化+线性近似的方法求取其局部最优解,得到DAHB全工况PWM+移相的三自由度优化控制策略。然后,分析所提出的三自由度优化控制下DAHB变换器的软开关特性。最后,通过仿真及实验验证了桥臂串联电容稳态电压表达式的正确性和三自由度优化控制策略的有效性。

基于双向半桥CLLLC谐振变换器的锂电池均衡电路

锂电池因其能量密度高、自放电率低等优点被广泛应用于新能源领域。由于每个电池单体容量不尽相同,在使用时往往伴随着电池过充、过放等问题,电池使用寿命将受到极大影响,严重时甚至会出现自燃、爆炸等安全问题。该文提出基于双向半桥CLLLC谐振变换器的锂电池均衡电路,通过其在不同工作状态下的四种工作路径,可实现任意电池单体间的容量均衡。搭建一套6个电池单体的均衡电路,根据实验结果验证了所提基于双向半桥CLLLC谐振变换器的锂电池均衡电路具有均衡路径灵活、均衡速度快、均衡效率高和绕组数量减半等优点。

低容值级联对称半桥型静止同步补偿器

级联H桥型的静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)具有模块化程度高、可靠性高、输出谐波特性好等优点,受限于直流电容电压波动要求,子模块需要采用大容值电容,阻碍了变流器的高功率密度化。为降低STATCOM的成本及体积,该文提出一种低容值的级联对称半桥型STATCOM,可较大程度减小子模块电容值及开关数量。通过分析低电容值条件下直流侧电容电压波动规律,揭示了直流侧电容值、电容电压波动大小与输出无功电流的关系,提出直流侧电容选取方法。为最大化利用直流电压,研究直流侧电压参考取值原则,实现对电压波动的峰、谷值控制,提出直流总电压控制及子模块电容电压均衡控制策略。分析了容性与感性无功模式下STATCOM的运行范围,揭示运行范围与电容电压波动上限的关系。最后,通过仿真与实验验证了电容值降低方法与控制策略的正确性及有效性。

级联半桥拓扑直流直挂储能装置的设计

随着海上风电、光伏等新能源的大规模建设,产生了直流输电、交直流互联和储能的应用需求。目前储能技术的研究和应用主要集中于交流储能领域。模块化多电平电池储能系统(modular multilevel converter based battery energy storage system,MMC-BESS)虽然在交直流互联的同时,实现了储能的功能,但电池中流过的工频、二倍频等脉动电流成分对电池寿命有潜在影响,且传统的模块化多电平(modular multilevel converter,MMC)换流站的改造成本高。本工作提出的直流直挂储能装置将换流和储能分离,电池电流仅为直流和高频脉动成分,工况对电池友好,且直流直挂储能系统需要电池单体数量仅为MMC-BESS的1/6,成本低。对直流直挂储能装置的拓扑结构及工作原理进行分析;对级联子模块的数量和参数进行设计;基于载波移相调制,推导直流纹波电流,进而对并网电感参数进行设计;建立直流直挂储能装置的数学模型,推导控制模型,根据控制框图进行功率控制。最后,通过仿真和样机实验,验证该半桥拓扑级联型直流直挂储能装置设计的可行性及正确性。实验证明,该设计和控制方法效果良好,对高压大容量直流直挂储能装置的设计有一定参考价值。

高速公路服务区微电网无源控制策略

为减少高速公路服务区微电网在孤岛大负荷投切、运行模式切换等恶劣运行条件下母线电压和系统频率的波动,针对基于交流侧三相桥式变流器和直流侧半H桥变换器的储能装置变流器,设计基于非线性无源控制理论的控制策略。在交直流侧分别建立系统的端口受控哈密尔顿模型,并通过设定平衡点、求解能量匹配方程和阻尼注入,设计2个无源控制器分别追踪功率和控制电压,仿真结果验证了控制策略的有效性。相比传统控制策略,采用无源控制策略,一方面可减少系统控制参数,降低控制设计的复杂度;另一方面可降低交流侧功率和直流侧电压响应的超调量,减小动态调整时间,从而提升恶劣运行条件下微电网的稳定性。

