1kW推挽升压开关电源设计

介绍一款以SG3525为主控芯片,采用推挽拓扑结构,利用高频变压器对12 V直流进行隔离升压的开关电源;通过SG3525控制器产生高频脉宽调制(PWM)波,控制开关管通断,对输入信号进行升压整流.推挽电路中加入了有源钳位电路,可以减少开关管的漏极尖峰.变压器的设计利用初级并联次级串联方式来提高整机的效率.并设计了电池过压、欠压、过流、过热等保护电路.经仿真和实验验证该开关电源具有效率高、可靠性高、电路简单、电磁干扰小等优点.     

直流微网中高降压比软开关DC-DC变换器

针对传统单级DC-DC变换器在分布式电源构成的DC 380 V直流微电网中变换困难的问题,提出了一种具有高降压比特性的新型拓扑结构.该拓扑结构利用中间电感和输出侧电感的分压特性,较好地实现了高降压比转换,并利用钳位电容的作用实现了电路的软开关动作.在分析其基本原理的基础上,给出了一定死区时间内软开关的实现条件,并通过对比介绍了该变换器的优势.最后通过仿真验证了上述理论分析的正确性.     

一种新的带有缓冲单元的脉宽调制式直流变频电路

提出了一种新的零电压转换(ZVT)零电流转换(ZCT)脉宽调制式(PWM)直流—直流变流器.此变流器中的缓冲单元使变流器的主开关能同时实现零电压开关(ZVS)和零电流开关(ZCS),缓冲单元仅由一个准谐振电路构成.此变流器具有现有各种ZVT或ZCT变流器的大部分的优点,同时能克服这些变流器的大部分缺点.另外,这种新的变流器能在很宽的线路和负载范围内以很高的频率实现软切换.所有半导体开关器件都工作在软开关状态.此变流器结构简单,成本低,易于控制.本文对此变流器作了详细的稳态分析,并通过一个小功率变流器的实验原型电路论证了理论分析.     

新颖软开关谐振复位宽范围双管正激变流器

为了克服普通双管正激变流器因占空比受限于50%而影响效率以及不利于宽电压输入范围的缺点,提出一种采用新颖谐振复位技术的不对称双管正激变流器（DSFC）.和普通双管正激变流器相比,该新颖变流器在保持了低开关电压应力的同时,具有仅在普通脉宽调制（PWM）控制方式下即能将占空比拓宽至50%以上的能力;在不改变原有变压器结构的前提下,通过增加一个结构简单同时又成本低廉的辅助电路,该变流器则可在所有情况下实现主开关管的软开关.该新颖变流器非常适合应用于高电压、宽范围输入的场合以作为高效低成本的绿色节能电源.一台规格为200～400 V宽范围直流输入、48 V/5 A直流输出、最高转换效率可达95.3%的通信电源样机,验证了所述变流器的有效性和实用性.     

直流微网中高降压比软开关DC/DC变换器的研究

针对传统单级DC-DC变换器在分布式电源构成的DC380V直流微电网中变换困难的问题,本文提出了一种具有高降压比特性的新型拓扑,该拓扑利用中间电感和输出侧电感的分压特性,较好地实现了高降压比转换,并利用钳位电容的作用实现电路的软开关动作。本文在分析其基本原理的基础上,给出了一定死区时间内,软开关的实现条件,同时,通过对比介绍了该变换器的优势。最后,通过仿真验证了上述理论分析的正确性。     

电流型零电压软开关并联谐振推挽DC/DC变换器

分析了电流型软开关并联谐振推挽直流/直流变换器的基本特性,给出了在一个开关周期不同时段内通过开关管的电流和电压的表示式及临界周期的概念,研究了开关周期与谐振电压的非线性关系;制作了实验电路并对模型进行了仿真和验证。结果表明,变换器有良好的零电压软开关特性和负载特性,较高的功率转换效率和较低的电磁辐射。只要在小范围内调整开关频率,即可得到性能良好的稳压性能。     

基于耦合电感的零电压零电流软开关Buck变换器

采用耦合电感替代滤波电感的方式,提出新的零电压零电流软开关Buck变换器.对该变换器工作过程的各个模态进行详细的理论分析.给出软开关实现的条件及主电路的参数设计方法,讨论耦合电感匝数比改变对该变换器性能的影响.对新电路进行仿真研究,理论和仿真结果表明,新电路中所有开关器件都实现了软开关.试制一台48V输入、32V输出,开关频率为50kHz的基于耦合电感的软开关Buck变换器样机.实验结果与理论和仿真结果一致,验证了该变换器理论和设计的正确性,实验测得最大效率达到96.5%.     

