电容电流模式Buck变换器的开环控制特性动力学研究

电容电流反馈控制是一种新颖的控制技术,尚未有文献开展电容电流模式开关功率变换器的开环控制特性动力学研究。通过对三种开关状态的描述和不同开关状态内的时域求解,建立了电容电流模式Buck变换器的具有两条切换边界的二维精确离散时间模型。利用分岔图和最大Lyapunov指数谱等分析方法,揭示了负载电阻变化时电容电流模式Buck变换器的开环动力学行为。结果说明：在不同的负载电阻下,该变换器运行在正常的周期振荡、非正常的次谐波振荡即混沌等状态,尤其在部分负载电阻时,电容电流模式控制器失控,输出信号不能正常调节。此外,建立了PSIM电路仿真模型,并研制了相应的硬件电路,仿真和实验捕捉的时域波形和相轨图有效验证了理论分析的正确性。     

电容电流模式Buck变换器的开环控制特性的动力学研究

电容电流反馈控制是一种新颖的控制技术,尚未有文献开展电容电流模式开关功率变换器的开环控制特性动力学研究。通过对三种开关状态的描述和不同开关状态内的时域求解,建立了电容电流模式Buck变换器的具有两条切换边界的二维精确离散时间模型。利用分岔图和最大Lyapunov指数谱等分析方法,揭示了负载电阻变化时电容电流模式Buck变换器的开环动力学行为。结果说明:在不同的负载电阻下,该变换器运行在正常的周期振荡、非正常的次谐波振荡即混沌等状态,尤其在部分负载电阻时,电容电流模式控制器失控,输出电压不能正常调节。此外,建立了PSIM电路仿真模型,并研制了相应的硬件电路。仿真和实验捕捉的时域波形和相轨图有效地验证了理论分析的正确性。     

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。     

Buck变换器在输出电压宽范围可调应用领域若干关键技术

在研究了Buck变换器的纹波变化特征基础上,给出了连续状态下电路主要参数的代数表达式及控制系统的设计技术.通过系统仿真,指出了分岔特性给变换器输出纹波以及控制时间延迟给低输出电压的稳定控制所带来的不利影响.     

本质安全型Buck变换器的电感电流分析

分别对Buck变换器工作在连续导电模式(CCM)和不连续导电模式(DCM)时的电感峰值电流进行了分析,指出无论变换器工作在CCM还是DCM,其电感峰值电流均随输入电压的增大而增大,随负载电阻和电感的增大而减小。得出在给定输入电压和负载变化范围内,在最高输入电压和最小负载电阻时,且变换器工作在CCM下的最大峰值电感电流就是变换器在整个动态工作范围内的最大电感电流。最后仿真结果验证了理论分析的正确性。     

交错控制双输入Buck变换器的工作模式及输出纹波电压分析

针对两路输入电压大小不等而导致交错控制双输入Buck变换器工作模式复杂、参数设计困难的问题,将变换器的两路输入电压分3种情况进行分析和讨论,并且建立了变换器工作于连续导电模式(CCM)和不连续导电模式(DCM)的临界负载、电感电流和输出纹波电压数学模型。研究发现,变换器的临界负载随两路输入电压压差的减小而增大,电感电流纹波及输出纹波电压随两路输入电压压差的减小而减小;当两路输入电压相等时,变换器的临界负载达到最大,电感电流纹波及输出纹波电压达到最小。最后搭建了双输入Buck变换器实验平台,并通过给定的3组输入电压进行实验分析,实验结果验证了变换器的工作模式以及输出纹波电压数学模型的正确性。研究结果可为交错控制方式的双输入Buck变换器的参数设计提供理论依据。     

基于滑模控制技术的DC-DC Buck变换器研究

DC-DC Buck变换器运用滑模控制技术可加快控制系统瞬时动态响应速度,具有稳定性和收敛性.为实现滑模控制技术,通过对电感电流、滤波电容电压的信号进行估算,搭建一种新电路拓扑结构的状态观测器,解决传统观测器容错性和可靠性差的问题,并具有抗干扰能力强的特点,适用性广.经仿真与实验验证,当负载电阻出现干扰波动时,运用滑模控制技术的DC-DC Buck转换器具有快速收敛性.     

