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。

基于Buck-Boost逆变电路的低纹波可调直流稳压电源控制方法

为克服传统低纹波直流稳压电源的主电路拓扑结构存在电路结构复杂、体积大等不足,提出一种基于Buck-Boost逆变电路的新型可调直流稳压电源拓扑结构,用Buck-Boost逆变环节取代传统结构中高频逆变和变压器升压两个环节,此结构相较于传统结构,在电路结构上可以得到明显的简化。为实现该新型可调直流稳压电源输出低纹波、高稳定度直流电压的要求,针对其Buck-Boost逆变电路提出采用基于比例积分-矢量比例积分的复合控制方法,即以Buck-Boost逆变电路中电容电压和电感电流作为状态变量,并以电感电流为控制内环,电容电压为控制外环,通过对两个闭环采用比例积分-矢量比例积分复合控制方法,实现对两个状态变量的解耦控制,最后通过仿真与实验对其效果进行了验证,同时与传统低纹波直流稳压电源进行了对比分析。结果表明,文中提出的基于Buck-Boost逆变电路的新型可调直流稳压电源拓扑结构及针对该拓扑结构所提出的控制方法不仅输出直流电压纹波小、稳态精度高、动态性能好同时还具有电路结构简单且输出直流电压任意可调等特点,因而具有较好的应用价值。

An Adaptive Slope Compensation Circuit for Peak Current Mode of Boost Switching Power Supply

Based on the analysis of the basic principle of slope compensation, a high-precision adaptive slope compensation circuit for peak current mode boost DC/DC converter is designed. The circuit dynamically detects the input and output voltage of the boost circuit to realize automatic adjustment of the compensation amount with the change of duty ratio, which makes the ramp compensation slope optimized. The design uses a high-precision subtracter to improve the accuracy of slope compensation. While eliminating sub-slope oscillation and improving the stability of boost circuit, the negative impact of compensation on boost circuit is minimized, and the load capacity and transient response speed of boost circuit are guaranteed. The circuit is designed based on SMIC 0.18um CMOS technology, with simple structure, high reliability and easy engineering implementation. Spectre circuit simulator 17.1.0.124 64b simulation results show that the circuit has high compensation accuracy and wide input and output voltage range. When the working voltage is 3.3 V, the compensation slope can be adjusted adaptively under different duty cycles, and the minimum error between the compensation slope and the theoretical optimal compensation slope is only 0.42%.

一种BCM Boost PFC电路的VCFF控制策略

临界导通模式Boost功率因素校正(PFC)电路通常采用恒定导通时间(COT)控制策略,导致开关频率的变化与输入电压、输出功率以及电感有关,轻载下过高的开关频率将影响电路的转换效率,故提出一种谷底计数频率反走(VCFF)控制策略。通过检测MOS管两端电压谷底计数,使电路轻载时工作在断续模式,从而降低开关频率以提升轻载效率。实验结果表明,相比于COT控制策略,所提控制策略能够有效提高轻载效率。输入电压为220 Vrms下,10%~50%负载时效率在0.96以上。

抑制DC/DC BOOST电路尖峰电压及振铃噪声的设计与应用

针对开关电源DC/DC BOOST电路易出现电磁辐射偏高甚至超标问题,通过对升压转换电路及其电磁辐射产生机理研究,提出一种DC/DC BOOST电路系统中寄生电容容值的确定方法及基于RC吸收电路的振铃噪声抑制方法,通过对RC吸收电路的元件参数进行计算取值并实测,测试数据显示,电路系统中尖峰电压有效降低2.2%,振铃噪声已无限趋近于0,电磁辐射峰值可有效降低4.2 dB;同时该方法不影响电路系统稳定性且成本低廉,契合大规模产业化设计需求,可有效提高产品开发效率。

CRM Boost-PFC电路的改进COT控制

针对临界导通模式(CRM)Boost-PFC电路开关管开通电压大导致开通损耗高、开通时d u/d t大导致电磁干扰(EMI)的问题,提出一种改进的软开关恒定导通时间(COT)控制方法。电路的开关管自适应地在低输入电压瞬时值时实现零电压开通(ZVS),在高输入电压瞬时值时实现谷底导通,降低开关管的导通电压,减小了导通损耗;降低导通时开关管的d u/d t,改善了电路的EMI性能。分析CRM Boost-PFC电路及所提控制方法的原理和工作过程,并探讨所提控制方法对电路EMI特性的影响,开展关键参数设计。最后,通过仿真和实验给出了样机的输入输出特性曲线、效率曲线和EMI特性曲线,验证所提控制方法的有效性。

