超高频开关功率变换器的损耗估计及最优效率控制策略研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    61701184
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    25.0万
  • 负责人：
    闵闰
  • 依托单位：
    华中科技大学
  • 学科分类：
    F0118.电路与系统
  • 结题年份：
    2020
  • 批准年份：
    2017
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Power density is the key to decrease size and weight of power converter, therefore, it is imperative to increase the switching frequency. Converter power density can be greatly improved by using very high frequency power conversion strategy. However, relatively high power loss can be caused by the switch and parasitic parameters, which decreases the efficiency. This project will study low-loss circuit scheme for very high frequency power converter. Through harmonic compensation, resistance compression network and current-adaptive resonant driving strategy, power loss of resonant inverter, rectifier and driving circuit will be reduced. Furthermore, accurate parasitic parameters will be extracted through time domain reflectometry method, and they are used to build the power loss model suitable for different operation conditions. Based on the model, feedback is established to regulate converter states and control signals, which optimizes both steady state efficiency and transient efficiency of the converter, and ensures soft switching. This project will improve low-loss circuit scheme and model of very high frequency power converter, and explore fundamentals for power loss estimation and maximum efficiency control, especially for maximum efficiency state variable controller and transient efficiency optimizing strategy. The achievements will provide a demonstration to improve the power density and efficiency of switched mode power converter.
开关功率变换器的功率密度是其小型化和轻量化的关键，因而提高开关频率是其发展的必然趋势。超高频开关功率变换器可以极大地提升功率密度，但其由开关和寄生参数引起的损耗较大，降低了电能变换的效率。本项目首先对超高频开关功率变换器的电路结构开展研究，通过谐振网络补偿、阻抗压缩和适应电流变化的软驱动策略，分别降低谐振逆变器、整流器和驱动电路的损耗；接着基于时域反射法提取系统中的精确寄生参数，进而建立变换器不同工作状态下的损耗模型，满足损耗估计在精度和复杂度上的要求；最后针对不同的变换器工作状态，通过状态变量和控制变量的调节来提高变换器稳态和瞬态下的效率，并保证软开关正常工作。本项目将完善超高频开关功率变换器的低损耗电路结构和损耗模型，初步构建变换器损耗估计和最优效率控制的理论框架，特别是最优效率状态变量控制和基于瞬态效率优化的控制策略，可以为开关功率变换器功率密度和效率的提升提供一定的理论依据和示范。

结项摘要

本项目执行期间，课题组针对高频开关功率变换器，展开了寄生参数效应、纹波效应、最优控制、软开关、效率优化等多方面研究。（1）在高频功率变换器控制方面：基于线性叠加的最优控制策略不仅可以解决多扰动源的优化控制问题，而且提供了一种最优控制设计思路；针对数字电流模式控制中延迟导致的稳定性问题，研究了延迟效应和补偿策略；新型电荷平衡控制及其简化算法可以极大地提高变换器的动态响应速度；基于电压外插型的电荷平衡控制则进一步提升内环带宽，将动态响应速度提升至接近物理极限。（2）在高频功率变换器建模方面：提出了寄生参数衰减模型，可用于分析寄生参数导致的小信号模型变化、效率衰减，并针对寄生参数效应提出了补偿策略；考虑纹波的小信号模型为高频功率变换器提供更精确的设计指导。（3）在高频功率变换器效率优化方面：基于第三代宽禁带半导体器件及软开关的设计可以有效降低开关损耗和导通损耗，将可以继续推动变换器的高频化发展；基于导通/关断时间调制的最大效率控制则提供了一种从控制上优化效率的新思路。本项目在高频功率变换器的控制、效率优化、精确建模等方面均取得了一定的突破，相关成果在电力电子技术、自动控制技术等方面具有一定的指导意义，将推动高频功率变换器的发展。

项目成果

期刊论文数量（14）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Superposed Compensation Strategy to Optimize Load/line Transient Response and Reference Tracking for Discontinuous Conduction Mode Boost Converter
用于优化非连续导通模式升压转换器的负载/线路瞬态响应和参考跟踪的叠加补偿策略
  • DOI：
    10.1109/tii.2018.2871359
  • 发表时间：
    2019-05
  • 期刊：
    IEEE Transactions on Industrial Informatics
  • 影响因子：
    12.3
  • 作者：
    Run Min;Xiaofeng Zhang;Dian Lv;Linkai Li;Qiaoling Tong;Xuecheng Zou;Zhenglin Liu
  • 通讯作者：
    Zhenglin Liu
State Switched Discrete-Time Model and Digital Predictive Voltage Programmed Control for Buck Converters
降压转换器的状态切换离散时间模型和数字预测电压程序控制
  • DOI：
    10.3390/en13133451
  • 发表时间：
    2020-07
  • 期刊：
    Energies
  • 影响因子：
    3.2
  • 作者：
    Wang Wei;Shen Gaoshuai;Min Run;Tong Qiaoling;Zhang Qiao;Liu Zhenglin
  • 通讯作者：
    Liu Zhenglin
Extended Off-Time Control for CRM Boost Converter Based on Piecewise Equivalent Capacitance Model????(Open Access)
基于分段等效电容模型的 CRM 升压转换器的延长关断时间控制？？？（开放获取）
  • DOI：
    10.1109/access.2020.3019089
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    IEEE Access
  • 影响因子：
    3.9
  • 作者：
    Lyu Dian;Shi Guoxiong;Min Run;Tong Qiaoling;Zhang Qiao;Li Linkai;Shen Gaoshuai
  • 通讯作者：
    Shen Gaoshuai
An Optimized Sensorless Charge Balance Controller Based on a Damped Current Model for Flyback Converter Operating in DCM
基于阻尼电流模型的优化无传感器电荷平衡控制器，适用于 DCM 运行的反激式转换器
  • DOI：
    10.3390/en11123478
  • 发表时间：
    2018-12
  • 期刊：
    MDPI Energies
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Run Min
  • 通讯作者：
    Run Min
一种用于TPMS的低功耗低频通信接收机
  • DOI：
    10.13911/j.cnki.1004-3365.180042
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    微电子学
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    邹志革;李斌;雷鑑铭;徐文韬;童乔凌
  • 通讯作者：
    童乔凌

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  • 发表时间：
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  • 作者：
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  • 通讯作者：
    童乔凌
Boost型DC/DC变换器的预测无差拍控制器设计
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    电力电子技术
  • 影响因子：
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  • 作者：
    闵闰;童乔凌;谢文;熊钦
  • 通讯作者：
    熊钦

其他文献

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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