LED驱动器的反馈控制闭环电路分析

本文介绍以电流反馈的半桥开关控制驱动LED的实用电路。以半桥驱动作为主电路并用变压器作为隔离电路,同时以电阻作为负载LED的电流检测传感器以及放大器、光耦隔离作为负反馈回路。推导出每个子电路的传递函数,把所有子电路的传递函数集合成幅频特性和相频特性的表达式,利用MathCAD画出幅频特性和相频特性的波特图。通过调整电路元器件的参数,最终满足波特图稳定裕度判定方法来确定负反馈环路系统的稳定性。

一种变环宽准恒频电流滞环控制方法

提出了一种变滞环宽度准恒定频率的滞环电流控制方法。该控制方法保留了滞环电流控制响应速度快、具有内在限流能力和稳定性好等一系列优点,同时克服了其开关频率不固定的缺点。给出了原理分析,并在双buck半桥逆变器上实现,试验验证了分析的正确性。

半桥变流器的软开关控制策略研究

在中小功率场合,半桥拓扑因为其简单性而受到广泛应用。软开关技术可以降低开关损耗,提高效率和功率密度。该文总结和归纳了软开关半桥电路的4种控制策略,提出了其中的一种新型的控制策略。对4种控制策略进行了综合比较,为具体应用场合选择提供了依据。研制了一台48V输入、1V/30A输出、开关频率为230kHz的DC/DC变流器样机用来验证提出的新型软开关半桥控制策略,其满载效率在80%以上。实验结果表明,提出的新型软开关控制策略具有较高的工程应用价值。

滞环电流控制型双BUCK逆变器

研究了一种新颖的双BUCK逆变电路(DBI)。该逆变电路克服了传统逆变器的直通问题,功率开关管和功率二极管可以分别得到最优设计。采用滞环电流控制的双BUCK逆变电路(HCDBI),消除了采用斜坡交截SPWM控制的DBI正常工作所必需的偏置电流,进一步提高了效率;且具有优良的动态性能。试验证明HCDBI可实现较高的效率和开关频率,稳态和瞬态性能比传统逆变电路都有很大的提高,具有广泛的应用前景。

双降压全桥并网逆变器

提出一种双降压全桥并网逆变器。该逆变器采用滞环电流控制和单极性调制方式。与双极性调制相比,减小了输出滤波器的体积和重量。独立续流二极管代替开关管的体二极管续流,减小了二极管的反向恢复损耗。一半功率管只在半个工频周期内高频开关,其它功率管为工频且零电流开关,因此,减小了开关损耗。阐述该逆变器的工作原理。仿真和实验结果验证了理论分析,并符合IEEE929-2000标准要求。

一种新型半桥逆变器电容均压控制策略

传统半桥逆变电路中直流分压电容存在电压偏差,会引起输出电压和电流波形畸变,电路性能恶化,甚至导致系统失控。本文在不改变电路结构的基础上,提出了基于调制波反馈控制的电容均压控制策略,仿真和实验结果验证了该控制方法的正确性,将该控制策略运用到EPS(EmergencyPowerSupply)系统中,有效地消除了直流分压电容电压偏差。

单相半桥三电平并网逆变器中点电压不平衡机理及其均压控制策略

针对半桥逆变器的中点电位不平衡问题,以电流控制型三电平半桥并网逆变器的闭环模型为研究对象,给出半桥逆变器中点电位不平衡机理,根据已有文献分析的电感电流初始角度不可控和PI控制器对于交流量存在调节静差相结合,理论推导得到调制波存在直流分量,最终导致输入电容中点电位不平衡。分别从控制电感电流初始角度和选择合适电流调节器的角度出发,提出两种半桥逆变器输入电容中点电位平衡的控制方法:①采用PI调节器,近似控制电感电流初始角度θL0=90°并反馈电感电流直流分量进行补偿均压控制;②采用准PR控制器替代PI控制器作为闭环控制器,消除调制波的直流偏置。仿真和实验结果表明,提出的两种均压控制方法可实现中点电位的平衡,且无需增加硬件成本。

