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二次型boost变换器的控制技术研究

二次型Boost变换器的控制技术研究

作者：黄影西南民族大学

学位级别：硕士

随着新能源技术的飞速发展,以及新能源应用领域的日益扩大,太阳能、燃料电池等新能源发电系统对DC-DC转换器的输入电压范围有了更高的要求。传统DC-DC转换器要在较大的输入电压范围内维持稳定,其占空比也必须在相对较大的范围内改变,导... 详细信息

随着新能源技术的飞速发展,以及新能源应用领域的日益扩大,太阳能、燃料电池等新能源发电系统对DC-DC转换器的输入电压范围有了更高的要求。传统DC-DC转换器要在较大的输入电压范围内维持稳定,其占空比也必须在相对较大的范围内改变,导致控制器设计复杂,系统稳定性较差等问题。二次型boost变换器仅使用单个开关管即可实现与占空比成平方关系的电压增益,在同样的占空比范围内,比传统boost变换器具有更宽的输入电压范围,从而降低了控制系统的设计难度。同时,新能源发电系统输出电压大范围的波动也对电路的负载瞬态响应速度提出了更高的要求。因此,研究具有快速负载瞬态响应速度的二次型boost变换器控制技术具有重要意义。论文以二次型boost变换器为研究对象,分析其在连续导电模式(continue conduction mode,CCM)下的工作原理,以及电压型(voltage mode,VM)控制二次型boost变换器的工作原理。在此基础上,推导主电路的占空比表达式,并设计主电路参数。利用状态空间平均法,推导主电路的状态空间平均模型,建立VM控制二次型boost变换器的小信号模型,得到其环路增益传递函数,基于Bode图进行频域分析。最后,搭建VM控制二次型boost变换器的仿真电路和实验电路,通过仿真与实验结果分析VM控制二次型boost变换器的负载瞬态响应速度。为提高二次型boost变换器的负载瞬态响应速度,基于输出电容电流快速反应输出电流变化的特性,提出电容电流(capacitive current,CC)控制二次型boost变换器。分析CC控制二次型boost变换器的工作原理,建立其小信号模型,推导控制-输出环路增益传递函数,基于CC控制和VM控制二次型boost变换器的控制-输出环路增益传递函数Bode图,对比分析CC控制和VM控制二次型boost变换器的负载瞬态响应速度。最后,搭建CC控制二次型boost变换器的仿真电路和实验电路,通过仿真和实验对理论分析得出的结论进行验证。为进一步提高二次型boost变换器的负载瞬态响应速度,基于单周(one-cycle,OC)控制仅在一个开关周期内就能使开关变量的平均值精确地跟踪控制参考信号,提出电流型单周(current mode one-cycle,CM-OC)控制二次型boost变换器。分析CM-OC控制二次型boost变换器的电路结构与工作原理,建立其小信号模型,推导控制-输出环路增益传递函数,基于CC控制和CM-OC控制二次型boost变换器的控制-输出环路增益传递函数Bode图,对比分析CC控制和CM-OC控制二次型boost变换器的负载瞬态响应速度。最后,搭建CM-OC控制二次型boost变换器的仿真电路,通过仿真对理论分析得出的结论进行验证。

关键词：二次型boost变换器电压型控制电容电流控制电流型单周控制小信号模型负载瞬态响应速度

二次型boost变换器工作模式及输出电压纹波分析

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电工技术学报 2014年第8期29卷 110-118页

作者：杨平许建平董政周国华西南交通大学电气工程学院成都610031

根据二次型boost变换器输入电感和储能电感的工作模式,划分了二次型boost变换器的工作模式区域,并分析了不同能量传输模式时输出电压的纹波特性。根据储能电感电流谷值与输出电流的关系,分析了二次型boost变换器在开关管关断期间的能量... 详细信息

根据二次型boost变换器输入电感和储能电感的工作模式,划分了二次型boost变换器的工作模式区域,并分析了不同能量传输模式时输出电压的纹波特性。根据储能电感电流谷值与输出电流的关系,分析了二次型boost变换器在开关管关断期间的能量传输模式:完全电感供能模式(CISM)和不完全电感供能模式(IISM),得出了CISM与IISM的临界电感值和临界工作条件。当储能电感工作于连续导电模式(CCM)时,二次型boost变换器既可以工作于CISM,也可以工作于IISM;当储能电感工作于不连续导电模式(DCM)时,二次型boost变换器只能工作于IISM。对于给定输入电感、负载、电容和开关频率的二次型boost变换器,当储能电感工作于CCM-CISM模式时,输出电压纹波最小,输出电压纹波仅由开关管导通期间输出电容电压的下降幅度决定,与储能电感无关;而当储能电感工作于DCM-IISM模式时,输出电压纹波最大,输出电压纹波随着储能电感的减小而增大。最后,通过试验装置验证了理论分析的正确性。

