检索结果-内蒙古大学图书馆

电工电能新技术 2017年第9期36卷 80-88页

作者：王皓界韩民晓 Josep M.Guerrero 华北电力大学电气与电子工程学院北京102206 奥尔堡大学能源技术系

本文对孤立直流微电网动态特性进行了分析,并提出了改善策略。在孤网条件下,电压主要靠系统中基于储能的DC/DC变换器进行控制,因此多DC/DC变换器动态特性即可反应系统全局的动态特性。本文中各DC/DC变换器采用Ⅰ-Ⅴ下垂控制,并以负载的... 详细信息

本文对孤立直流微电网动态特性进行了分析,并提出了改善策略。在孤网条件下,电压主要靠系统中基于储能的DC/DC变换器进行控制,因此多DC/DC变换器动态特性即可反应系统全局的动态特性。本文中各DC/DC变换器采用Ⅰ-Ⅴ下垂控制,并以负载的变化量为输入,变换器输出电流、占空比及母线电压为状态变量对多DC/DC变换器进行了大信号模型的建立。基于上述模型,本文对输出电流动态特性的影响因素进行了根轨迹分析,最后提出自适应P控制策略以提高直流微电网中的动态特性。最后通过仿真对提出的模型及控制策略进行了验证。

关键词：直流微电网动态特性多DC/DC变换器大信号模型自适应P控制

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适用于宽输入电压范围的Buck-Boost直流变换器及其控制策略的研究

适用于宽输入电压范围的Buck-Boost直流变换器及其控制策略的研究

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作者：姚川华中科技大学

学位级别：博士

双管Buck-Boost变换器具有升降压功能、输入输出极性相同、无源元件少以及开关器件电压应力低等诸多优点,已在很多宽输入电压范围场合得到应用。但是该变换器不具有电气隔离功能,且在实现高效率的两模式控制策略下,其输出电压只能限定... 详细信息

双管Buck-Boost变换器具有升降压功能、输入输出极性相同、无源元件少以及开关器件电压应力低等诸多优点,已在很多宽输入电压范围场合得到应用。但是该变换器不具有电气隔离功能,且在实现高效率的两模式控制策略下,其输出电压只能限定在输入电压范围内。为此,本文研究具有电气隔离功能的Buck-Boost变换器的电路拓扑及其控制策略,实现高的变换效率和良好的动态响应,以适应宽输入电压范围且同时要求电气隔离的场合,如光伏发电系统、燃料电池供电系统和分布式电源系统等。本文主要包括三部分。第一部分为第二章,详细分析双管Buck-Boost变换器的两模式控制方法,为隔离型Buck-Boost变换器的研究打下基础和提供思路。该章首先从减小电感电流平均值的角度出发,推导出双管Buck-Boost变换器的两模式控制,即当输入电压分别高于和低于输出电压时,变换器分别工作在Buck和Boost模式。与单模式控制相比,两模式控制可以有效减小变换器的导通损耗和开关损耗,实现变换器在整个输入电压范围内的高效率变换。为了实现双管Buck-Boost变换器两个工作模式的自动切换,第二章对双调制信号-单载波的两模式控制方法进行了分析,并给出了工作模式自动平滑切换的条件。此外,第二章还建立了两模式控制方法下双管Buck-Boost变换器的小信号模型,进行了相应的闭环设计,并在一台输入250V-500V、输出360V、额定功率6kW的双管Buck-Boost变换器原理样机上进行了实验验证。第二部分为第三章,在双管Buck-Boost变换器的基础上推导出一族隔离型Buck-Boost变换器,并以全桥-Boost变换器为例,提出了其模式自动切换的高效率控制方法。高效率控制方法主要包括1)两模式控制：高输入电压区间和低输入电压区间全桥-Boost变换器分别工作在全桥和Boost模式,以减小电感电流平均值,从而减小导通损耗：2)基于移相控制的双沿调制：移相控制可以实现全桥单元开关管的零电压开关,以减小开关损耗,而且考虑到谐振电感(含变压器漏感)导致的占空比丢失,全桥和Boost单元只有分别采用前沿和后沿调制才能使电感电流脉动最小,进一步减小导通损耗；3)双频控制：在折算到变压器副边的输入电压和输出电压接近的工作区间,由于电感电流脉动很小,为此可将Boost单元的开关频率降低为原开关频率的1/(2N+1),N为正整数,以进一步减小变换器的开关损耗,并避免变压器的直流磁化：进一步,将所提出的高效率控制方法和双调制-单载波控制方法结合在一起,可以同时实现变换器整个输入电压范围内的高效率变换和工作模式的自动平滑切换。第三章还讨论了变压器变比的优化设计,建立了模式自动切换高效率控制方法下全桥-Boost变换器的小信号模型,并进行了相应的闭环设计。同样的,在一台输入电压250V～500V、输出电压360V、额定功率6kW的全桥-Boost变换器原理样机上验证了所提出的模式自动切换高效率控制方法的有效性。第三部分为第四章,研究全桥-Boost变换器的输入电压前馈方法以减小输入电压扰动对输出电压的影响,提高变换器的动态特性。该章首先推导了全桥-Boost变换器不同工作模式下的输入电压前馈函数。进一步,考虑前馈函数的小信号和大信号实现方式,分别提出了加入小信号和大信号输入电压前馈的模式自动切换控制策略。采用这两种控制策时,全桥-Boost变换器都能实现工作模式和相应输入电压前馈函数的同时自动选择,从而同时保证变换器的高效率变换和良好的动态响应。小信号和大信号输入电压前馈都能有效抑制输入电压扰动对输出电压的影响,相比较而言,大信号输入电压前馈实现方式较复杂,但对输入电压扰动的抑制效果更好,模式切换更为平滑。此外,第四章还将加入小信号和大信号输入电压前馈的模式自动切换控制策略应用到双管Buck-Boost变换器中,并分别在双管Buck-Boost变换器和全桥-Boost变换器的原理样机上进行了相应的实验验证。

