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文献类型

2 篇 学位论文

馆藏范围

2 篇 电子文献
0 种 纸本馆藏

日期分布

学科分类号

2 篇 工学
- 2 篇 电气工程

主题

2 篇 隔离型buck-boost...
1 篇 双管buck-boost变...
1 篇 多模式平滑切换
1 篇 双沿调制
1 篇 两模式控制
1 篇 大信号模型
1 篇 输入电压前馈
1 篇 模式切换死区
1 篇 直流分布式电源系...
1 篇 小信号模型

机构

1 篇 华中科技大学
1 篇 西南交通大学

作者

1 篇 刘鹏晨
1 篇 姚川

语言

2 篇 中文

检索条件"主题词=隔离型Buck-Boost变换器"

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详细简洁

排序：

隔离型buck-boost变换器多模式平滑切换策略研究

隔离型Buck-Boost变换器多模式平滑切换策略研究

引用

作者：刘鹏晨西南交通大学

学位级别：硕士

中间母线架构直流分布式电源系统要求中间母线变换器在宽输入电压范围内实现高效率功率变换和电气隔离,四开关buck-boost(FSBB)变换器具有升降压特性、同极性输入输出电压、开关管电压应力低等优点,但不能实现电气隔离;FSBB变换器多模... 详细信息

中间母线架构直流分布式电源系统要求中间母线变换器在宽输入电压范围内实现高效率功率变换和电气隔离,四开关buck-boost(FSBB)变换器具有升降压特性、同极性输入输出电压、开关管电压应力低等优点,但不能实现电气隔离;FSBB变换器多模式工作时面临模式切换死区问题,导致输出电压产生较大纹波,甚至导致系统不稳定。在FSBB变换器基础上,本文研究了隔离型buck-boost变换器的多模式平滑切换策略,实现了平滑模式切换与良好动态响应。首先,论文利用隔离型开关单元替换FSBB变换器的buck单元或boost单元,得到了一族隔离型buck-boost变换器。以buck-全桥(buck-FB)变换器为研究对象,详细分析了buck-FB变换器工作原理和输入输出关系。针对高效率多模式控制buck-FB变换器的模式切换死区问题,建立了占空比D-占空比D坐标系,设计了具有滞环的三模式调制策略。建立了工作于CCM的buck-FB变换器交流小信号模型,得到了不同工作模式的控制-输出传递函数。然后,在具有滞环的三模式调制策略基础上,详细分析了传统线性控制策略的工作原理,考虑boost模式右半平面零点的影响,运用线性系统闭环控制理论,根据boost模式设计了PI控制器。模式切换与负载瞬态仿真结果表明,工作模式在buck-boost模式与boost模式之间切换时,传统线性控制策略出现了不稳定的振荡;为了获得更平滑的模式切换性能,需要使用较小的K或K值,这意味着较差的动态响应与繁琐的参数调优;此外,利用线性环路控制boost模式的非线性系统,难以保证系统的稳定、以及获得满足不同工作模式的统一PI参数。针对这些问题,本文提出了具有阈值比较器的非线性控制策略,在所提出的具有滞环的三模式调制策略基础上,使用阈值比较器将输出电压偏差的模拟信号转变为电平信号,数字控制器借此增减占空比,实现闭环稳压,在提高抗干扰能力的同时避免了繁琐的建模与参数优化。仿真结果表明,本文所提出的非线性控制策略可以简便有效的实现平滑模式切换与良好动态响应。最后,研制了一台16～40V输入、12V输出、功率400W、四分之一砖尺寸的实验样机,通过开环实验验证了变换器工作原理分析的正确性,通过闭环试验验证了控制策略的有效性,实验结果和理论分析、仿真结果一致。样机中的磁性元件采用了集成式平面磁技术,样机功率密度大于380W/inch,效率峰值高达95.6%。

关键词：直流分布式电源系统隔离型buck-boost变换器模式切换死区多模式平滑切换

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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

引用

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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