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适用于温差发电的高效率耦合电感升降压变换器

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电工技术学报 2014年第10期29卷 106-112页

作者：张君君吴红飞邢岩孙凯南京航空航天大学江苏省新能源发电与电能变换重点实验室南京210016 清华大学电机工程与应用电子技术系北京100084

针对温差电池输出电压变化范围宽、输出电流大且要求电流纹波小的需求,提出了一种高效率耦合电感升降压变换器,该变换器由Boost单元和Buck单元级联组合、并将两单元滤波电感反向耦合构成。变换器输入输出电感反向耦合,使得磁心直流磁通... 详细信息

针对温差电池输出电压变化范围宽、输出电流大且要求电流纹波小的需求,提出了一种高效率耦合电感升降压变换器,该变换器由Boost单元和Buck单元级联组合、并将两单元滤波电感反向耦合构成。变换器输入输出电感反向耦合,使得磁心直流磁通相互抵消,大大减小了滤波器磁心体积和损耗,提高了变换器的效率和功率密度,同时输入、输出电流连续,减小了滤波电容的容量。文中详细分析了所提出的耦合电感升降压变换器的工作原理,深入研究了电感耦合系数对变换器的影响并给出了耦合电感设计准则,采用载波交叠的PWM调制策略以及共用调节器的恒压/恒流控制策略,实现了变换器在恒压和恒流模式之间的无缝平滑切换。搭建了一台500W的实验样机,验证了理论分析的正确性和可行性。

关键词：升降压变换器耦合电感宽输入电压范围低压大电流

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一种非隔离双向三端口升降压变换器

中国电机工程学报 2014年第33期34卷 5861-5867页

作者：张君君吴红飞曹锋朱励厉邢岩江苏省新能源发电与电能变换重点实验室(南京航空航天大学) 江苏省南京市210016

提出一种非隔离双向三端口升降压变换器拓扑及其功率控制策略。该变换器由3个双向Buck/Boost开关单元不通过直流母线电容级联组合而成;相对于传统多个变换器通过公共直流母线连接的解决方案,该变换器完全消除了中间母线电容,可减小变换... 详细信息

提出一种非隔离双向三端口升降压变换器拓扑及其功率控制策略。该变换器由3个双向Buck/Boost开关单元不通过直流母线电容级联组合而成;相对于传统多个变换器通过公共直流母线连接的解决方案,该变换器完全消除了中间母线电容,可减小变换器体积、重量和成本,提高系统可靠性,且任意两个端口之间均为单级升降压变换,大大提高了变换器的变换效率和功率密度。详细分析变换器的工作原理,给出相应的脉宽调制(pulse width modulation,PWM)和功率控制策略,最后通过实验验证理论分析的正确性。

关键词：多端口变换器双向变换器升降压变换器直流变换器电路拓扑

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一种新型大功率升降压变换器及控制方法

北京航空航天大学学报 2017年第3期43卷 472-480页

作者：杜青崔波夏宁蔡晓东齐铂金成艳朱立颖北京空间飞行器总体设计部北京100094 北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100083 通信卫星事业部北京100094

现有的升降压拓扑中双管级联变换器最符合高效大功率场合的使用要求,但如果工作模式标准选择不当,串联结构和Boost电路的非线性直流增益很容易在升降压转换过程中产生严重的振荡。本文提出了一种新颖的大功率IPOSBHB变换器,阐述了其电... 详细信息

现有的升降压拓扑中双管级联变换器最符合高效大功率场合的使用要求,但如果工作模式标准选择不当,串联结构和Boost电路的非线性直流增益很容易在升降压转换过程中产生严重的振荡。本文提出了一种新颖的大功率IPOSBHB变换器,阐述了其电路结构及基本关系,建立了降压模式和升压模式下的开环小信号模型,设计了载波平移的组合控制方法,分析了升降压模式切换时传递函数的不一致性、占空比的不连续性和输入电压的扰动对变换器输出特性的影响,并给出了补偿措施。本文提出的载波平移组合控制策略和补偿方法很容易实现稳态时的高效控制和升降压模式切换时的平滑过渡,同时降低了输入电压扰动的不利影响。通过一台15 k W样机对本文提出的理论加以验证。