关键词：双管Buck-Boost变换器隔离型Buck-Boost变换器两模式控制双沿调制输入电压前馈小信号模型大信号模型

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用于微波功率器件的层级式片上功率合成技术

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微电子学 2008年第5期38卷 691-696页

作者：黄伟严利人周卫清华大学信息科学与技术国家重点实验室(筹) 清华大学微电子学研究所北京100084

提出了一个包含版图分布参数和引线寄生参数在内的微波功率HBT的宏模型,建立了通过微波仿真进行器件结构优化的技术方法。基于以上模型和方法,较为全面地评估了实际器件中各寄生参数对器件输出功率的影响,继而提出了片上功率合成的层级... 详细信息

提出了一个包含版图分布参数和引线寄生参数在内的微波功率HBT的宏模型,建立了通过微波仿真进行器件结构优化的技术方法。基于以上模型和方法,较为全面地评估了实际器件中各寄生参数对器件输出功率的影响,继而提出了片上功率合成的层级式技术方案。数值计算指出,采用该方案,在相同版图面积并且器件的线性度等关键性指标得到保证的情况下,可有效地提高SiGe HBT的功率容量。

关键词：微波功率器件大信号模型 SiGe HBT 功率合成

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基于反馈线性化的单相逆变器及其无互联线并联控制技术研究

基于反馈线性化的单相逆变器及其无互联线并联控制技术研究

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作者：姚玮浙江大学

学位级别：博士

电力电子技术作为电能控制与变换的主要技术手段，在当今社会提倡节能、环保以及低碳经济的主题下，被赋予了前所未有的重要使命。逆变器及其并联控制技术是电力电子技术的一个重要组成部分，是实现交流供电系统高质量和高可靠性的关键... 详细信息

