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.

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。

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。

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。

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。

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。

柔性直流输电系统三维度控制

现有柔性直流输电工程均采用双闭环矢量控制,通过交流调制比生成桥臂电压调制信号。此种方式下,子模块电容电压与直流输出电压耦合,控制灵活性差。该文基于混合型模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)交直流对偶控制框架,提出了一种适用于半桥型MMC-HVDC系统的三维度控制架构,包含交直流对偶控制、子模块电容能量控制与可变最近电平调制,使得MMC子模块电容电压与直流输出电压解耦,极大提高了控制灵活性。文章首先分析了柔直常规控制的设计特点,给出了三维度控制的设计思路;然后基于三维度控制,分析了MMC的直流电压运行域、主动能量利用与直流故障限流等能力,建立了包含三维度控制的MMC小信号模型分析了其稳定性。最后,通过PSCAD/EMTDC仿真验证了所提控制方法的有效性。

半桥型MMC直流侧故障限流组合控制策略

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流电网在直流短路故障时电流峰值较高且上升速度极快,严重时会造成MMC闭锁从而导致系统大面积停运。为在短时间内限制故障电流对系统的影响,文中提出一种对半桥型MMC适用的故障限流组合控制策略,利用MMC自身的高度可控性,无须外加限流装置,即可达到故障限流效果,并降低对直流断路器的技术需求。首先,文中阐述了限流组合控制策略中2种不同的限流环节及其基本原理。其次,分别分析2种限流环节对直流故障电流、交流电流以及桥臂电流的影响,推导限流组合控制下的直流故障电流计算式。最后,在PSCAD/EMTDC平台搭建半桥型MMC四端直流电网模型进行仿真分析,结果表明所述限流组合控制策略能够有效限制直流故障电流,减小故障点近端换流器的功率和电压波动,降低交流电流和桥臂电流的过流峰值。

混合型MMC器件损耗分布优化控制方法

全桥-半桥1:1混合型MMC在正常稳态下工作于半桥型MMC模式,全桥及半桥子模块充放电行为几乎一致,子模块器件损耗分布极不均衡,特别是在逆变工况下,半桥子模块下部IGBT损耗尤为突出。为此,提出了基于全、半桥两类子模块差异化控制的器件损耗分布优化方法。首先,解析计算子模块器件损耗,以明确损耗不平衡的原因。其次,为改善器件损耗分布,在不影响设备输出外特性前提下,提出全/半桥模组解耦控制方法。然后,通过分析模组平均开关函数对器件通态及开关损耗的影响机理,以降低半桥子模块下部IGBT损耗为目标,推导出最优模组平均开关函数。最后,通过MATLAB/Simulink及PLECS仿真验证解耦控制策略的可行性及其对损耗分布优化的有效性。

基于PID控制SIC半桥HID驱动信号系统设计

搭建以TMS320F28335为核心的脉宽调制(PWM)数字化输出与信号处理系统,结合位置式PID控制算法,调整PWM信号占空比,控制半桥驱动电路的功率,提供多种工作模式,实现不同工作功率输出.相较于传统的模拟控制技术,该编程解决了半桥死区时间控制.设计隔离式碳化硅高频半桥驱动电路,解决了SiC MOSFET驱动串扰抑制,优化开关速度,减少功率电路对小信号处理的干扰.实验结果表明,该数字化信号驱动系统具有稳定、灵活、可靠控制高压气体放电灯(HID)输出工作功率,为公共照明电路的控制带来便利与高效.

提高不对称半桥反激变换器轻载效率的数字化控制方法

传统的不对称半桥反激变换器(Asymmetrical half-bridge flyback converter,AHBFC)控制方法是采用互补PWM控制.在轻载时,由于其箝位管导通时间过长,初级侧具有很大的导通损耗和循环损耗,变换器效率较低.为了解决轻载效率低问题,提出了一种基于TMS320F28335的数字化控制方法.采用非互补PWM控制,结合电感伏秒平衡关系设计控制算法预估励磁电流的过零点,变换器工作于断续模式,从而大幅降低了变压器初级侧的导通损耗和循环损耗;在主开关管开启前,引入辅助脉冲,使功率开关零电压开通(zero-voltage switching,ZVS),实现了开关损耗的降低.分析了互补控制下轻载运行时的主要损耗,给出了所提控制方法的工作原理和设计流程,并将该方法应用于一台输入电压48 V,输出12 V/100 W的数字电源原理样机.实验结果表明,在轻载下,采用提出的控制方法,变换器能够实现两个开关管的零电压开通,相较于传统互补的控制方法,转换效率提高了3%~11%,空载电流降低了37.5%.

半桥变换器桥臂电压平衡控制方法的研究

针对半桥电路在已有峰值电流控制中的电容电压不平衡的问题,对其原因进行了分析。介绍了一种通过电荷控制同时进行电容电压平衡控制和电感电流反馈控制的方法。对半桥电路的电荷控制方法建立了控制模型,并对双闭环控制稳压电源的内外传递函数给出了通用的表达式。对建立的控制模式进行了预测结果与测试结果的比较。测试结果表明本文提出的控制方法可以稳定控制半桥电路电容电压,建立的控制模型可以准确预测电路传递函数。

一种星载多路输出电源控制环路设计

由于星载多路输出电源工作过程对稳定性要求较高,工程上很难建立准确的环路模型,针对设计难点,提出了基于开关网络平均建模法的BUCK+半桥多路输出变换器闭环控制方案,结合具体电源指标对参数进行了验证,结果满足设计要求,该电源控制环路设计对于卫星二次电源工程应用具有一定的指导意义。

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。