纯电动汽车直流双电源无缝切换技术

针对纯电动汽车动力电池组突然失压的问题,提出了一种基于直流双电源的无缝切换控制算法.该算法在纯电动汽车上增设一组备用电池,一旦检测到动力电池组有失压趋势,立即启用备用电池及升压电路,与动力电池组并联向负载供电,同时进一步检测动力电池组电压性能,根据检测结果决定采用动力电池组或备用电池供电线路.该算法能够实现直流双电源无缝切换,保证负载设备的安全可靠运行,仿真结果表明了该算法的可行性和有效性.     

基于双极性增益特性的无桥PFC变换器

传统Boost功率因数校正(PFC)变换器交流输入侧存在二极管整流桥,低压输入时其导通损耗大,因而效率较低。针对这一问题,研究一种无桥PFC变换器。该变换器由双极性增益升压变换器构成,不仅具有传统Boost变换器的升压功能,而且具有双极性增益特性,即对于正、负输入电压,均能得到正极性的直流输出电压,因此,该双极性增益升压变换器可直接应用于PFC变换器。搭建一台50 W无桥PFC变换器实验样机,实验分析该变换器工作于电感电流导电断续(DCM)模式时的工作模态,研究正、负输入电压情况下的直流稳态特性,实验结果表明,该变换器具有良好的功率因素校正功能,电感数值小、控制电路简单、成本低廉。     

交流能馈型直流电子负载研究

研究了一种由软开关移相全桥电路和L型滤波器的并网逆变器电路级联组成的交流能馈型直流电子负载装置.前级软开关移相全桥电路采用输入电流外环PI控制、输出电流内环单周期控制的控制策略,通过控制输入电感电流来模拟机车电源的输出特性.针对并网逆变器使用PI控制器时并网电流存在稳态误差的缺陷,研究了并网逆变器电路采用直流母线电压外环PI控制、并网电流内环准谐振PR控制的控制策略,通过电压外环实现逆变器直流电压稳定,电流内环实现并网电流无静差控制.MATLAB仿真与实验结果验证了该交流能馈型直流电子负载拓扑和控制策略的可行性.     

一种单片高效开关DC/DC转换器的设计与实现

提出了一种针对便携式电子产品的高效单片开关DC/DC转换器.采用固定关断时间PWM控制方式代替传统的固定频率PWM控制方式,转换器的开关频率和开关电流损耗随输入电压减小而降低,弱化了转换效率随电池电压下降而降低的趋势;除一般PWM/PFM供电模式外,该转换器增设了LDO供电模式以降低转换器的最小输入电压,提高了电池使用效率;另外,该转换器采用既能消除开关管与同步整流管瞬通电流损耗、又能消除其驱动缓冲级瞬通电流损耗的"嵌套"死区缓冲器.仿真结果表明,该转换器转换效率高达95%.转换芯片以0.5μm2P3M Mixed Signal CMOS工艺流片,实测效率达91%.     

一种半桥式变换器设计及仿真分析

为了研究半桥变换器中开关管驱动电路、功率变压器、输出滤波电感等参数对工作状态和技术指标的影响,基于电源仿真软件Saber建立了半桥变换器开环电路模型。给出了半桥变换器中功率变压器和输出滤波电感等关键参数的计算方法。采用分段线性分析法、小纹波近似分析法和伏-秒平衡条件对半桥变换器进行稳态分析,推导了输出滤波电感在连续导通模式下（CCM）和不连续导通模式下（DCM）输出、输入函数关系式。分析了半桥变换器CCM工作模式的输出电感、负载电阻和占空比的临界值计算方法。对所建的半桥变换器开环模型进行仿真,仿真结果验证了理论推导的正确性,据此给出了提高半桥变换器稳态性能和工作效率的参数设计方法,为半桥变换器设计提供了理论依据。     

用于车载充电的双向CLLC变换器设计

为拓宽车载充电机（on-board charger, OBC）双向充放电工作范围并提高充电效率,用PFC（power factor correction）级联高效CLLC(电容-电感-电感-电容)谐振拓扑实现电网电压与电池电压之间能量双向转换。同时为解决CLLC谐振拓扑在宽范围工作时参数设计困难的问题,提出一种参数设计及优化方法,采用基波分析法（fundamental harmonic analysis, FHA）对谐振网络建模,推导充放电增益的归一化方程,提取出影响谐振变换器增益和效率的关键参数,对比分析关键参数的变化对拓扑各项性能的影响规律,进而总结参数的设计及优化原则。结果表明:影响谐振变换器双向运行最重要的参数是匝数比和谐振电容,其中变压器匝数比主要影响CLLC变换器的充放电效率,谐振电容值影响充放电宽范围输出的最佳工作区,通过分析给出了双向传输功率同等级时匝数比和谐振电容的最佳取值范围。应用CLLC拓扑,双向车载充电机可实现双向超宽范围运行,整机充电效率最高可达94.5%,CLLC效率可达97.5%。     