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。     

Buck变换器线性参数变化模型的增益调度控制

针对开关变换器的输出电压极易受到输入电压或者负载波动的影响,提出一种建立在Buck变换器线性参数变化(LPV)模型基础上的增益调度控制策略.首先,将Buck变换器的小信号模型转换成以负载电阻和输入电压作为变参数的LPV模型,基于LPV的凸分解方法,利用线性矩阵不等式(LMI)技术对凸多面体各顶点分别设计满足H∞和闭环极点配置的反馈控制器,再插值各顶点所设计的反馈控制器,综合得到具有多面体结构的LPV控制器.该方法在线计算量小,容易实现.最后,通过仿真验证了设计方法的有效性,与传统的鲁棒控制策略的控制器相比,所设计的LPV控制器受Buck变换器中输入电压和负载电阻波动影响较小,具有更好的控制性能.     

新型的单相Buck电路实现功率因数校正

提出了一种不连续电容电压的单相Buck电路实现功率因数校正方法，在不控整流桥后采用LC滤波，选择合适的输入滤波电容值，电容电压工作在不连续模式下，同时使得输入电容电压峰值跟随整流输入电压的包络，可获得单位功率因数．在输出滤波电感后采用并联谐振滤波，解决了Buck电路中输入电压低于输出电压时输入电流波形的畸变问题，使得输入电流为正弦波，同时消除了Buck功率因数校正电路中普遍存在的输出电压100Hz的交流成分．该变换器电路控制简单，由恒定占空比的脉宽调制(PWM)控制．仿真结果和试验电路验证了所提方法的有效性．该电路功率因数为0．99，电流THD值为4％．     

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     

可控电感在WPT 系统动态性能的优化方法

SS型Buck-WPT（Buck-wireless power transfer）系统由Buck电路和基本的SS型无线电能传输电路组成。该电路系统因为结构和控制方式简单、控制效果明显等优点在感应式无线电能传输方面得到广泛应用。但该电路的动态特性并不能满足一些时变系统对快速性的较高要求。例如,系统在启动时会存在较强震荡和较大超调,系统负载改变时稳定状态会发生改变且存在明显抖动,系统极限空载时原边谐振电流会增大,且该电流值远超出安全工作范围。本文提出了一种基于可控电感的SS型 Buck-WPT系统。首先,分析了电感值可调的方法并在COMSOL中建立仿真模型验证其电感值可控的特性。其次,对SS型Buck-WPT系统进行数学建模,将SS型WPT系统作为Buck电路的特殊负载,推导SS型Buck-WPT系统状态空间方程。研究其三维空间内相轨迹的降维描述方法,将该系统用二维相轨迹描述系统运行过程。然后,通过分析启动阶段相轨迹运行规律,改进前级Buck电路。将传统Buck电路中的电感换成可控电感,运用其电感值可调的控制系统开通阶段的运行轨迹,使系统在1个开关周期内无超调快速进入稳态。当系统负载改变时,系统的输出电压会改变,且是不断抖动来回反复的过程,利用PI算法对系统进行恒流控制。通过可控电感控制系统相轨迹,使副边输出能无抖动快速进入稳态,保证输出电压不变。针对SS型谐振网络的Buck-WPT系统中出现空载大电流的问题,提出了将可控电感串联接入原边谐振网络的方法。实时检测原边谐振电流值,该值超过正常工作范围,感值就快速增大,减小原边谐振电流,达到空载时维持原边谐振电流安全值以下。最后,验证上述方法在优化SS型Buck-WPT系统动态特性的有效性,在Simulink中搭建仿真电路。该方法能减小工作条件改变时带来的系统抖动,且在不改变系统响应速度前提下减小超调,优化系统动态性能,增强系统抗负载扰动力,提高系统带负载能力有明显效果。     

