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重庆大学学报（自然科学版） 2013年第5期36卷 70-74,93页

作者：方炜刘晓东刘雁飞安徽工业大学电力电子与运动控制重点实验室安徽马鞍山243002 加拿大皇后大学电子与计算机工程系加拿大安大略省金斯顿市K7L3N6

为改善双管正激变换器的动态性能,利用电容电荷平衡控制原理,结合双管正激变换器在瞬态过程中的动态响应曲线,分析了如何通过控制输出电容的充电电荷和放电电荷平衡,给出了算法的理论分析和关键公式,以缩短输出电压的调节时间,减少超调... 详细信息

为改善双管正激变换器的动态性能,利用电容电荷平衡控制原理,结合双管正激变换器在瞬态过程中的动态响应曲线,分析了如何通过控制输出电容的充电电荷和放电电荷平衡,给出了算法的理论分析和关键公式,以缩短输出电压的调节时间,减少超调量。为避免隔离变压器磁饱和,采用一种近似计算的方法解决了占空比控制信号受限的问题,扩展了电荷平衡控制算法的应用范围。最后通过所研制的实验样机进行了仿真验证和实验研究,理论分析和实验结果表明,该算法能明显地改善系统的动态响应性能。

关键词：变换器电荷平衡控制瞬态响应数字控制系统

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单电感多输出开关稳压电源芯片设计

单电感多输出开关稳压电源芯片设计

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作者：李翠雯华南理工大学

学位级别：硕士

随着商用便携式电子设备的发展,体积小,重量轻和使用时间长已成为消费者的迫切要求。单电感多输出(SIMO,Single Inductor Multiple Output)直流变换器利用单个电感实现多路稳压输出,减小了PCB面积,降低生产成本,引起商业界与学术界广泛... 详细信息

随着商用便携式电子设备的发展,体积小,重量轻和使用时间长已成为消费者的迫切要求。单电感多输出(SIMO,Single Inductor Multiple Output)直流变换器利用单个电感实现多路稳压输出,减小了PCB面积,降低生产成本,引起商业界与学术界广泛的关注与研究。本论文总结了SIMO变换器的设计目标,包括减少交叉串扰,提高输出功率,提高工作效率,降低输出纹波等。与传统单输出结构相比,单电感多输出变换器有多个控制环路,增加了分析的复杂性与难度。本文对基于电荷平衡控制的降压式SIMO变换器展开稳定性分析,建立频域模型并指导设计系统补偿,建立时域开关模型验证控制器的功能与性能,并指出电荷平衡控制存在的稳定性问题。本文提出多种实现升降压特性及双极性输出的拓扑结构,对比多种结构的优劣选定其中一种结构展开稳定性分析,并设计补偿;其中,模型推导指出负压输出通道存在稳定性问题。本文还提出了占空比受限的基于比较器控制的单电感器多输出自动升降压直流变换器,所提出的占空比分配算法优化系统瞬态响应,提高串扰抑制性能。本论文使用GF 1P6M 0.18μm CMOS工艺进行电路设计并进行仿真,包括:(1)基于电荷控制的单电感多输出降压式直流变换器,输入电压3.6-4.5V,三路输出1.1V、1.8V和2.8V,最大负载电流1A,开关频率为1MHz,瞬态响应时交叉串扰最大值为0.069mV/mA,最大输出功率为4W,峰值效率91.6%;(2)基于电荷控制的单电感双输出双极性直流变换器,输入电压V=3.3V,通道一是灵活的升降压输出V=(0.8-5.5)V,通道二是负压输出V=-4.8V,开关频率1MHz,峰值效率94.7%,最大输出功率为6.5W,瞬态响应时交叉串扰最大值为0.235mV/mA;(3)占空比受限的基于比较器控制的单电感器多输出自动升降压直流变换器,输入电压V=3.3V,四路输出电压分别是V=1.8V,V=2.5V,V=3V,V=5V,峰值效率89.5%,最大功率5W,瞬态响应时交叉串扰最大值为0.038mV/mA。通过仿真,验证本文提出的优化策略的可行性;验证了稳定性分析指出的问题,说明了稳定性分析在SIMO设计过程中的必要性。

关键词：单电感多输出升降压双极性电荷平衡控制比较器控制占空比受限稳定性分析

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高降压比多相降压变换器均流控制策略研究

高降压比多相降压变换器均流控制策略研究

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作者：向天雨电子科技大学

学位级别：硕士

随着5G、云计算和人工智能行业的迅猛发展,数据中心已经成为现代社会的重要基础设施。这些应用场合通常要求为其供电的电源设备和电力电子变换器具有低输出电压、大输出电流和快速负载瞬态响应速度。多相串联电容Buck变换器具有单级功... 详细信息