基于Boost电路的光伏系统MPPT变工况分析

近年来,太阳能因其卓越的环保特性、可再生能源的特质以及可持续发展的重要性,成为了能源领域备受关注的研究和实践焦点。然而,太阳能的高效利用受多种气象因素的影响,包括温度、光照强度和天气变化等。这些因素对太阳能系统的性能和能源产出构成了重大挑战。研究了一种提高太阳能利用率的方法,即通过调节Boost电路的占空比来调节太阳能电池板的输出电压,实现对太阳能电池板的变工况最大功率点追踪,从而应对温度、光照强度等天气条件的变化。

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。

三电平Buck-Boost变流器直流电容与IGBT开路故障非侵入式监测方法

三电平Buck-Boost变流器具有双向馈能和能量传输高效的特点。针对直流电容器容值衰退和IGBT开路故障两种典型失效模式,提出了一种利用变流器自身传感器同时对直流电容容值衰退和IGBT开路故障非侵入式在线监测的方法。首先,分析了三电平Buck-Boost变流器开关运行模态及其切换顺序。然后,采用特定开关模态消除直流电容等效串联电阻(equivalent series resistance,ESR)影响,分别推导了子模块电容的容值特征解析表达式。最后,利用每个开关周期计算出的等效容值特征检测和定位IGBT开路故障。仿真和实验结果表明:利用开关模态容值特征能够同时监测三电平Buck-Boost变流器直流电容状态和IGBT开路故障,平均容值监测误差小于1%且可以消除ESR的影响,利用容值特征畸变能够在2~3个开关周期内检测出IGBT开路故障。

隔离型Boost全桥变换器的关键问题研究

隔离型Boost全桥变换器因为特别适用于大功率低压输入场合,在诸如电动汽车、航天电源等领域得到广泛研究。本文将对隔离型Boost全桥变换器的两个关键问题进行分析讨论。一是如何减小变压器的漏感,二是如何实现IBFBC初始输出电压的建立。

基于PLECS仿真的四开关Buck-Boost变换器参数设计

为了优化四开关Buck-Boost变换器的参数设计过程,分析了一种基于PLECS软件设计电路参数的方法。该方法在原理分析的基础上,利用PLECS仿真软件建立了电路的开环、闭环及热仿真模型进行参数选择,从而得到最优的参数组合。研制了一台100 W的实验样机,该样机在宽电压输入以及负载变化的情况下,电路具有较好的抗扰稳压效果,并且其输出效率达到93%左右。

临界Boost-PFC电路的简化变导通时间控制研究

针对传统恒定导通时间控制的临界Boost-PFC电路存在明显交越失真的现象,导致网侧特性较差的问题,提出了3种简化的变导通时间(VOT)控制策略。对所提3种VOT控制策略进行详细的对比分析,最后进行计算机仿真和200 W样机实验验证。计算机仿真和实验结果均表明,所提3种VOT控制策略均能有效改善电路的网侧特性,并能提高电路的效率。

非隔离Boost升压变换拓扑综述及其舰船应用展望

本文首先阐述了传统Boost升压变换拓扑在较高直流母线电压下的应用与局限,然后综述了更适用于高输出电压、高功率等级下的多电平和多相Boost变换拓扑,并讨论了其在舰船应用中的优势与局限。最后,结合所综述的各类拓扑,本文还针对一种特定应用场合给出了相应的设计方案实例,阐释了其设计思路和综合考量。

基于LMMHD波浪能发电机特性的高效实时输出功率控制系统

针对目前液态金属磁流体(LMMHD)波浪能发电机输出功率控制系统响应慢、精度差、变换效率低、低压下不能可靠换向的问题,在LMMHD波浪能发电机输出特性分析的基础上,提出一种通过实时调节LMMHD发电机等效负载来控制发电机输出功率的控制策略,该控制策略快速准确且多模块并联时不存在并联均流问题。通过对考虑寄生参数影响的主电路效率的理论分析,得到了所提输出功率控制策略下主电路效率的变化规律,进而提出了多模块并联的方案,提高了系统效率,降低了单模块的设计难度。并提出了一种滚动时域判断和双模块独立驱动的换向驱动方法,在实现低压下可靠换向的同时避免了电流从体二极管流通,降低了导通损耗。仿真和样机实验结果验证了所提策略的有效性。

