恒定导通时间控制Buck变换器电感和负载电阻的稳定性机理

恒定导通时间(constant on-time,COT)控制Buck变换器的稳定性不仅受输出电容等效串联电阻(equivalent series resistance,ESR)的影响,还受电感和负载电阻的影响。为了研究电感和负载电阻的稳定性机理,建立了COT控制Buck变换器的分段线性模型。利用分岔图、特征根轨迹研究了输出电容ESR较小时COT控制Buck变换器随电感和负载电阻变化时的动力学特性。结果表明,随着电感减小或负载电阻增大,Buck变换器由阵发混沌状态经边界碰撞分岔进入到稳定的电感电流断续导电模式(discontinuous conduction mode,DCM)周期1状态。进一步,推导了确保变换器稳定工作的电感和负载电阻的临界表达式。最后,数值仿真和理论分析得到了实验结果的验证。研究结果可以有效地指导COT控制Buck变换器的电路参数设计。     

基于等效电阻法的本质安全型Buck DC-DC变换器的新研究

对Buck DC-DC变换器电感开路的最危险情况进行了分析,提出了一个全新的分析方法——等效电阻法,将Buck DC-DC变换器电感开路的放电特性等效为一个简单电感电路,推导了等效电阻的表达式;以感性电路的最小点燃曲线作为判断依据,得到了本质安全型Buck DC-DC变换器内部本质安全性的判断方法,并用实验验证了所提方法的合理性和判据的正确性。     

改进型本安Buck变换器的分析与设计

提出了一种输出具有LC滤波电路的本安Buck变换器,使得在特定的电气性能指标要求下,可不提高变换器工作频率,但能减小变换器内部的电感量及电容量,达到提升该变换器本质安全性能的目的。深入分析了该拓扑电路在电感电流连续模式(CCM)时的输出纹波电压,指出输出纹波电压最大值是在输入电压最大,负载电阻为CCM与DCM的临界电阻时取得。根据最大输出纹波电压指标要求,在给定的动态范围内,得出了本安Buck变换器电感、电容参数的设计方法。为了说明改进型Buck变换器相比于传统型Buck变换器的优势,在相同的输出纹波电压指标要求下,对传统型及改进型Buck变换器的电感、电容取值进行了比较分析,得出所提出的改进型Buck变换器采用较小的电感、电容即可满足电气性能指标要求,因而可提高其本安性能。因此,通过在Buck变换器的输出附加LC滤波电路,不仅能有效提高本安Buck变换器的输出功率,还能减小其体积。给出了设计实例,仿真与实验结果验证了改进电路拓扑理论分析的正确性及减小目标电感、电容量的可行性。     

电动汽车双向DC/DC变换器的设计

采用全桥谐振C LCLC变换器和模糊PID控制的半桥Buck Boost变换器,组成两级式双向DC/DC变换器拓扑;并根据等效模型计算出谐振元件参数,即变压器的匝比为1∶1,输入输出电压为400 V,谐振电感为100 μH,谐振电容为253 μF,半桥Buck Boost变换器中的滤波电感为5 000 μH,滤波电容为127 μF。仿真结果表明,全桥谐振C LCLC谐振变换器输入电压与输出电压一致;模糊PID控制策略可有效降低充电状态下电压超调量,缩短调节时间,提高系统的抗扰动能力,说明所采用的设计工艺能有效提高电动汽车变换器的动态、稳态性能和抗扰动能力。     

基于基波纹波比的大功率本安Buck变换器的设计

针对具有电感、电容(LC)滤波的本安Buck变换器输出纹波电压难以精确计算的问题,提出一种可快速、准确计算其输出纹波电压大小的方法。通过构建该变换器在电感电流连续模式下的等效电路模型,分析其频率特性,得出了该变换器的输出稳态响应。进一步的纹波理论计算及仿真分析表明可用基波电压纹波比近似全纹波比来求解该变换器输出纹波电压的结论。同时,为了给设计者提供理论指导,得出了满足输出纹波电压指标要求的电感、电容参数设计方法。与典型Buck变换器参数对比,发现在同样的电气性能指标要求下,采用LC滤波的Buck变换器仅需很小的电感、电容。表明该变换器更容易满足本安性能要求。最后,通过实验样机验证了输出纹波电压计算方法的准确性及元件参数设计思路的可行性。     

提高SOA驱动电路开关速度到纳秒级的方法

建立了半导体光放大器SOA与夹持架的等效模型,将SOA、夹持夹、导线构成的系统看作一个由电阻、电感、电容和理想二极管D并联后3部分串联的一个电路,并对此模型进行了理论分析和计算机仿真.文中给出了基于此模型进行的实验结果.结果表明:通过调整电阻和电容的值,可以有效地将驱动电路的开关速度提高到纳秒级.     

三相交错式大变比双向DC/DC变换器研究

针对传统双向DC/DC变换器变压比较小的问题,采用三相交错式拓扑结构,使变换器具有大变压比,可以实现Boost和Buck两种工作模式.在Boost模式的输入端将三个输入电感并联来减小电流纹波,输出端将三个分压电容串联来提升电压比;在Buck模式的输入端用分压电容串联的结构来提升降压比,输出端采用电感交错并联的结构来降低电流纹波.仿真结果表明,开关管的电压应力在这两种模式下均得到了降低.优化双向DC/DC变换器输入、输出端拓扑结构,可显著提高其变压比,降低开关管的电压应力.     

Buck变换器输入/输出滤波相关问题研究

论述了中大功率Buck变换中,输入电容滤波的电流纹波计算问题和输出的LC滤波器存在的谐振电压问题。在输入电容方面,通过仿真、计算推导了纹波电流的较为确切的公式,指出其最大纹波电流发生之处;通过结合Buck实验电路的LC滤波器的各项参数,如电感的等效电阻,以及电容的等效串联电阻等,对实验出现的谐振电压问题的进行理论分析,同时进行Matlab仿真,观察其输出响应,并通过加入阻尼的方法进行消除震荡,此法简单效果明显,通过软件仿真和实验进行了验证。     

MOPSO算法在Boost变换器优化设计中的应用

为了提高Boost变换器的效率,节约系统成本,提出了基于多目标粒子群优化算法(MOPSO)的Boost变换器设计.首先分析了Boost变换器的功率损失,根据Boost变换器的设计要求,选择合适的MOSFET、二极管、电感和电容等器件,建立离散元器件数据库.以此数据库为约束条件,以功率损失、系统成本和体积为目标函数,建立了Boost变换器多目标优化设计模型,用MOPSO算法从几百种组合解集中寻找pareto最优解.基于折中分析,可为变换器做出合理的器件选择,以满足不同的设计要求.以光伏发电系统前级Boost变换器为例进行仿真研究,结果表明MOPSO具有处理离散多目标优化问题的能力,能在短时间内找到折中解,证明了该算法的有效性.     

滤波电容的等效电感效应

对DC／DC变换器用状态空间平均法进行了建模分析及PSPICE仿真，讨论了滤波电容的等效串联电感ESL效应对变换器性能和稳定性的影响结果表明，ESL的引入将使变换器增加输出电压的纹波幅度，稳定性也有一定改善．在DC／DC变换器建模时应该考虑这一影响