基于整流源的Buck变换器混沌现象研究

在供电电源为带谐波的整流源而非理想直流电源的情况下,研究了电流模式控制Buck变换器的分岔和混沌现象.首先给出Buck变换器在连续导通模式下的数学模型,然后对理想直流电源供电和3种模拟的含不同电压幅值谐波分量的整流源供电的情况,在改变电压平均值的情况下,通过计算机仿真得到不同的分岔和混沌现象,并进行比较分析,最后给出典型的含10%直流电压幅值谐波的纹波电压对应的电流和电压波形图,并进行比较分析.     

基于微分动力学的Boost变换器稳定性分析

从Boost变换器的状态空间平均模型出发,以微分动力学理论为基础,以状态反馈系数k1,k2为分岔变量分析了系统的稳定性,得到了系统的几种不稳定行为和稳定判据．结果表明：当占空比饱和时,系统相当于开环运行,负载的变化会导致输出电压不稳定;而当系统运行于非饱和非线性区时,系统参数决定了雅可比矩阵的特征值,而不同的雅可比矩阵特征值又决定了系统的稳定或不稳定行为．文中定性分析了系统参数对稳定性的影响。采用Matlab仿真验证了分析的正确性．     

自适应控制DC-DC BUCK变换器中的混沌

从同步的角度研究了dc—dc buck开关功率变换器这种分段光滑系统中的混沌控制问题，采用自适应控制方法，使两个分别工作在混沌状态和周期状态的buck变换器达到同步，即将其从混沌区引导到稳定的周期区，达到抑制该类电路中的混沌的目的．数值模拟结果验证了该方法的正确性和有效性。     

开关电容网络扩大高功率因数组合变换器的稳定范围

论述了在闭环反馈控制下,输入环节工作在不连续导电模式时,高功率因数校正ｂｏｏｓｔ－ｂｕｃｋ组合变换器的稳定性,讨论了通过引入开关电容网络扩大这类变换 稳定范围的方法,实验结果表明了理论分析的正确性。     

基于功率协调控制的统一潮流控制器控制策略研究

介于统一潮流控制器串、并联变流器在调节电力线路潮流过程中存在有功和无功功率相互影响等问题,通过分析其数学方程,建立了串、并联变流器状态反馈解耦控制模型,提出了功率协调控制策略。从功率平衡的角度分析了直流侧电容电压稳定条件,提出了在直流侧电容电压平衡控制环节中增加有功电流前馈分量的控制方法,实现了串、并联变流器对电容电压的动态稳定控制。在解耦控制策略的基础上,设计了串联变流器功率控制环,使统一潮流控制器在调节潮流的过程中达到了有功-无功功率独立控制的效果。通过仿真分析,验证了该控制策略在电力系统潮流调节中的有效性和可行性。     

多媒体无线设备感应充电装置设计

感应充电电源是通过电磁波进行电能传输的装置,其包括高频激发和接收两个部分.文中以推挽式电路结构为原型,设计了感应充电装置,并利用耦合感应器的漏感与串联补偿电容实现串联谐振.控制电路中采用了脉宽调制芯片与单片机技术,完成了感应充电谐振点频率的跟踪与输出功率的稳定控制.这样克服了松耦合变压器的漏感大,耦合系数随着耦合的松紧而实时改变,电磁干扰大,变换器效率低等缺点.经实验验证,在24 V交流电源供电下,初级次级线圈耦合的距离从2 mm至100 mm都能完成充电控制,结果表明该装置及其控制方法具有好的推广价值.     

基于变结构理论的DC-DC功率变换器建模

对功率变换器的常用建模方法进行了分析，指出其优缺点，在此基础上提出直接利用变结构理论对DC－DC变换器进行建模，推导出Buck,Boost,Buck-Boost变换器基于变结构理论的模型。最后通过实验电路验证了模型的有效性，为DC－DC变换器的控制提供依据。