非理想Buck变换器的建模与仿真

以Buck变换器连续工作模式（CCM）为例,考虑到实际的功率MOSFET管、二极管、电感和电容的寄生参数,如MOSFET的导通电阻、二极管的正向压降和正向电阻、电感的等效串联电阻和电容的等效串联电阻的影响,对非理想Buck变换器进行建模和仿真分析,为DC-DC开关变换器设计和系统控制电路的设计提供依据。     

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。     

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。     

燃料电池DC-DC变换器的设计与数字化控制

针对燃料电池的实际要求设计并制作了推挽Buck型直流-直流(DC-DC)变换器的硬件电路,包括变换器主电路、控制电路、检测电路及保护电路等;采用状态空间平均法建立推挽Buck型DC-DC变换器的小信号模型,并且进行补偿反馈控制;基于通用反转控制器(GPIC)的现场可编程门阵列(FPGA)模块实现了推挽Buck型DC-DC变换器的数字化控制.结果表明,在FPGA模块的数字化控制下,自主研发设计的DC-DC变换器的输出电压能够很好地跟踪设定电压,具有优异的阶跃响应特性和较强的抗负载及输入扰动能力,能够保证燃料电池DC-DC变换器实现高效、可靠的电能转换.     

基于Saber的降压式变换器仿真与分析

本文简要介绍了如何通过Saber运行环境对降压式（Buck）DC-DC变换器电路进行仿真,并对结果进行分析。其中包括占空比变化,开关频率变化及电感的变化对结果的影响,通过仿真结果验证了理论的正确性。     

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。     

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.     

电压型非理想Buck变换器的DCM模式建模与仿真

文章对DCM模式下的非理想Buck变换器进行全阶建模,提高了模型的精度,在此基础上,针对Buck变换器开环系统动态响应慢、相位裕度差等缺点,设计相应的PID控制网络。通过比较补偿前、后控制-输出传递函数的频域仿真,证明所设计的控制器能够改善Buck开环变换器的性能;通过在Simulink中对电路模型和实际电路的仿真比较,验证了文中建模方法的可行性,从而为DC-DC变换器及系统控制电路的设计提供了理论依据。     

电路本质安全性能计算机分析方法

直流低压本质安全电路在IEC火花试验装置上进行爆炸检测时会产生电弧放电。如果将火花试验装置的电极在闭合或断开时的放电电弧看作一个非线性电阻，则可以实现电路本质安全性能的计算机辅助分析方法。介绍了电路本质安全性能计算机分析方法的评价原则；给出了3种不同性质电路(电阻、电感和电容)的电弧放电数学模型；介绍了计算机辅助分析方法的步骤以及电路本质安全性能分析的特殊问题：最后给出计算机分析软件的流程图和结果样例。为设计人员预估电路本质安全性能提供一个方便的方法。     

评价电路本质安全性能计算方法的修正

重新建立了电阻性本质安全电路电弧放电能量的计算公式 ,证明在评价电路的安全性能时 ,理论上将电阻性电路当作电感性电路的特例处理 ,存在着最大可达 1 2 .5 %的误差 实验发现当电路从电感性过渡到电阻性时 ,电弧放电开始瞬间电弧电流将突然下降 还发现对电感性电路 ,放电电流线性衰减模型仅适用于电感量为 1mH左右时的情况 最后对评价电路本质安全性能的计算方法进行了修正 图 8,参 6     

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。     

基于FPGA的Buck变换器的研究与设计

与传统的模拟控制相比,提出了一种基于Buck DC-DC变换器的电流滞环数字控制方法,通过数控芯片计算、处理采样得到的瞬时电压、电流值,将电感电流稳定在一定的滞环范围内,达到稳定输出电压的效果.分析了负载突变时电路的动态响应,给出了主电路器件参数的选择和设计方法,并制作了一台以FPGA芯片为控制核心的智能数控开关电源,验证了控制方法的可行性和理论分析的正确性.     