电力电子技术作为电能控制与变换的主要技术手段，在当今社会提倡节能、环保以及低碳经济的主题下，被赋予了前所未有的重要使命。逆变器及其并联控制技术是电力电子技术的一个重要组成部分，是实现交流供电系统高质量和高可靠性的关键，在新兴的分布式发电及可再生能源系统中也均扮演了非常重要的角色，所以一直是工业界和学术界研究的热点。随着逆变器应用领域的日新月异以及数字控制技术的飞速发展，要求逆变器能够在各种复杂条件下均具有良好的动静态性能、抗扰动能力及冗余可靠性，这就对逆变器的独立运行和并联运行相关控制技术提出了更高和更全面的要求。本文针对单相逆变器的控制策略及其无互联线并联系统控制的关键问题进行了深入的研究与讨论。\n 本文在对传统电压源逆变器模型及其控制特性进行研究的基础上，指出了传统逆变器控制设计中依据稳态工作点附近线性化的小信号模型通常不能解决其在大信号下扰动的问题。通过对单相全桥逆变器的仿射非线性系统模型研究，从理论上证明了单相全桥逆变器能够通过反馈补偿实现系统的精确线性化.提出了一种基于逆变器大信号模型的反馈线性化设计方法，通过研究逆变器的动态方程设计并推导了其控制器模型，利用反馈线性化实现了系统各扰动变量的解耦，从而能够保证逆变器在大信号扰动下仍具有良好的动静态性能，并有效地解决了逆变器控制系统内部参数的摄动与外部参数的扰动对其输出性能的影响。\n 本文针对逆变器无互联线并联控制技术中仍存在的缺陷和问题展开研究，通过分析并联系统环流产生的机理，对传统下垂法中的启动控制、调节精度以及调节速度三个关键环节分别提出了改进控制策略。针对系统启动阶段的输出一致性要求，提出了一种全数字启动控制方法，不仅抑制了启动环流，还提高了下垂法在并联系统启动阶段控制的有效性。针对基于下垂法的频率调节误差对于逆变器并联系统中有功环流及无功环流的影响，提出了一种基于变斜率控制的下垂法调频方法，相比传统调频方法具有更高的精度和连续性，并能有效减小并联母线频率的波动。本文还通过过研究并联功率计算带宽对下垂法控制动态响应的影响，指出了功率计算环节是制约传统下垂法动态性能的“瓶颈”，提出了一种基于二阶广义积分器的数字功率算法，有效改善了线性负载下无互联线并联系统功率调节的响应速度和稳定性。\n 针对传统下垂法在连线阻抗不平衡时无法实现逆变器并联输出功率均衡的问题，本文研究了不同系统阻抗条件下逆变器并联时输出的有功功率和无功功率及其变化规律，提出了一种基于虚拟复阻抗的瞬时调节方法，并通过改造逆变器固有输出阻抗，提出了一种能够实现功率解耦的改进下垂法控制器，不仅实现了系统基波环流和谐波环流的有效抑制，而且能够明显减小系统因连线阻抗不均及复阻性所造成的功率调节误差。\n 最后，本文针对基于下垂法控制的无互联线逆变器并联系统小信号模型进行了研究，指出了传统逆变器并联小信号建模时由于忽略公共点电压特性而导致的模型准确度降低问题，提出了以公共点电压特性作为区分条件，并根据小信号扰动下母线电压刚性和非刚性两种情况，分别建立了相应的统一小信号模型，同时根据参数变化时系统特征方程根轨迹的变化情况，研究了并联系统的稳定性及动态性能。

关键词：逆变器大信号模型反馈线性化无互联线并联下垂法连线阻抗小信号模型

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基于神经网络的微波射频MOSFET器件建模

基于神经网络的微波射频MOSFET器件建模

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作者：李寿林华东师范大学

学位级别：博士

随着无线通信技术的不断发展,射频集成电路在其中扮演越来越重要的角色。CMOS工艺已经成为制作可靠的射频电路最合适的工艺之一,CMOS工艺的不断进步已经使MOSFET器件具有良好的微波射频性能。相对比其它工艺,CMOS工艺还具有制造工艺成... 详细信息