组合级联式兆瓦级功率调节装置协调控制策略

提出了一种新型组合级联式兆瓦级功率转换系统(PCS)的拓扑结构,它由电池组、隔离型半桥DC/DC变换器和级联式H桥DC/AC变换器组合而成。首先对所选用的隔离型半桥DC/DC变换器的基本原理、电压增益和功率传输特性进行了分析。在此基础上,重点研究了2种变换器的协调控制策略:为实现装置的双向功率交换,DC/DC侧采用移相控制,DC/AC侧采用双环控制;为确保直流侧电容电压恒定,DC/DC侧采用占空比控制,DC/AC侧采用全局直流电压控制;为提高装置响应速度和改善直流侧电容电压品质,将电网侧的实时功率指令前馈给DC/DC侧;为改善装置的启动特性,提出了一种软启动控制策略。在PSCAD/EMTDC环境下建立了基于锂电池储能的PCS模型,应用所提出的一整套协调控制策略,对装置的启动过程、正常调节工况、电池组容量和荷电状态不同等工况进行了仿真。结果表明该装置在所提出控制策略下具有较宽的电压匹配能力,电池状态适应能力强,且控制的响应速度较快,能实现大容量储能和双向大功率调节。

双降压式全桥逆变器

为避免桥臂功率管直通问题和提高输入直流电压利用率,在全桥逆变器和双降压式半桥逆变器的基础上,提出了双降压式全桥逆变器(dual buck full-bridge inverter,DBFBI),该逆变器具有无桥臂直通、输入直流电压利用率高、效率高、续流二极管可优化选取等优点。半周期调制方式减小了功率管的开关损耗及导通损耗,分析了半周期调制方式下电路的工作模态,给出了电感电流连续与断续时输入输出电压关系。设计了采用滞环电流控制的双降压式全桥逆变器系统,通过控制逻辑设计使之实现了半周期运行模式。仿真和实验结果证明该逆变器具有高质量的输出电压波形和良好的动态响应特性。

半桥双降压式逆变器电流检测及控制方法改进

滞环控制半桥双降压式逆变器实现了逆变器的无偏置电流模式,桥臂不可能直通,功率开关管和续流二极管可分别最优选取,具有较高的效率。但其电流采样为两电感电流独立采样,因此需要两套电流采样电路。本文研究了一种基于单电流检测的改进的控制方法。该方法将精密整流电路引入逆变器的控制电路中,利用精密整流电路的特性,将单电流检测信号分解成两个正负不失真的半波信号,实现半桥双降压式逆变器的控制。该方法在不影响逆变器各项性能指标的前提下,缩小了逆变器的体积,节约了成本。作者研制了一台500 W的原理样机,通过实验验证了理论分析的正确性。

电动汽车车载智能快速充电器的研究与设计

为满足电动汽车蓄电池无损伤快速充电的需求,提出将大功率开关电源变换技术应用于智能充电器。结合实际充电要求,给出了电动汽车车载充电系统的总体方案,并就方案中涉及到的大功率充电电源拓扑的选择,控制电路设计及保护电路设计做了具体介绍。实验结果表明该充电电源可以在短时间内实现对动力蓄电池的无损伤充电,满足快速充电的要求。文章所研究的车载智能充电器为新型电动汽车提供了一种可靠有效的充电设备,具有很强的应用价值。

基于半桥变换器的电励磁双凸极电机角度优化控制策略

电励磁双凸极电机(doubly salient electro-magnetic motor,DSEM)采用传统的控制方法在换相时容易产生负转矩,带来较大的转矩脉动。对DSEM转矩脉动产生机理进行了分析,对基于半桥变换器的DSEM主功率电路中分裂电容充放电平衡情况进行研究,在此基础上提出了基于半桥变换器的角度优化控制策略,进行了仿真和实验验证。结果表明,该方法可以有效减小转矩脉动,使电机转速平稳,有利于提高该电机的起动性能。