一种新型双向DC/DC变换器增益分析

针对轨道交通节能改造的需求,为克服双向DC/DC变换器增益不高的缺点,提出了一种新型的双向DC/DC变换器拓扑,该变换器利用了一个耦合电感作为双向磁性开关来控制能量的储存和释放、提高变换器的增益.分析了影响该变换器增益的因素,推导了该变换器的增益公式,并通过Matlab仿真和制作一台50W的样机进行了原理验证,实验结果表明：变换器工作在Boost状态（功率25W）时增益达到8倍,Buck状态（功率42W）时为0.2倍的增益.因此该电路拓扑可应用于高增益的场合.     

Rapidly transient response with the flexible mode and high-efficiency buck-boost converter

A novel current sensing technique with a rapidly transient and flexible mode buck-boost converter is presented. The converter can work in an appropriate mode according to the input voltage (V_IN) and inductor current (I_L), with smooth transition and flexible working modes achieved. The average current sensing (AVCS) circuit has an accurate measurement of I_L. The transient response time is also decreased. The current sensing converter is implemented in the Silterra 0.18μm COMS process. Experimental results show 95％ peak efficiency at an output current 1A with 4.2V V_IN, so that the converter can extend the battery life. The output transient with the load current altering from 0 to 2A is 6mV and the recovery time is 60μs.     

带有无损电流检测的高效率可重构DC-DC变换器

为了提高便携式设备供电电源的效率,提出可重构的高效率DC-DC变换器.针对锂电池供电电源的特点,采用绿色模式控制策略将变换器自动重构成3种模式,以实现升压和降压功能,并减小功耗.在轻载条件下引入突发控制模式,以减小开关损耗,从而提高了效率.变换器在1.5 μm BCD工艺下设计并流片,芯片面积为8.75 mm2.变换器的输入电压为2.7～4.2 V,输出电压为3.3 V.当输入电压接近3.3 V时,该系统可以实现降压和升压的平滑过渡.在快速响应的电流模式控制中,提出基于Gm-C滤波器的无损电流检测技术,实现了无损、精准的电流检测.当负载在30 mA和300 mA之间跳变时,系统恢复时间小于100 μs.在0～500 mA的负载范围内,系统的效率能够保持在80%以上,最高可达94%.     

一种高效、高增益比FlyBoost直流变换器

针对传统Boost与反激变换器在宽占空比条件下低效率的缺陷,提出一种高效率、高增益比FlyBoost组合变换器,详细分析了变换器的稳态工作原理。采用状态空间平均法,建立了变换器动态小信号模型并分析了漏感对组合变换器的影响,给出了小信号特征Matlab仿真波形。电路仿真结果证明了理论分析的正确性。     

基于DSP控制的新型全桥ZVS PWM DC-DC变换器

针对传统全桥ZVS PWM DC-DC变换器零电压开关范围窄、占空比丢失严重,转换效率较低等缺点,提出了一种新型的全桥ZVS PWM DC-DC变换器.在一次侧串入耦合电感和隔直电容,使变换器实现了较宽的输入电压和较大的带负载能力.分析了这种变换器的工作原理、零电压开关的实现,推导了耦合电感的选择依据.并且采用TMS320F240 DSP作为控制芯片,设计了变换器数字控制系统.通过一台功率为48 W,工作频率为100 kHz的样机验证了这种基于数字控制的新型PWM DC-DC变换器相关理论的正确性.     

基于0.5μm CMOS工艺的BOOST变换器设计

针对便携式通信设备对DC-DC变换器的输出电压纹波和效率要求较高的问题,提出了一种同步整流模式的BOOST型DC-DC变换器电路,以提高芯片的转换效率。该设计采用CSMC（Central Semiconductor Man-ufacturing Corporation）0.5μm CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）工艺,并利用0.5μm双层多晶硅三层金属的CMOS工艺实现了电路的版图绘制。仿真结果证明,变换器能稳定输出电压,并具有较小的电压纹波和较高的转换效率等优点。     

燃料电池用新型高升压比DC/DC变换器

由于燃料电池发电系统的输出特性偏软,大功率DC/DC变换器是其必不可少的零部件之一。提出了一种新型高升压比的升降压DC/DC变换器,它由buck电路和一种多级自主升压boost电路组成。该变换器可在宽范围输入的条件下达到稳压输出,实现低占空比升压,降低了开关管的导通损耗,可有效提高效率。新型电路实际应用于自主研发的大功率单向DC/DC变换器中,取得了良好的效果。