一种新型Boost矩阵变换器及其控制策略

针对传统矩阵变换器存在电压传输比低的问题,提出一种新型的矩阵变换器电路拓扑结构。研究该拓扑结构的基本构成和工作原理,推导并分析其电压传输比与占空比之间函数关系的解析表达式,阐述2种有效控制策略即滑模控制和双闭环控制的基本设计方法并对比分析其不同的特点,最后通过仿真对其有效性和可行性进行验证。研究结果表明:该新型电路在2种控制方案下均能实现电压传输比和输出频率的任意调节,且输出电压波形的正弦性好,失真度小,有效地解决了传统矩阵变换器电压传输比低的问题。     

四电平浮动交错Boost DC/DC变换器研究

提出一种高升压比浮动交错四电平DC/DC变换器(Four-level Floating-output Interleaved-input Boost DC/DC Converter, FL-FIBC).该变换器不仅可以实现高升压比，显著减小变换器输入电流纹波，而且开关管承受的电压应力仅为输入电压和输出电压之和的1/6,对其拓扑结构及其工作原理进行分析研究，针对非交错导通方式下输出电压纹波大的特点，提出交错导通方式.通过在MATLAB仿真中搭建仿真，验证了所设计控制器的有效性.     

三相航空中频电源控制策略研究

针对航空用矩阵式高频链中频逆变电源的拓扑结构,提出了一种解结耦的SPWM控制策略,并给出了详细的数学推导。根据高频变压器输出侧电压脉冲的极性,将矩阵变换器等效成两个常规的三相逆变器,从而将单向高频链逆变器的控制策略引入到矩阵式高频链逆变器中。与其传统的矩阵变换器的换流策略相比,基于解结耦的控制策略易于实现,容易分析其工作原理。经过数学推导证明了此策略的可行性,并运用matlab/simulink仿真软件进行仿真研究,输出电压波形谐波含量低,验证了控制策略的正确性。     

含电压提升单元的非隔离升压变换器

提出一种新型的非隔离型高升压变换器拓扑,该变换器由一个基本Boost单元和耦合电感、电容、二极管组成的电压提升单元(coupled inductor capacitor diode cell)构成。该变换器增益比传统Boost变换器高N倍电压增益,可有效避免高升压应用场合极大占空比的出现。由于CICD单元中储能电容存在,开关管电压应力降低,因此可以选择低电压应力器件来提升效率;储能电容同样降低了输出二极管的电压应力,缓解了反向恢复问题,进一步提高了效率;CICD升压单元中二极管实现了零电流关断,解决了二极管的反向恢复问题。首先对拓扑的推演进行了阐述,然后详细分析了变换器工作原理及性能特点,最后通过saber仿真验证了理论分析的正确性。     

基于电压比控制的感应式无线充电系统

传统的串串型感应式功率传输系统为了保持软开关技术,一般变换器的调制深度浅.为了提高调制深度可以采用Buck-SSIPT的拓扑结构进行改进.当所设计的Buck-SSIPT系统线圈的等效电阻很小且系统传输频率很高时,Buck-SSIPT系统的电压增益与等效电阻比是等比例的关系.本文提出了一种基于电压比控制的Buck-SSIPT充电系统,并在MATLAB/Simulink环境下搭建仿真模型.仿真结果表明,基于电压比控制下的系统具有稳定的电压输出,且当电压比为1时系统的传输效率是最高的.     

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.     

加装超级电容的电动汽车DC/DC变换器设计

为满足加装超级电容的电动汽车对DC/DC变换器低压大电流、动态响应快的要求,选择了一种交错并联双向DC/DC变换器拓扑,其具有开关管电压应力低、输入电压与输出电压具有较大的变换比、输入电流与输出电流波纹小等优点.针对电动车在不同情形下系统的控制目标,设计了相应的控制器,并在Matlab/Simulink环境下构建控制器的仿真模型,对其性能进行分析.结果表明所选的拓扑结构及控制方法很好地达到了设计要求.     

改进型基本梯级多电平逆变器

根据基本梯级逆变器提出了一种改进的多电平逆变器电路拓扑,讨论了对其进行谐波消除和幅值控制的方法.该拓扑结构用n个独立电源,2n 4个开关器件可产生2n 1个电平电压;并保留了多电平逆变器开关频率低、效率高等优点,所用器件较少,克服了基本梯级逆变器存在的感性负载时输出电压产生畸变、各独立电源输出功率不均衡等缺点.该逆变器拓扑适合于可再生能源发电的场合.改进前后的拓扑结构在不同负载下的仿真结果表明,该拓扑结构具有可行性.     

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。     

三相并网矩阵变换器系统的稳定性分析及其改善

当矩阵变换器用于并网联接系统或者是分频输电系统时,电网对输入谐波要求高,因此矩阵变换器系统的输出端引入T型滤波器取代典型的电感滤波器,并针对T型滤波器带来的不稳定性,提出了基于桥臂输出电流闭环与电压电流双前馈相结合的间接控制策略. 建立该矩阵变换器系统的数学模型,分析传输函数,并对其特征值进行分析,从而研究上述控制策略对系统稳定性的改善作用.     

