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电压型双频率控制开关变换器的动力学建模与多周期行为分析

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物理学报 2013年第21期62卷 417-427页

作者：吴松荣何圣仲许建平周国华王金平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 合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009

在断续导电模式下,建立了电压型双频率控制开关变换器的动力学模型,并推导了相应的特征值方程.根据动力学模型,采用分岔图研究了电路参数变化时变换器存在的边界碰撞分岔行为和周期2,周期3,周期4等多周期行为,结果表明:变换器经历了周期... 详细信息

在断续导电模式下,建立了电压型双频率控制开关变换器的动力学模型,并推导了相应的特征值方程.根据动力学模型,采用分岔图研究了电路参数变化时变换器存在的边界碰撞分岔行为和周期2,周期3,周期4等多周期行为,结果表明:变换器经历了周期1态、多周期态、周期1态的分岔路由;周期态的转变均是由边界碰撞分岔引起的.根据特征值方程,采用Lyapunov指数研究了变换器的稳定性,结果表明:随着电路参数的变化,Lyapunov指数始终小于零,变换器一直工作于稳定的周期态,验证了电压型双频率控制开关变换器的周期3行为并不意味着变换器会必然发生混沌.通过电路仿真,分析了负载变化时变换器的时域波形、相轨图和频谱图,验证了动力学模型的可行性和理论分析的正确性.实验结果验证了文中的仿真结果.

关键词：开关变换器双频率控制边界碰撞分岔多周期行为

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双频率控制LLC谐振变换器分析与设计

电力电子技术 2014年第4期48卷 74-76页

作者：赵升贺明智陈章勇许建平磁浮技术与磁浮列车教育部重点实验室西南交通大学四川成都610031 北京交通大学电气工程学院北京100044 北京京仪椿树整流器有限责任公司北京100040

针对传统LLC谐振变换器负载动态响应较慢的问题,提出并研究了双频率控制LLC谐振变换器。与传统变频率控制LLC谐振变换器相比,双频率控制LLC谐振变换器无需补偿网络和压控振荡器,简化了控制电路的设计。此外,双频率控制LLC谐振变换器保... 详细信息

针对传统LLC谐振变换器负载动态响应较慢的问题,提出并研究了双频率控制LLC谐振变换器。与传统变频率控制LLC谐振变换器相比,双频率控制LLC谐振变换器无需补偿网络和压控振荡器,简化了控制电路的设计。此外,双频率控制LLC谐振变换器保持了传统谐振变换器开关管的零电压导通(ZVS)和二极管的零电流关断(ZCS),实现了高效率功率变换。详细分析了双频率控制LLC谐振变换器的工作原理及其关键参数的设计原则。最后通过实验验证了理论分析的正确性。

关键词：变换器双频率控制动态响应

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开关变换器双频率控制技术

电机与控制学报 2010年第12期14卷 9-14页

作者：王金平许建平兰燕妮西南交通大学电气工程学院四川成都610031

提出并研究一种开关变换器非线性控制策略,双频率控制技术。研究电压型和电流型双频率控制开关变换器的实现方式及特点,对比分析电压型和电流型双频率控制开关变换器的工作特性和控制规律。理论分析、仿真及实验结果表明:电压型和电流... 详细信息

提出并研究一种开关变换器非线性控制策略,双频率控制技术。研究电压型和电流型双频率控制开关变换器的实现方式及特点,对比分析电压型和电流型双频率控制开关变换器的工作特性和控制规律。理论分析、仿真及实验结果表明:电压型和电流型双频率控制具有相同的稳态工作特性;而在动态响应方面,电流型双频率控制具有比电压型双频率控制更为优越的性能。此外,与电压型双频率控制相比,电流型双频率控制具有自动限流功能和更为平稳的启动特性。

关键词：开关变换器双频率控制电压型电流型动态响应

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双频率控制LLC谐振变换器研究

双频率控制LLC谐振变换器研究

作者：赵升西南交通大学

学位级别：硕士

随着效率、功率密度逐渐成为开关电源设计的主要关注点,LLC谐振变换器越来越受到人们的关注,双频率控制技术(Bi-Frequency Control Technique)是一种变频控制技术,具有快速的负载动态响应速度。针对脉冲频率控制的LLC谐振变换器负载动... 详细信息