随着无线通信技术的不断发展,射频集成电路在其中扮演越来越重要的角色。CMOS工艺已经成为制作可靠的射频电路最合适的工艺之一,CMOS工艺的不断进步已经使MOSFET器件具有良好的微波射频性能。相对比其它工艺,CMOS工艺还具有制造工艺成熟、成本低、功耗低、集成度高、模拟／数字兼容性好和按比例缩放特性一致等优势。为了确保所需频段的电路性能和缩短研制时间,器件模型是一个非常关键的因素。神经网络作为一种非传统建模方法已经广泛用于射频/微波计算机辅助设计。传统建模方法中的数值建模方法通常计算非常耗时；而分析方法在表征新的器件时存在较大的困难；经验模型在适用器件范围和模型精度都是有限的。相对比上述传统建模方法而言,神经网络建模方法是可供选择的有效方法,而且神经网络建模方法比传统建模方法更能适应新器件模型的开发。本论文的主要目的就是研究基于神经网络的MOSFET器件建模,主要内容包括： MOSFET器件表征及主要建模方法汇总。研究了MOSFET器件结构及其工作原理、MOSFET器件的高频特性及其表征。总结了各种MOSFET器件建模方法,重点分析了各种基于神经网络的器件建模方法。基于神经网络的MOSFET器件小信号建模技术研究。研究了MOSFET器件的测试结构及去嵌方法、小信号等效电路模型及参数提取方法。利用直接参数提取方法提取小信号模型参数并优化,建立了偏置相关的经验模型。提出一种基于神经网络-空间映射技术的MOSFET偏置相关的小信号建模方法,利用所提出的方法对130纳米工艺MOSFET器件进行小信号建模,在频率100MHz-40GHz范围内,模拟结果和测量结果吻合很好。基于神经网络的MOSFET器件直流建模技术研究。提出了两种基于神经网络-空间映射技术的MOSFET直流特性建模的方法：第一种方法利用传统的神经网络-空间映射技术对直流特性建模也称之为Neuro-SM模型；第二种方法是将传统神经网络-空间映射技术与先验知识注入及源差分法结合起来也称之为NSM-PKI-D模型。推导了上述两种方法中MOSFET器件跨导和漏导的公式。漏电流特性、跨导和漏导的模拟和测量结果比较证明了我们模型的有效性。基于神经网络的MOSFET器件大信号建模技术研究。提出了一种将等效电路和神经网络-空间映射建模技术相结合的MOSFET大信号建模方法,该方法不仅保持了模型各部分的物理含义,而且结合了神经网络-空间映射建模技术的优势。为了解决DC/AC色散问题,两个基于神经网络-空间映射的Neuro-SM模型分别用来模拟在直流和射频不同情况下的漏电流。栅长为0.13μm、单栅指的栅宽为5μm、共20个栅指的MOSFET器件的直流及各种不同偏置点下小信号和大信号模拟结果与数据的比较验证了我们模型的有效性。与经验模型的比较进一步验证了我们的模型具有更好的精度。

关键词：神经网络空间映射 MOSFET 器件建模参数提取小信号建模大信号模型射频建模

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微波氮化镓功率器件机理及其模型研究

微波氮化镓功率器件机理及其模型研究

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作者：贾永昊电子科技大学

学位级别：博士

在当前电子信息产业中,射频功率器件占有重要地位。第三代宽禁带半导体氮化镓（GaN）是继硅（Si）、砷化镓（GaAs）之后最重要的半导材料之一,在雷达、通信、电力电子、光学等方面已获得广泛应用,在近年来迅速发展的5G、物联网（IoT）... 详细信息