提高矩阵变换器传输性能的优化开关调制函数

用数学方法推导出矩阵变换器主电路开关矩阵调制函数的通解,针对变换器不同的传输性能指标,可对开关调制函数进行相应的优化,函数形式比较简单．在正弦输入和输出的目标下,可获得变换原理限定的最高电压传输率和接近为１的功率因数．给出了部分计算机仿真及实验结果．     

无线电能传输恒压拓扑及恒压输出控制方法

针对无线电能传输系统在负载和距离动态变化时,引起原边线圈电流不稳定和失谐问题,由此导致副边输出电压不恒定,设计一种原边LCL拓扑与副边恒压控制相结合的无线电能传输系统。首先,依据阻抗分析得到LCL-S型无线电能传输系统的数学模型;然后,通过设计参数,建立Simulink仿真模型,对该拓扑进行负载特性和频率特性分析;最后依据拓扑特性,设计了以DC-DC变换器为主控环节的副边恒压控制,使系统可以在变距离和变负载条件下,实现恒压输出特性。设计了副边的闭环控制程序,仿真验证了恒压控制效果。结果表明该控制策略可以实现快速有效的恒压控制。     

非接触电能传输系统双模控制式交直交变换器

针对传统非接触电能传输系统中初级回路主电路的不足,提出了一种可工作于Buck和Boost2种控制模式的新型交直交变换器,该变换器不仅有效地解决了传统非接触电能传输系统中大容量滤波电容和DC/DC调压环节所引起的电流冲击、成本高、控制复杂等问题,而且通过2种模式的切换和其对应的开关管占空比的调节可实现输入电压大范围波动时的谐振电流恒幅控制。分析了该变换器的拓扑结构和工作原理,阐述了变换器在2种模式下的切换控制策略,并给出了仿真验证结果。     

RB-IGBT驱动电路及其在矩阵式变换器中的应用

矩阵式变换器技术中缩短器件开关时间可有效提高电压利用率和波形质量。该文提出一种新颖的RB-IGBT驱动电路。通过三段驱动方法在缩短开关时间的同时可以有效抑制电压、电流应力的增加。在此基础上,使用600V/100A的RB-IGBT实现了一台三相/三相矩阵式变换器样机,用于驱动一台三相异步电机。换流技术是矩阵变换器技术中一个关键问题。传统基于电流方向的四步换流策略采用电流霍尔检测电流方向,在小电流情况下准确性低。该文检测器件集射极电压确定输出电流方向,并据此实现四步换流。实验证明,该方法电流方向判断准确性远高于传统方法,同时成本大幅度降低,可靠性得到很大提高。     

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。     

基于矩阵式变换原理的三相可控整流器

基于三相-三相矩阵式变换器(MC)的拓扑与开关函数矩阵，建立了一种三相可控整流器(三相AC／DCMC)的拓扑和开关函数矩阵．该整流器的最大输出电压幅值可达输入相电压幅值的1．5倍，输出电压极性任意可调，并具有宽范围输出电压调节、正弦输入电流零位移以及电能双向流动等能力，是一种通用的三相可控整流器．其应用场合包括AC／DC电动机传动、直流励磁、有源电力滤波、功率因数校正等许多领域．利用SIMULINK4．1进行仿真研究后，采用开关函数算法和一步换流策略实现了一种三相AC／DCMC带负载系统．仿真与实验结果验证了理论分析的正确性．     

具有内在负载电流反馈的单级并联PFC变换器

针对中小功率场合,提出一种新型单级功率因数校正变换器的拓扑,分析了其工作原理.该AC-DC变换器具有内在负载电流反馈,在轻载情况下,能在保持占空比不变的同时,自动减小输入功率,具备拓扑简单、电容承受电压低和开关电流应力小等优点.通过仿真实验,研究了该电路拓扑的输入性能指标.实验结果表明,应用电路拓扑的实验装置,功率因数较高,输入电流的谐波满足IEC1000-3-2 Class D 的要求.     

虚拟不可控整流矩阵变换器研究

矩阵变换器控制策略复杂以及电压传输比较低的问题,结合"虚拟直流母线电压"策略,提出虚拟不可控整流SVPWM的方法,虚拟整流器采用不可控整流方式,根据最大虚拟直流母线电压,从9个双向开关中选择相应的6个开关作为虚拟逆变器的控制开关;虚拟逆变器采用空间矢量调制技术进行调制.其控制算法与交-直-交变换器控制算法的复杂度相当,电压传输比在理论上可达到0.955.仿真和实验结果与理论分析一致,证明了该新型调制策略的可行性和优越性.     

一千瓦零电压软开关高功率因数变换器

提出了一种零电压软开关高功率因数变换器电路.主电路采用准谐振PWM-Boost软开关拓扑结构,控制电路采用平均电流控制技术和软开关控制技术相结合的形式.文中分析了该电路的工作原理,给出了电路参数归一化曲线及设计指导.实验结果表明,该电路在整个输入电压范围内都能保持软开关特性,达到了高功率因数和高效率的目的.在输入电压为220 V,工作频率为65 kH z,电路输出功率为1 000 W时,实测工作效率为95.3%;经对入端电流频谱分析、计算,功率因数达到0.998 8.