随着效率、功率密度逐渐成为开关电源设计的主要关注点,LLC谐振变换器越来越受到人们的关注,双频率控制技术(Bi-Frequency Control Technique)是一种变频控制技术,具有快速的负载动态响应速度。针对脉冲频率控制的LLC谐振变换器负载动态响应较慢的问题,本文对LLC谐振变换器的双频率控制技术进行了详细的研究。论文分析了LLC谐振变换器的基本原理和工作过程,对工作于ZVS区域2的LLC谐振变换器进行了时域分析,研究了LLC谐振变换器在每一个开关周期起始时刻谐振电感电流与谐振电容电压的特性。本文首次将双频率控制技术应用到LLC谐振变换器,分析了双频率控制LLC谐振变换器的工作原理和工作过程,研究了双频率控制LLC谐振变换器的稳态特性和瞬态特性,讨论了双频率控制LLC谐振变换器出现脉冲簇发现象和低频振荡现象的原因,研究了双频率控制LLC谐振变换器关键参数的设计原则。利用SABER仿真软件,搭建了双频率控制LLC谐振变换器的仿真模型,对LLC谐振变换器的双频率控制技术与传统的脉冲频率控制技术进行了仿真对比,并搭建了双频率控制LLC谐振变换器的实验平台。仿真和实验结果与理论分析相符,验证了LLC谐振变换器的双频率控制技术在负载动态响应速度方面的优越性。

关键词： LLC谐振变换器双频率控制动态响应时域分析脉冲频率控制

固定导通时间双频率控制CCM Boost PFC变换器

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固定导通时间双频率控制CCM Boost PFC变换器

作者：宋梅冬西南交通大学

学位级别：硕士

电力电子设备产生大量谐波电流注入电网,导致公用电网电压波形畸变,造成电能质量下降。为了减少电力电子设备的谐波污染、保证电网的供电质量和安全,需要对AC/DC变换器进行功率因数校正(Power Factor Correction,PFC),提高AC/DC变换器... 详细信息

电力电子设备产生大量谐波电流注入电网,导致公用电网电压波形畸变,造成电能质量下降。为了减少电力电子设备的谐波污染、保证电网的供电质量和安全,需要对AC/DC变换器进行功率因数校正(Power Factor Correction,PFC),提高AC/DC变换器的功率因数(Power Factor,PF),降低总谐波畸变(Total Harmonic Distortion,THD)。近年来提出的多级脉冲序列(Multi Pulse Train,MPT)调制技术和双频率(Bi-frequency,BF)控制技术改善了开关DC-DC变换器的频谱特性、降低了电磁噪声、提高了瞬态响应速度。基于MPT控制和BF控制,本文提出了一种连续导电模式(Continuous Current Mode,CCM)Boost PFC变换器的固定导通时间双频率(Constant-on-time Bi-frequency,COT-BF)控制技术,COT-BF控制将电流控制环路与电压控制环路解耦,提高了电路的瞬态响应速度,消除了低频输出电压纹波对电流控制环路的影响。COT-BF控制采用双频率变频控制,降低了输入电压峰值点附近的开关频率,减少了开关损耗,提高了PFC变换器效率。为了进一步提高PFC变换器的效率,本文提出了一种CCM Boost PFC变换器的分段固定导通时间双频率脉冲序列(Piecewise Constant-on-time Bi-frequency,分段COT-BF)控制技术。分段COT-BF控制器产生强弱等级不同的控制脉冲序列,在每一个开关周期开始时刻根据变换器的输入电压,选取某一级控制脉冲序列作为该级控制区间的有效控制信号;分段COT-BF控制将电流内环与电压外环解耦,消除了低频输出电压纹波对电流控制环路的影响,提高了PFC变换器的瞬态响应速度。分段COT-BF控制为变频控制,降低了输入电压峰值点附近的开关频率,减少了开关损耗,提高了PFC变换器效率。本文阐述了COT-BF控制和分段COT-BF控制CCM Boot PFC变换器的原理及实现方式,通过PSIM仿真和300W的实验样机对理论分析结果进行验证。研究结果表明:与平均电流控制CCM Boost PFC变换器相比,COT-BF控制和分段COT-BF控制CCM Boost PFC变换器具有更快的响应速度,更高的PFC变换器效率,同时保持较高的PF和较低的THD。