在当前电子信息产业中,射频功率器件占有重要地位。第三代宽禁带半导体氮化镓（GaN）是继硅（Si）、砷化镓（GaAs）之后最重要的半导材料之一,在雷达、通信、电力电子、光学等方面已获得广泛应用,在近年来迅速发展的5G、物联网（IoT）、无线充电、无人机等领域也有巨大的应用前景。GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）是基于GaN材料的有源器件,在微波功率器件领域具有很高的研究价值,但相关技术仍未成熟。GaN HEMT器件建模是通过对器件的表征进而分析器件机理,建立准确表征器件性能的过程,可用于器件设计和结构优化。此外,GaN HEMT器件模型还是射频功率电路设计的灵魂,对射频电路的设计优化起着至关重要的作用。随着GaN HEMT器件的应用向更高频段扩展,传统低频段建立的GaN HEMT器件模型难以适用于微波毫米波频段。又由于其较为复杂的自热效应、陷阱效应和高压工作特性,GaN HEMT大信号精确建模成为目前氮化镓技术的研究热点。本文从超宽带小信号模型出发,分别对自热效应、陷阱效应、栅电容模型开展了深入研究,主要研究内容及其创新点如下:*** HEMT超宽带小信号等效电路模型研究。针对目前W波段超宽带小信号模型中存在寄生参数难以精确提取的问题。本文提出了一种易于准确提取寄生参数的超宽带小信号模型,并针对该小信号模型,提出一种由外而内的分步寄生参数提取方法。验证结果表明本文的方法可以提高模型参数提取效率,并可使得模型适用频带范围从原来的40GHz扩展到110GHz,实现高频频段模型精度提升大于30%。*** HEMT自热效应研究。针对目前GaN HEMT器件缺少易于嵌入大信号紧凑型模型中的缩放热阻模型。本文提出了一种物理基的通用热阻模型。该模型包含器件所有结构参数（栅长、栅宽、有源层厚度、衬底厚度、栅极间距、源极金属间距、各层热导率、有无通孔等）,从而可适用于不同结构和尺寸的器件,易于嵌入到目前使用的GaN HEMT器件大信号模型中。其中对于通孔的研究属于GaN HEMT紧凑型模型的首次考虑。验证结果表明,热阻模型误差小于5%。*** HEMT陷阱效应研究。针对缓冲层陷阱效应导致的电流崩塌现象,已报道的文章中指出该类陷阱效应发生在漏极接触区,但是本文经过研究发现该类陷阱效应发生在栅下近漏极区,同时发现在一定的漏压下,热电子会被缓冲层陷阱捕获,从而在缓冲层产生负电势,而这一负电势会导致器件的阈值电压漂移,最终导致了缓冲层电流崩塌现象。进一步地,本文还提出了一种全物理基的阈值电压模型,该模型有效的解释了MVSG、ASM-HEMT等模型中S22实测数据和仿真数据差距较大的原因。验证结果表明,模型在低频（频率小于5GHz）下的S22参数的精度提高了20%以上。*** HEMT器件栅电容模型研究。针对目前MVSG模型和ASM-HEMT模型在高压条件下非线性电容不准确的问题,本文开展了本征电容和边缘电容的精确建模研究。对于本征电容部分,本文考虑了电流饱和效应。对于边缘电容部分,本文考虑了边缘电容划分和高电压作用,给出了解析边缘电容表达式。最后本文给出了模型大信号验证结果,得出了精确的大信号模型负载牵引匹配结果。最后,本文将上述创新点应用到了基于国产6 inch GaN工艺线的X波段MMIC中。晶体管物理基模型采用了分步寄生参数提取方法,集成了通用热阻模型、阈值电压模型、栅电容模型。验证结果表明,该物理基模型预测功放MMIC的输出功率、增益误差在3.5%以内。本文工作对于高功率氮化镓MMIC精确设计和优化有着重要的指导意义。

关键词：氮化镓高电子迁移率晶体管自热效应陷阱效应栅极电容模型大信号模型

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直流微电网动态特性分析与控制

直流微电网动态特性分析与控制

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作者：王皓界华北电力大学(北京)

学位级别：博士

以可再生能源为主的分布式发电方式为缓解环境压力、应对能源紧张提供了一种有效的途径,但是直接将分布式电源接入主电网可能会对主电网的稳定性和电能质量造成影响。实践和研究表明,微电网是利用分布式发电供能的最有效方式。微电网可... 详细信息