关键词：二次型boost变换器临界电感值输出电压纹波能量传输模式

电流控制二次型boost变换器的动力学研究

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物理学报 2013年第16期62卷 37-44页

作者：杨平许建平何圣仲包伯成磁浮技术与磁浮列车教育部重点实验室西南交通大学电气工程学院成都610031 常州大学信息科学与工程学院常州213164

通过对二次型boost变换器开关状态的完整描述,推导了两个电感电流边界,建立了电流控制二次型boost变换器的分段光滑迭代映射模型.对比分析了以输入电感电流或储能电感电流作为电流反馈量的非线性分岔行为.通过稳定性和工作模式分析,得... 详细信息

通过对二次型boost变换器开关状态的完整描述,推导了两个电感电流边界,建立了电流控制二次型boost变换器的分段光滑迭代映射模型.对比分析了以输入电感电流或储能电感电流作为电流反馈量的非线性分岔行为.通过稳定性和工作模式分析,得到了电流控制二次型boost变换器从稳定的周期1工作状态到次谐波振荡状态转移以及从电感电流不连续导电模式到连续导电模式转移的条件,并采用参数空间映射图,对二次型boost变换器的工作状态域进行了估计.设计了实验电路,由实验结果证明了不同的参数变化有着不同的分岔路由,存在工作模式转移现象,电流控制二次型boost变换器呈现复杂的动力学行为,实验结果验证了理论分析的正确性.

关键词：二次型boost变换器开关状态模式转移边界碰撞分岔

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峰值电流控制二次型boost变换器

电工技术学报 2011年第5期26卷 101-107页

作者：杨平许建平张士宇王金平西南交通大学电气工程学院成都610031

二次型boost变换器因其具有宽输入电压范围特性而得到广泛关注。与传统boost变换器相比,二次型boost变换器含有两个LC滤波器,呈现四阶动力学特性。本文提出将二次型boost变换器输入电感电流和输出电容电压作为反馈信号的峰值电流控制策... 详细信息

二次型boost变换器因其具有宽输入电压范围特性而得到广泛关注。与传统boost变换器相比,二次型boost变换器含有两个LC滤波器,呈现四阶动力学特性。本文提出将二次型boost变换器输入电感电流和输出电容电压作为反馈信号的峰值电流控制策略,简化了控制环路设计。实验结果验证了峰值电流控制二次型boost变换器具有瞬态特性好、输出电压纹波小等优点。

关键词：二次型boost变换器峰值电流控制宽输入电压范围斜坡补偿

双闭环控制的改进二次型boost变换器及稳定性分析

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电工技术 2023年第21期 91-96页

作者：陈佳彤马瑶广东工业大学自动化学院广东广州510655 海南电网有限责任公司培训与评价中心海南海口570203

针对光伏电池输出电压低、波动范围大等问题,引入高增益DC/DC变换器,将光伏电池输出的低电压变换为稳定的直流侧高电压,从而满足光伏发电并网要求。在传统二次型boost变换器的基础上,将开关电感与开关电容的拓扑相结合,提出改进二次型Bo... 详细信息

针对光伏电池输出电压低、波动范围大等问题,引入高增益DC/DC变换器,将光伏电池输出的低电压变换为稳定的直流侧高电压,从而满足光伏发电并网要求。在传统二次型boost变换器的基础上,将开关电感与开关电容的拓扑相结合,提出改进二次型boost变换器,并对其工作原理、关键器件波形进行分析,所提出变换器的输出电压增益比二次型boost变换提高两倍,开关器件的电压应力降为输出电压的一半。为了保证输出电压的稳定,提出了电感电流内环、输出电压外环的双闭环控制策略,并利用小信号分析方法证明控制参数设计的合理性,搭建MATLAB/Simulink仿真模型,通过输入电压突变、输出电压突变、负载突变等三种工况来验证所提变换器的可行性。

关键词：二次型boost变换器高增益双闭环控制变换器稳定性

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改进二次型boost变换器的研究与分析

重庆大学学报（自然科学版） 2016年第2期39卷 51-57页

作者：董文琦马步云才鸿飞侯世英陈复国网新源张家口风光储示范电站有限公司河北张家口075000 重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室重庆400044