关键词：连续导通模式双频率控制分段控制功率因数校正总谐波畸变

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基于DSP的微逆变器双频率控制方法及实现

电源学报 2017年第6期15卷 68-74页

作者：杨波勇王军阎铁生孙章四川省电力电子节能技术与装备重点实验室(西华大学) 成都610039 西华大学电气与电子信息学院成都610039 流体及动力机械教育部重点实验室(西华大学) 成都610039

传统交错反激微逆变器原边电流峰值与变压器体积、损耗较大。针对此问题,提出了一种基于原边峰值电流控制且电感电流断续模式(DCM)的双频率控制策略。推导了DCM模式下的参考电流表达式,并在此基础上,详细分析了双频率控制策略中开关频... 详细信息

传统交错反激微逆变器原边电流峰值与变压器体积、损耗较大。针对此问题,提出了一种基于原边峰值电流控制且电感电流断续模式(DCM)的双频率控制策略。推导了DCM模式下的参考电流表达式,并在此基础上,详细分析了双频率控制策略中开关频率切换点的选取原则,推导了其选取表达式。该策略可根据负载大小变化自动调节开关频率,在减小峰值电流的同时最大程度上减少开关次数,减小开关损耗。最后,通过PSIM仿真分析验证了设计的有效性,并研制出了以数字信号处理器(DSP)为核心控制器的实验平台。实验结果表明,该控制策略在减小原边电流峰值的同时能保证系统效率并实现较小的并网电流谐波畸变率(THD)。

关键词：交错反激微逆变器 DCM模式双频率控制

固定导通时间分段双频率控制CCM Boost PFC变换器

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电工技术 2019年第15期 20-24,27页

作者：宋梅冬罗欢何大印西南交通大学电气工程学院

为提高电感电流连续导电模式(CCM) Boost PFC变换器的动态响应性能,提出固定导通时间分段双频率(Piecewise Constant On-time Bi-frequency,分段COT-BF)控制技术。分段COT-BF控制器电流内环与电压外环解耦,获得宽带宽的电压外环以提高PF... 详细信息

为提高电感电流连续导电模式(CCM) Boost PFC变换器的动态响应性能,提出固定导通时间分段双频率(Piecewise Constant On-time Bi-frequency,分段COT-BF)控制技术。分段COT-BF控制器电流内环与电压外环解耦,获得宽带宽的电压外环以提高PFC变换器的瞬态响应速度;采用变频控制,降低输入电压峰值点附近的开关频率,减少开关损耗从而提高效率。研究结果表明,与平均电流控制CCM Boost PFC变换器相比,分段COT-BF控制CCM Boost PFC变换器具有更快的响应速度、更高的效率,同时保持高功率因数(PF)和低总谐波畸变(THD)。

关键词：连续导通模式双频率控制分段控制功率因数校正

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交错反激微型逆变器的研制

交错反激微型逆变器的研制

作者：杨波勇西华大学

学位级别：硕士

能源危机的加剧与环境问题的日益凸显,使得新能源的开发利用受到社会广泛关注,尤其加快了对光伏产业的探索。光伏并网系统中,微型逆变器以其模块化的优势成为工业与学术研究热点之一。本文对常见的微型逆变器拓扑进行了分析与比较,最终... 详细信息