关键词：大功率升降压变换器小信号模型控制过渡

高效同步4管DC-DC升降压变换器的研究与设计

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高效同步4管DC-DC升降压变换器的研究与设计

作者：熊博锐西安电子科技大学

学位级别：硕士

DC-DC变换器近年来被广泛应用在服务器设备的备用电源、汽车控制系统、PC电源中。在相同的电池容量下如何延长电池电源的工作时间成为研究的方向。目前主要的方法有1)增加DC-DC变换器的输入电压范围,可以让系统在更低的输入电压条件下... 详细信息

DC-DC变换器近年来被广泛应用在服务器设备的备用电源、汽车控制系统、PC电源中。在相同的电池容量下如何延长电池电源的工作时间成为研究的方向。目前主要的方法有1)增加DC-DC变换器的输入电压范围,可以让系统在更低的输入电压条件下继续工作;2)提高DC-DC变换器的效率。另外应用系统对电源的要求越来越高,对DC-DC变换器输出电压的动态响应和纹波要求也变越来越高。基于这些应用需求本文提出了一款具有宽输入电压范围、高效率、小动态干扰、输出电压纹波稳定且在模式切换时能够平滑过渡的同步4管DC-DC升降压变换器。相比于传统的反相升降压变换器,本文提出的同步4管DC-DC升降压变换器输入与输出电压同相,因此在芯片内部不需要产生负基准电压,同时也不需要在变换器与应用电路之间加入反相器,可以有效地增加升降压变换器的应用范围;同时,与传统的同步4管升降压变换器相比,本文提出的变换器采用三模式控制,可以根据输入电压值进行分段控制,减少开关动作的频率,从而提高整个输入范围内变换器的效率。并且在各个模式之间加入了迟滞控制,避免各模式之间频繁切换引起的输出电压纹波恶化;本文提出的变换器仅需要一个PWM比较器和一个误差放大器,可以简化变换器的控制架构;本文提出的变换器通过加入直流失调电压模块,可以减小模式切换时产生的动态干扰,稳定输出电压。本文首先介绍了传统同步4管DC-DC升降压变换器的基本原理,在此基础上提出了三模式高效同步4管DC-DC升降压变换器的基本架构,分析了高效同步4管DC-DC升降压变换器的工作模式、调制方式及控制方式。然后对高效同步4管DC-DC升降压变换器的关键问题进行分析,给出变换器的基本架构和环路分析,确定变换器典型应用下的各种参数及典型应用电路。本文采用0.18BCD工艺实现电路设计,采用Cadence Spectre仿真工具对模块电路及系统电路进行仿真验证,结果表明,变换器在模式切换时能够平滑过渡且输出电压纹波稳定。设计需求:输入电压2.7V～36V、输出电压3.3V～40V、最大负载电流2A、输出电压纹波?1%V、负载阶跃引起的输出电压跳变?10%V、开关频率1MHz、瞬态响应时间小于300us。

关键词：升降压变换器高效峰值电流模同步4开关

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DC-DC升降压变换器协同控制器设计

电机与控制应用 2021年第4期48卷 12-17页

作者：周志勇闫振彬南京信息工程大学自动化学院江苏南京210044

针对DC-DC升降压变换器存在负载电阻扰动的问题,提出一种基于扰动观测器的协同控制器策略。使用非线性扰动观测器技术对负载不确定性扰动进行估计,再将其观测值代入所设计的协同控制器中,构建一种基于非线性扰动观测器的协同控制算法,... 详细信息

针对DC-DC升降压变换器存在负载电阻扰动的问题,提出一种基于扰动观测器的协同控制器策略。使用非线性扰动观测器技术对负载不确定性扰动进行估计,再将其观测值代入所设计的协同控制器中,构建一种基于非线性扰动观测器的协同控制算法,达成鲁棒稳定跟踪期望电容输出电压的目的。通过一系列仿真对比,验证了该方法的可行性以及有效性。

关键词：升降压变换器非线性扰动观测器协同控制电路稳态

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软开关同步升降压变换器的研究

电源技术应用 2005年第9期8卷 11-15页

作者：李晗顾亦磊吕征宇浙江大学电气工程学院浙江杭州310027

研究了一种软开关同步升降压变换器。该升降压变换器的滤波电感设计得比较小,使得电感上电流可以反向,分别通过正向电流和反向电流对两个同步整流管的结电容进行充放电,为软开关创造条件。此方法适用于较低压输出、较高功率密度的场合... 详细信息