以可再生能源为主的分布式发电方式为缓解环境压力、应对能源紧张提供了一种有效的途径,但是直接将分布式电源接入主电网可能会对主电网的稳定性和电能质量造成影响。实践和研究表明,微电网是利用分布式发电供能的最有效方式。微电网可以分为交流微电网与直流微电网,与交流微电网相比,直流微电网不存在相位、频率及无功等问题,且更易接入分布式电源与直流负载,因此优势更加明显。直流微电网动态特性对直流微电网的稳定性、电能质量有较大影响,因此本文的研究工作主要围绕孤网下的直流微电网动态特性展开,并对直流微电网上层控制进行了研究。首先针对系统中只有一台DC-DC变换器稳压的场景进行研究。由于三相交错 DC-DC 变换器(Three-phase Interleaved DC-DC Converter,TIDC)动态特性好,为了对其动态特性进行分析并进一步改善其性能,本文设计了三相交错DC-DC变换器100kW样机,并对其控制策略进行了研究。在样机实际运行时,大容量负载突变仍然会引起较大的直流母线电压暂升或暂降,因此本文对样机的动态特性影响因素进行了分析,提出了改善其动态特性的前馈控制策略,通过在动态过程中优化电压环输出的参考电流及前馈环节的动作时间,使其响应速度得到明显提升,有效抑制直流母线电压的暂升或暂降。其次,对于系统中并联运行的DC-DC变换器,可采用下垂控制策略在保证直流母线电压稳定的情况下实现其均流。根据下垂特性输入量和输出量的不同,可将下垂控制分为基于虚拟阻抗的下垂控制(Virtual Impedance Based Droop Control,VIBDC)和嵌入式下垂控制(Embedding Droop Control,EDC)。鉴于已有文献在研究中对两种下垂控制的区分不明显,本文规范了两种下垂控制的概念,并针对直流微电网中基于下垂控制的多并联DC-DC变换器,提出了一种新的大信号建模方法,基于此方法建立了可用于分析VIBDC法及EDC法动态特性的状态空间数学模型,模型消去了初始的稳态变量,最后得到状态变量全部是动态过程变化量,包括直流母线电压、各变换器输出电流及各变换器占空比,而输入量为系统负载电流的变化量,从而可以用于分析系统由一个稳态过渡到另一个稳态的中间动态过程。为填补两种下垂控制比较方面的研究空白,本文基于提出的模型,利用根轨迹法对VIBDC法和EDC法的动态特性进行了比较。由于EDC法的动态特性较好,因此本文对EDC法动态特性的影响因素及不同变换器间的动态特性耦合情况进行了分析,基于分析结果,提出一种新的含占空比前馈补偿环节的自适应比例积分(Proportional and Integral,PI)控制策略,在动态过程前期利用较大的比例参数快速缩小误差、消除振荡,在后期减小比例参数快速消除误差并保证输出电流的稳态特性,并且电流内环中的占空比前馈补偿环节可有效防止PI参数返回正常值时引起的电压与电流振荡。本文提出的含占空比前馈补偿环节的自适应PI控制策略可显著提高直流微电网中各DC-DC变换器的响应速度、减少电压在动态过程中的波动量及恢复时间,从而有效改善直流微电网动态特性。再次,由于传统的离散动态一致性算法在通信拓扑发生变化时会使已经收敛的平均值会发生暂态振荡,本文对离散动态一致性算法进行了改进,在保证收敛速度及动态收敛特性的前提下,不受通信拓扑变化的影响。最后,由于已有的上层控制策略主要都是基于VIBDC法,而很少涉及基于EDC法,因此本文提出了一种新的基于EDC法的上层控制策略,在第二层控制中利用提出的动态一致性算法,通过下垂参数的自适应调节实现电流的精确分配,同时消除下垂控制引起的直流母线电压平均值与额定值之间的偏差。第三层控制根据第二层控制得到的下垂特性电压参考值补偿量的平均值,对下垂特性进行自适应调整,从而使各变换器都运行在最大效率点附近,减少系统的全局损耗。与传统方法相比,其通信量大为减少,且实时性更好,响应速度更快,填补了基于EDC法上层控制的研究空白。对于变换器与电池相连应用场景,本文还在第三层优化中加入了电池管理环节,使各电池剩余电量(State of Charge,SoC)都保持在全局平均值附近,实现SoC平衡。

关键词：直流微电网三相交错DC-DC变换器动态特性分析与改善大信号模型下垂控制上层控制

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AlGaAs/GaAs HBT的大信号模拟和低频噪声研究

AlGaAs/GaAs HBT的大信号模拟和低频噪声研究

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作者：廖小平东南大学

学位级别：博士

该论文在国内首次研究了AlGaAs/GaAs HBT大信号特性、非线性特性和低频噪声特性,并且率先对应用在微波通讯领域中的HBT MMIC VCO及其相位噪声进行了研究.

关键词：大信号模型低频噪声相位噪声电压控制振荡器异质结晶体管

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车载综合电力系统大信号失稳预测

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兵器装备工程学报 2020年第12期41卷 143-148页

作者：高强袁东刘春光魏曙光陆军装甲兵学院兵器与控制系北京100072

针对车载综合电力系统因自身“弱惯性”而易失稳但又不确定失稳边界的问题,建立了计及DC/DC变换器、轮毂电机负载在内的车载综合电力系统大信号模型,利用混合势函数理论推导了系统的稳定域,并探究了DC/DC变换器电压外环控制器比例系数K... 详细信息

针对车载综合电力系统因自身“弱惯性”而易失稳但又不确定失稳边界的问题,建立了计及DC/DC变换器、轮毂电机负载在内的车载综合电力系统大信号模型,利用混合势函数理论推导了系统的稳定域,并探究了DC/DC变换器电压外环控制器比例系数Kp、电机负载功率突变值ΔPload对系统稳定边界的影响规律,通过硬件在环仿真实验对以上理论分析的正确性进行了验证。研究结果表明:在系统电气参数确定的条件下,系统稳定域主要由Kp、ΔPload两个参数决定;相同条件下,减小ΔPload有利于增大系统稳定域;在Kp小于0.4时,增大Kp可以有效增大系统稳定域,提高系统带载能力。通过该稳定域能够有效预测车载综合电力系统的稳定状态。