Buck变换器混杂动态系统的能控性和能达性

尝试在Buck变换器的能控性和能达性研究中引入混杂动态系统和切换线性系统的概念．首先建立Buck变换器的切换线性系统模型;然后根据该模型的特点,给出系统矩阵定常、输入矩阵切换的切换线性系统的能控性和能达性定义和定理,并严格证明了Buck变换器的能控性和能达性;最后讨论了能控性和能达性与输出能控性的关系,指出能控性、能达性和输出能控性是一致的,同时对Buck变换器的能控性进行实验验证,结果表明,在负载阶跃变化的情况下,变换器的输出完全可以控制并且稳定在设计值,这和Buck变换器作为切换线性系统模型的能控性分析结果是一致的．本文的研究方法也可用于其他功率变换器的能控性和能达性的研究．     

一种新型ZVT PWM Buck变换器仿真研究

介绍了一种新型零电压转换(Zero Voltage Transition,简称ZVT)脉宽调制(Pulse Width Modulated,简称PWM)Buck变换器,该Buck变换器能在整个周期范围内实现主开关管的零电压开关(ZVS)、辅助开关管的零电流开关(ZCS)和所有无源功率器件的零电压开关(ZVS);相对于硬开关Buck变换器,该新型Buck变换器的主开关和辅助开关的电压电流应力都很小.详细分析了该变换器的工作原理,并通过仿真验证了该电路的可行性.     

基于PID控制的Buck变换器仿真系统设计

建立了Buck变换器和PID控制算法的数学模型,在此模型基础上,运用C#语言设计了基于PID控制的Buck变换器仿真系统.该系统与普通的仿真系统相比,可方便地修改仿真参数,且能够形象、直观地看出改变PID参数对Buck变换器输出电压的影响,节约了实际调试的时间.     

基于PID控制的Buck变换器仿真系统设计

建立了Buck变换器和PID控制算法的数学模型,在此模型基础上,运用C#语言设计了基于PID控制的Buck变换器仿真系统.该系统与普通的仿真系统相比,可方便地修改仿真参数,且能够形象、直观地看出改变PID参数对Buck变换器输出电压的影响,节约了实际调试的时间.     

一种改进型ZCS PWM Buck变换器仿真研究

介绍了一种改进型零电流开关(Zero Current Switching,简称ZCS)脉宽调制(Pulse Width Modulated,简称PWM)Buck变换器,该Buck变换器能在整个周期范围内实现主开关管和辅助开关管的零电流开关(ZCS)和所有无源功率器件的零电压开关(ZVS),而且通过无源钳位电路彻底地消除了所有开关管的电压尖峰,并使得所有开关管的电流应力都很小.详细分析了该变换器的工作原理,并通过仿真验证了该电路的可行性.     

基于ZVRT的零电压DC/AC变换器的研究

提出一种低频方波输出的零电压DC/AC变换器,它结合了Buck DC/DC变换器和半桥DC/AC变换器的特点,合二为一,负载侧输出为低频方波信号.在低频正负半波期间,电路工作在ZVRT-BUCK变换器模式,两个开关管互为主开关管和辅助开关管.详细分析了它的工作原理和软开关情况,由于采用了ZVRT技术,两个开关管均实现了零电压通断,提高了电路效率.实验结果验证了该方案是可行的.     

一种新型的电压源换流器

为了改善轻型直流输电网络的波形质量,目前电压源换流器使用较多的高频开关器件,导致成本增高,损耗加大,限制了其实际应用.提出了一种Buck型电压源换流器(BVSC),该BVSC由一组双Buck变换器和一个工频逆变桥组成,仅用2个高频开关,即可取得较好的输出波形.为了进一步解决大功率应用时的高频开关的局限性,还提出了一种新型的双频控制Buck型电压源换流器(DBVSC),DBVSC在BVSC的基础上附加了一个双Buck变换器,使原BVSC工作在高频,仅处理谐波功率,而附加的BVSC工作在低频,处理基波功率.DBVSC既可以改善换流器输出电流波形质量,又可以减小系统损耗,提高功率等级,特别适合于大功率应用.推导了基于单周控制思想的控制方程,运用简单的控制电路实现要求,通过仿真研究,证实了理论分析的正确性.