能源危机的加剧与环境问题的日益凸显,使得新能源的开发利用受到社会广泛关注,尤其加快了对光伏产业的探索。光伏并网系统中,微型逆变器以其模块化的优势成为工业与学术研究热点之一。本文对常见的微型逆变器拓扑进行了分析与比较,最终确定了以结构简单,控制方便的单级式交错反激型微型逆变器为研究对象。总结了反激式微型逆变器的关键技术研究现状,针对现有微型逆变器成本较高、体积较大的特点,本文从低成本,小体积,高效率的方向出发,对交错反激式微型逆变器的拓扑结构与控制方法进行了相关研究,以期为微型逆变器的是市场化推广与普及做一定贡献。首先,重点分析了反激变换器的工作模态与工作原理,指出电感电流断续模式控制简单易实现的特点适合反激式微型逆变器。针对反激变压器漏感能量问题,深入分析了RCD钳位电路。根据交错反激电路的特点,提出了一种改进的钳位拓扑,实现了漏感能量的吸收,并钳位了开关管漏感电压,仿真与实验验证了其能在减小系统体积与成本的同时能提高变换效率。其次,针对反激逆变器特征,本文在分析变压器原边峰值电流控制策略与传统单频率并网电流控制方法的基础上,提出了一种双频率并网电流控制策略,并推导了其在电感电流断续模式下的并网电流表达式与频率切换点选取原则。在瞬时输出功率较大时采用高频率策略以限制变压器原边电流,在瞬时输出功率较小时采用低频率策略以减小开关损耗,仿真与实验验证了其在保证系统效率与系统稳定性的前提下能有效减小系统体积。最后,对交错反激微型逆变器系统主电路与控制电路进行了分析与设计,尤其对反激变压器进行了详细设计。搭建了以TMS320F2812为核心控制器的250W光伏并网交错反激微型逆变器实验样机,并进行了系统实验,实验结果验证了拓扑改进,双频率控制及系统设计的可行性。

关键词：微型逆变器交错反激钳位拓扑双频率控制

基于频率合成的多频率控制技术及变换器应用研究

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基于频率合成的多频率控制技术及变换器应用研究

作者：刘翔宇电子科技大学

学位级别：硕士

随着新能源技术、电动汽车行业以及便携式设备的不断发展,大量的集成电路电子设备和新能源设备对其供电电源和电力电子变换设备在稳定性、稳态工作精度以及动态响应速度等方面提出了更高的要求。传统的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulat... 详细信息

随着新能源技术、电动汽车行业以及便携式设备的不断发展,大量的集成电路电子设备和新能源设备对其供电电源和电力电子变换设备在稳定性、稳态工作精度以及动态响应速度等方面提出了更高的要求。传统的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)已经受到了学者的广泛研究并大规模投入实际应用之中,技术十分成熟,但其从原理上存在轻载效率低、动态响应速度慢等问题。因此,本论文提出基于频率合成的多频率控制技术,研究了其在开关变换器中的应用,以提升DC-DC开关变换器的性能以适应行业的需求。首先,本文研究了固定导通时间双频率(Bi-Frequency,BF)型脉冲序列控制技术的控制原理与实现方式,并对其控制脉冲组合规律、稳态特性、瞬态响应特性进行了分析。研究分析指出,当双频率控制技术应用于电感电流非连续导通模式(Discontinuous Conduction Mode,DCM)的开关变换器时,存在输出功率与输出电压纹波难以进行折衷,以及在轻载或空载情况下失去输出电压调节能力的问题。本论文提出了基于频率合成的多频率控制技术,在双频率控制技术的基础上,加入时间可调的空白脉冲信号在原有的双频率脉冲信号上进行组合,扩展了变换器在轻载或空载情况下的调节范围,同时有效提升了变换器的输出功率范围,减小了输出电压纹波。本文详细分析了终值法频率合成多频率控制技术的工作原理和实现方式,并对其输出电压范围以及输出功率范围等稳态特性进行了具体分析。本论文提出了变控制目标的频率合成多频率控制技术,相较于终值法频率合成多频率控制技术,具有更高的输出电压精度,且同时保留了输出功率范围宽、适用于轻载或空载、输出电压纹波低等优点。本文详细分析了变控制目标的频率合成多频率控制技术的工作原理,通过详细分析了DCM Buck变换器关键参数的变化趋势,构建了空白脉冲的持续时间计算公式,实现了通过控制空白脉冲的持续时间来达到对变换器不同控制目标的调节。论文搭建了Buck变换器相应实验平台,控制技术均通过基于DSP的数字控制方式实现。针对理论分析进行了大量仿真和实验,给出了相关的实验结果和数据,验证了理论分析的正确性。

关键词：开关变换器非连续导电模式双频率控制多频率控制频率合成