随着5G、云计算和人工智能行业的迅猛发展,数据中心已经成为现代社会的重要基础设施。这些应用场合通常要求为其供电的电源设备和电力电子变换器具有低输出电压、大输出电流和快速负载瞬态响应速度。多相串联电容Buck变换器具有单级功率结构、高降压比、器件应力较小等特点,契合这些要求,本文主要探索研究了该类型变换器的均流和控制策略,保证变换器具有良好的均流特性和快速的负载瞬态响应速度。针对串联电容Buck变换器只有工作在特定的操作区域才能实现高降压比和自动均流特性,导致变换器的工作范围有限和最大输出电压较低的问题,本文首先分析了在这些操作区域变换器不能实现自动均流的原因,并在此基础之上提出了基于串联电容电荷平衡原理的均流策略,使得变换器在所有的操作区域都能实现相电流自动均衡和线性高降压比,除此之外提出的均流策略具有不需要额外电流传感器、均流精度对参数不一致现象不敏感和易于实施等优点。针对两相串联电容Buck变换器具有较多状态变量和工作模态,动态过程分析困难的问题,本文研究了基于动态均流技术的电荷平衡控制在两相串联电容Buck变换器中的应用。基于动态均流技术的电荷平衡控制在稳态时具有固定的开关频率和零稳态误差,在负载瞬态发生时采用电荷平衡控制具有最优的电压跌落\过冲和恢复时间。在瞬态过程中保持相电流的动态均流,系统的动态过程是一个二阶系统,分析难度大大降低。之后论文将基于动态均流技术的电荷平衡控制拓展到三相串联电容Buck变换器,提高了变换器的负载动态响应速度,并对串联电容Buck变换器的动态均流技术进行了总结。论文搭建了多相串联电容Buck变换器对应的实验平台,采用DSP TMS320F28379D实现对应的控制。通过仿真结果和实验结果验证了理论分析的正确性。

关键词：多相串联电容Buck变换器均流技术电荷平衡控制

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含混合储能直流微电网的大扰动暂态稳定控制策略

含混合储能直流微电网的大扰动暂态稳定控制策略

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作者：吴亚伟安徽工业大学

学位级别：硕士

近年来,由于能源危机与环境污染问题,使用清洁分布式能源的观念日益深入人心,而直流微电网作为整合分布式能源的有效手段得到快速发展。与传统的以同步发电机为主的交流电网不同,直流微电网包含容量有限的光伏、储能等原生直流单元,通... 详细信息

近年来,由于能源危机与环境污染问题,使用清洁分布式能源的观念日益深入人心,而直流微电网作为整合分布式能源的有效手段得到快速发展。与传统的以同步发电机为主的交流电网不同,直流微电网包含容量有限的光伏、储能等原生直流单元,通过电力电子接口变换器实现能量转换,这造成了直流微电网低惯性的弱电网特性。因此,当发生大幅度扰动（例如模式切换、负荷突变、短路故障等）时,直流微电网的暂态稳定性受到严重威胁,极大地影响了系统的可靠运行。针对含混合储能（Hybrid Energy Storage System,HESS）的直流微电网,论文重点对暂态稳定控制策略进行研究。首先,分析了直流微电网中光伏单元、混合储能单元以及并网变换器单元电力电子接口变换器的拓扑选择及其工作原理,研究了各接口变换器的控制方式并对其进行数学建模。然后,针对含混合储能直流微电网系统的能量管理问题,提出一种暂态稳定协调控制策略。根据光伏单元的输出特性、蓄电池的荷电状态（State of Charge,So C）、负荷的功率需求以及电网状态等本地单元信息,确保当暂态扰动发生时能够快速确定各接口变换器的工作状态并实现各状态间的平滑切换;当直流母线发生短路故障时,利用超级电容能够快速实现短路故障穿越,以维持直流母线电压的稳定。通过仿真验证了所提暂态稳定协调控制策略的可行性。最后,针对负荷突变时实现直流母线电压的快恢复问题,提出一种基于电容电荷平衡控制（Charge Balance Control,CBC）的非线性暂态稳定改进策略。当负荷发生大扰动时,针对混合储能中的超级电容接口Buck/Boost变换器,利用所提暂态稳定改进策略能够在更小的时间尺度上实现直流母线电压的快恢复,并且能达到超级电容降容的目的,从而降低投资成本。通过仿真及实验验证了所提直流微电网暂态稳定改进策略的可行性与优越性。

关键词：直流微电网混合储能暂态稳定性协调控制电荷平衡控制

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