研究了一种软开关同步升降压变换器。该升降压变换器的滤波电感设计得比较小,使得电感上电流可以反向,分别通过正向电流和反向电流对两个同步整流管的结电容进行充放电,为软开关创造条件。此方法适用于较低压输出、较高功率密度的场合。根据两个开关管实现软开关的条件不同, 提出了强管和弱管的概念,给出了满足软开关条件的设计方法。并以一个输入28v、输出20v/3A、开关频率为200kHz的软开关同步升降压变换器的样机进一步验证了上述方法的正确性,其满载效率达到了94.2%

关键词：升降压变换器软开关同步整流

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列车用升降压变换器的研究

青岛大学学报（工程技术版） 2008年第1期23卷 88-94页

作者：王世伟王春芳张宁青岛大学自动化工程学院山东青岛266071

设计了一种新型列车用变换器。它的输入电压在35 V^90 V之间变动,而输出电压为50 V,额定输出功率为300 W。该变换器的主电路采用Buck-Boost拓扑结构,开关管采用双管并联但互补导通的工作方式;控制器采用具有双路互补输出PWM驱动信号的SG... 详细信息

设计了一种新型列车用变换器。它的输入电压在35 V^90 V之间变动,而输出电压为50 V,额定输出功率为300 W。该变换器的主电路采用Buck-Boost拓扑结构,开关管采用双管并联但互补导通的工作方式;控制器采用具有双路互补输出PWM驱动信号的SG3525芯片。运用状态空间平均法推导了电流连续模式下变换器功率级小信号模型,并写出了控制输出传递函数。利用Matlab画出了系统开环传递函数的波特图,通过分析波特图的特性设计了控制电路的双极点双零点补偿网络及参数。运用Matlab/Sim-ulink中的模块库为系统建立了仿真模型,给出了仿真结果。在输入电压变动范围内,做了一系列轻载和满载实验,验证了设计方法理论上的正确性。

关键词：列车升降压变换器小信号模型仿真补偿网络

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基于Z网络的升降压DC/DC变换器

北京航空航天大学学报 2011年第6期37卷 658-664页

作者：齐铂金杜青张瑾马骏北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191

基本的非隔离型升降压电路存在由二极管反向恢复带来的短路环问题.设计了一种基于Z网络的升降压DC/DC变换器,从电路结构上避免了短路环的存在,分析了Z网络和变换器的初始态阶跃响应,并设计了预充电电路,消除了变换器启动时的电压和电流... 详细信息

基本的非隔离型升降压电路存在由二极管反向恢复带来的短路环问题.设计了一种基于Z网络的升降压DC/DC变换器,从电路结构上避免了短路环的存在,分析了Z网络和变换器的初始态阶跃响应,并设计了预充电电路,消除了变换器启动时的电压和电流尖峰,讨论了工作在电感电流连续模式(CCM,Current Continuous Mode)下的3种开关模态并分析了其工作原理,依照效率最优原则对升压和降压模式的开关模态进行简化,从而优化了变换器的控制方法,提出了一种通过合理选择电感电流纹波系数确保变换器工作在CCM模式下的方法,给出了各元器件的设计规则,并通过仿真和实验加以验证,结果与理论分析相吻合.

关键词：升降压变换器二极管反向恢复 Z源电感电流连续模式

一种带自适应斜坡电压校准的Buck-Boost DC-DC变换器

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微电子学 2024年

作者：许仕海蒋丽韦雪明徐卫林韦保林韦家锐刘程斌广西无线宽带通信与信号处理重点实验室桂林电子科技大学国科微电子股份有限公司

传统平均电流模升降压DC-DC变换器在两升降斜坡电压出现交叠和分离时，电流控制环路误差比较器输出电压与斜坡电压无法正确比较，导致环路调制错误和阻塞问题。本文提出了一种斜坡电压发生电路，其采用环路调制信号反馈调节斜坡充放电... 详细信息

传统平均电流模升降压DC-DC变换器在两升降斜坡电压出现交叠和分离时，电流控制环路误差比较器输出电压与斜坡电压无法正确比较，导致环路调制错误和阻塞问题。本文提出了一种斜坡电压发生电路，其采用环路调制信号反馈调节斜坡充放电电流，实现两斜坡峰值电压自适应调整，优化了Buck-Boost DC-DC变换器反馈环路停滞和四开关同时调制的问题，减少功率管的开关损耗和导通损耗，有效提高变换器转换效率。基于0.18 μm BCD工艺设计，仿真结果表明，变换器在2.5V～5V输入电压范围，不同PVT变化情况下实现了BUCK/BOOST模式无缝切换，带载能力可达3A，最高峰值效率为97.46%。

关键词：升降压变换器自适应斜坡平均电流模