传统二次型boost变换器具有较高的升压能力,但其开关器件的电压、电流应力较大,增加了电路的体积与成本。笔者在传统二次型boost变换器的基础上,结合高增益boost三端网络,提出改进二次型boost变换器,并对其连续工作模式下的工作原理及... 详细信息

传统二次型boost变换器具有较高的升压能力,但其开关器件的电压、电流应力较大,增加了电路的体积与成本。笔者在传统二次型boost变换器的基础上,结合高增益boost三端网络,提出改进二次型boost变换器,并对其连续工作模式下的工作原理及各开关器件的电压、电流应力进行了分析。分析结果表明,改进二次型boost变换器不仅升压能力有所提升,而且在输出电压相同的情况下,开关器件的电压、电流应力有所降低。最后,通过仿真分析验证了该变换器的正确性和可行性。

关键词：二次型boost变换器连续导通模式电压增益电压应力电流应力

基于双耦合电感高增益二次型boost变换器

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电工电能新技术 2021年第8期40卷 22-31页

作者：田东豪荣德生辽宁工程技术大学电气与控制工程学院辽宁葫芦岛125105

为进一步提高非隔离DC-DC变换器的增益,降低开关管的电压应力,提出一种结合双耦合电感和二次型的非隔离高增益DC-DC变换器。所提变换器采用单开关管控制,降低了控制的复杂度;采用双耦合电感,有效地减少了二极管和电容的数量,并进一步提... 详细信息

为进一步提高非隔离DC-DC变换器的增益,降低开关管的电压应力,提出一种结合双耦合电感和二次型的非隔离高增益DC-DC变换器。所提变换器采用单开关管控制,降低了控制的复杂度;采用双耦合电感,有效地减少了二极管和电容的数量,并进一步提高了所提变换器的电压增益;复用输出电容吸收漏感能量,进一步提高了变换器的功率密度。本文中给出了变换器的主要工作波形,并详细推导了所提变换器CCM工作模式和DCM工作模式。最后,通过一台输入18 V、输出180 V、额定功率180 W的原理样机,验证了理论的正确性。

关键词： DC-DC变换器高电压增益耦合电感二次型boost变换器漏感

三态伪连续导电模式二次型boost变换器研究

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电工电能新技术 2015年第1期34卷 7-11页

作者：舒立三许建平杨平董政磁浮技术与磁浮列车教育部重点实验室西南交通大学电气工程学院四川成都610031

当二次型boost变换器的两个电感均工作于连续导电模式时,其控制-输出传递函数含有三个右半平面零点和两个谐振峰值点,增加了其控制环路补偿器的设计难度。本文提出了三态伪连续导电模式二次型boost变换器,其输入电感L1工作于连续导电模... 详细信息

当二次型boost变换器的两个电感均工作于连续导电模式时,其控制-输出传递函数含有三个右半平面零点和两个谐振峰值点,增加了其控制环路补偿器的设计难度。本文提出了三态伪连续导电模式二次型boost变换器,其输入电感L1工作于连续导电模式,中间电感L2工作于伪连续导电模式,从而获得一个额外的控制自由度,并实现两个控制环路的相互独立控制,既降低了控制环路补偿器的设计难度,又提高了变换器对负载变化的动态响应速度。最后,通过实验验证了理论分析的正确性。

关键词：伪连续导电模式二次型boost变换器三态

具有快速动态响应的PCCM二次型boost变换器

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电源技术 2016年第4期40卷 899-902页

作者：舒立三许建平张斐董政西南交通大学电气工程学院磁浮技术与磁浮列车教育部重点实验室四川成都610031

工作于电感电流连续导电模式(CCM)的二次型boost变换器,其控制-输出小信号传递函数含有三个右半平面(RHP)零点和两个谐振峰值点,增加了控制环路补偿器的设计难度。提出了固定中间电感放电时间的伪连续导电模式(PCCM)二次型boost变换器... 详细信息

工作于电感电流连续导电模式(CCM)的二次型boost变换器,其控制-输出小信号传递函数含有三个右半平面(RHP)零点和两个谐振峰值点,增加了控制环路补偿器的设计难度。提出了固定中间电感放电时间的伪连续导电模式(PCCM)二次型boost变换器及其控制策略,其输入电感工作于CCM模式、中间电感工作于固定放电时间PCCM模式,消除了控制-输出小信号传递函数的两个RHP零点,在降低控制环路补偿器设计难度的同时,提高了动态响应速度,最后通过实验验证了理论分析的正确性。

关键词：固定放电时间二次型boost变换器 PCCM 快速动态响应