关键词：车载综合电力系统 DC/DC变换器大信号模型稳定域硬件在环仿真

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电流控制型DC-DC级联系统大信号稳定性关键问题研究

电流控制型DC-DC级联系统大信号稳定性关键问题研究

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作者：杜韦静浙江大学

学位级别：博士

随着电子信息技术和新能源技术的不断发展,直流分布式电源系统以其独特的优势受到学术界的热切关注,并广泛应用于电动汽车、计算机系统、医疗电子设备以及电信行业等领域。在带来诸多好处的同时,庞大的规模及复杂的结构不仅使系统的稳... 详细信息

随着电子信息技术和新能源技术的不断发展,直流分布式电源系统以其独特的优势受到学术界的热切关注,并广泛应用于电动汽车、计算机系统、医疗电子设备以及电信行业等领域。在带来诸多好处的同时,庞大的规模及复杂的结构不仅使系统的稳定性问题凸显,还给稳定性设计带来了很大的难度,若想将其作为整体进行稳定性分析几乎不可能。针对这一重要学术难题,国内外学术界从直流分布式电源系统最基本的连接形式——级联系统入手,基于小信号分析方法取得了一定的理论成果,但仅限于对系统稳态工作点附近的稳定性情况进行研究,不适用于大信号扰动的情况。因此,为全面分析系统的稳定性,深入理解和改善系统在大信号扰动下的运行情况,提高系统的可靠性,极有必要从大信号角度出发,结合非线性理论建立相应的研究方法对级联系统稳定性进行分析。本文从大信号的研究角度出发,结合回转器理论和相关的非线性研究方法对DC-DC级联系统大信号稳定性问题进行了深入探讨,主要包含以下内容：在对现有大信号模型进行对比研究的基础上,本文基于回转器理论为电流模式控制型DC-DC变流器建立了统一的大信号模型。该模型克服了现有大信号模型复杂、难以应用于理论分析的缺点,实现了降阶,输入-输出表达式简单,且仅采用单环反馈即可实现电流模式控制的功能,为后续理论分析提供了便利。由于回转器理论的基础是能量守恒定律,故该模型具有普适性,仅需修改一个参数的数值即可实现对不同拓扑变流器的建模分析。在较好地反映原变流器大信号特性的同时,该模型还能够正确反映系统在平衡点附近的小信号特性。模型的简便性、普适性、结构统一性和完备性为理论分析系统稳定性奠定了良好的基础,也为解析形式大信号稳定性判据的提出提供了可能。在DC-DC级联系统稳定性分析方面,本文采用李雅普诺夫线性化方法及混合势函数理论分别对级联系统的小信号和大信号稳定性进行了探讨。出于简化分析的目的,采用回转器统一大信号模型和恒功率负载分别对系统中的源、负载变流器进行替代。基于该简化级联系统及李雅普诺夫线性化方法,本文提出了解析形式的小信号稳定性判据。该判据仅需较少的参数即可对稳定性情况进行判断,避免了复杂的阻抗计算过程。同时,本文基于混合势函数理论得到了级联系统在大信号扰动下保持稳定运行所需满足的充分条件,即解析形式的大信号稳定性判据。由于分析时基于相同的简化系统模型,故可将大、小信号判据合二为一,得到了级联系统的统一稳定性判据。当该判据成立时,系统在大、小信号扰动下均能稳定运行,从而使设计过程得以简化。同时,本文对负载变流器响应速度较慢、不具备等效为恒功率负载条件的级联系统稳定性也进行了研究,并得到了相似的结论。为方便应用,仍可采用上述统一稳定性判据对该类级联系统进行分析。本文第四章将提出的回转器统一大信号模型和级联系统大信号稳定性理论研究成果应用于直流母线补偿技术领域,提出了一种直流母线电压补偿控制策略。该策略从大信号的研究角度出发,根据级联系统的具体情况对其进行补偿。且该策略由混合势函数理论的稳定性定理推导得出,从理论上保证了加入补偿装置后整个系统在大信号扰动下的稳定性。此外,该控制策略还具有一定的普适性,能够达到较好的补偿效果。

关键词：直流分布式电源系统级联系统大信号稳定性回转器大信号模型李雅普诺夫线性化方法混合势函数理论母线补偿

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