基于滑模变结构的交错并联Boost电路均流控制研究

Boost电路常常被用于新能源行业中的升压电路,如光伏发电系统、功率因数校正电路等。交错并联的Boost电路更是因为其散热均匀、器件的电流应力小、体积更小等优势而替代一路Boost被广泛应用。在三路交错并联Boost电路的基础上,采用一个开关周期内三路IGBT的开关信号相差120°的模式实现均流控制。同时,为了对输出电压以及电感电流进行良好控制,提出采用电压外环以及滑模变结构的电流内环控制方法。仿真和实验波形验证了所提方法的有效性。

IBES算法在并联Boost电路MPPT系统中的应用

针对光伏阵列在复杂光照条件下的多峰值特点及常规的最大功率追踪算法无法兼顾追踪精度和速度、存在振荡的问题,提出了一种改进秃鹰搜索算法;该算法在选择搜索空间时使用混沌映射对选择位置控制变化的参数进行优化,增加种群位置的多样性,提升算法的全局搜索能力;并在搜索空间猎物时,引入Levy飞行机制,对秃鹰新位置进行优化,增强了算法跳出局部搜索的能力;同时提出一种新型并联Boost电路,提高追踪的稳定性,减小振荡。通过Simulink建模仿真分析可知,结合改进的算法与新型并联Boost电路,在三种阴影情况下,追踪的成功率分别为100%、98%、96%,均高于原始算法,能够更快、更稳定地实现最大功率跟踪。

基于改进Buck-Boost的分层均衡电路研究

针对传统Buck-Boost均衡电路在电池数量增多时,会造成均衡时间长,效率低等问题,提出了一种改进Buck-Boost的分层均衡电路拓扑结构。该均衡电路在组内电池与电池或电池组与电池组之间采用双向Buck-Boost均衡器,利用电感储存和传递能量,在组间两电池包之间采用外加外部电源的反激式变压器进行不同程度的充电来达到均衡。以电池的荷电状态(SOC)作为均衡变量,在MATLAB/Simulink中搭建了8节串联锂电池组仿真模型,4节串联电池为一个电池包,两个电池包之间采用组间均衡,设置8节电池直接均衡为对照组。结果表明:在静置状态下,分层均衡所需时间比直接均衡快9.18%,且均衡后分层均衡的容量比直接均衡高1.1%。在外加电源下,能较快将电池组充满电,验证了所提均衡电路的有效性。

基于交错并联Boost应急通风逆变器开发

为落实国家“双碳”战略,响应轨道交通辅助电源高效率、高频化、高能量密度的发展号召,文章设计了一种结合使用SiC MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)及双重交错并联技术的新型应急通风逆变器。首先,引入了双重交错并联技术使系统的功率损耗和功率器件的电流应力显著减小;其次,使用了SiC MOSFET使系统的功率密度和转换效率显著提升;再次,配置了设计合理的RC电路使得MOSFET的尖峰震荡显著减小,拓宽了功率器件的稳定运行区间;同时,设计了前后级结合的闭环控制策略使系统的动态响应性能和抗干扰能力显著提升;最后,搭建了Simulink仿真模型并在3 kW样机上进行了试验验证,试验结果验证了控制策略的有效性。

增强牵引变流器过载的IGBT泵升驱动技术

轨道交通牵引变流器在车辆启动加速和紧急制动过程中,会运行在过载工况,即流过IGBT的电流超过设计的额定电流。此时虽然仍在器件允许电流范围内,但IGBT损耗会出现较大增幅,导致变流器温升大幅波动。研究一种集成门极电压泵升技术的IGBT驱动电路,在需要短时加大IGBT通流能力时,可以将门极开通电压升高,降低IGBT的导通压降,减小IGBT的损耗和温升波动。分析过载工况下的牵引变流器工作特性,并在此基础上计算IGBT的损耗和温升情况;分析门极开通电压升高对IGBT导通压降的影响,并设计具有门极电压泵升功能的IGBT驱动电路。通过仿真和双脉冲动态开关实验,验证此设计功能的有效性。

基于交错并联Boost电路的光伏发电系统优化

光伏发电系统的单Boost电路输出的电压和电流纹波较大,会影响发电系统的可靠性和稳定性,因此提出一种基于交错并联Boost电路的改进型光伏发电系统。在MATLAB/Simulink模块中搭建仿真模型,仿真结果表明,交错并联Boost电路可以有效减小电流和电压的纹波,证明其可以在并网光伏发电系统中发挥积极作用。