基于新型有源功率解耦电路的整流电源及其控制策略研究

基本信息
批准号:51807002
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:26.00
负责人:单振宇
学科分类:
依托单位:北京航空航天大学
批准年份:2018
结题年份:2021
起止时间:2019-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:梅杨,朴政国,王泽庭,王鹏,王占扩,陈晓嵋,刘俊,袁一钦
关键词:
有源功率解耦单级功率因数校正变换器无电解电容ACDC变换器低输出纹波储能电容
结项摘要

In traditional AC/DC power supplies, large electrolytic capacitors that are used for AC ripple power decoupling result in a short lifespan and a low reliability of the system. To solve this problem, an active circuit for AC ripple power decoupling can be used to eliminate the electrolytic capacitor. Due to the existing topologies and their associated control schemes, these active circuits will lead to additional power loss and a lower transient performance in the AC/DC power supplies. This project proposes to derive a new topology of the active circuit for AC ripple power decoupling, build a new AC/DC power supply with the derived new topology, and study modeling and control of the system to improve the efficiency and the transient performance of the power supply. Specifically, the new efficient active circuit for AC ripple power decoupling will be derived from the general form of a resonant switched-capacitor circuit. The double-line-frequency ripple power in the system and the power loss from the active circuit with the AC ripple power will be modeled. Based on these models, a control method for regulating the voltage on the storage capacitor will be proposed to make the active circuit operate with the optimal conditions for the maximized efficiency. Furthermore, a fast-transient control scheme based on the trajectory control method will be proposed to achieve the optimal control for multiple control variables including the input current and the storage capacitor voltage. Based on the research in this project, an efficient, fast-response, reliable and ‘green’ AC/DC power supply system will be realized.

传统整流电源中用于功率解耦的大容量电解电容器寿命短、可靠性低,对此可采用有源功率解耦电路去除此电解电容。但受限于现有电路拓扑和控制策略,有源功率解耦电路会造成额外功率损耗和电源暂态性能下降。本课题拟研究新型有源功率解耦电路拓扑,基于此构建整流电源,并研究其系统建模和控制策略,通过以上研究提升电源效率和暂态性能。基于谐振式开关电容电路的一般形式,提出新型高效率有源功率解耦电路拓扑;基于回转器电路原理和对整流电源输入、输出端口与储能电容间的功率流分析,建立有源功率解耦电路损耗模型和系统二倍工频功率波动模型;基于此模型,提出电源储能电容电压控制策略,使有源功率解耦电路工作在令其效率最优的电压、电流状态,并基于轨迹控制方法,进一步提出负载瞬变暂态控制策略,实现整流电源中输入电流和储能电容电压等多个控制变量的暂态控制优化。在研究工作的基础上,实现一套效率高、动态性能好、稳定可靠的绿色整流电源系统。

项目摘要

本课题的研究对象是由有源功率解耦电路和单级或准单级AC/DC变换器构成的单级式整流电源。传统整流电源中用于功率解耦的大容量电解电容器寿命短、可靠性低,对此可采用有源功率解耦电路去除此电解电容。但受限于现有电路拓扑和控制策略,有源功率解耦电路会造成额外功率损耗和电源暂态性能下降。研究了新型有源功率解耦电路拓扑,基于此构建整流电源,并研究其系统建模和控制策略,通过以上研究提升电源效率和暂态性能。基于谐振式开关电容电路的一般形式,提出新型高效率有源功率解耦电路拓扑;基于回转器电路原理和对整流电源输入、输出端口与储能电容间的功率流分析,建立有源功率解耦电路损耗模型和系统二倍工频功率波动模型;基于此模型,提出电源储能电容电压控制策略,使有源功率解耦电路工作在令其效率最优的电压、电流状态,并基于轨迹控制方法,进一步提出负载瞬变暂态控制策略,实现整流电源中输入电流和储能电容电压等多个控制变量的暂态控制优化。在研究工作的基础上,实现一套效率高、动态性能好、稳定可靠的绿色整流电源系统。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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