加复位绕组的零电压开关PWM全桥变换器

在全桥变换器中引入谐振电感和钳位二极管,可以使开关管在较宽的负载范围内实现零电压开关,并且消除输出整流二极管上的电压尖峰.当钳位二极管导通时,谐振电感被短路,电流保持不变,在开关管和钳位二极管中产生较大的导通损耗,而且如果滤波电感较大,钳位二极管有可能无法自然关断,从而产生较大的反向恢复损耗.在全桥变换器中增加一个复位绕组与谐振电感串联,当钳位二极管导通时,利用复位绕组电压使谐振电感电流快速下降,使钳位二极管电流快速减小到零.复位绕组的引入,不仅减小了谐振电感、开关管和钳位二极管的导通损耗,而且使钳位二极管可靠关断,避免了反向恢复.本文详细分析了加复位绕组全桥变换器的工作原理,并讨论变压器绕组匝比的选择,最后进行实验验证,并给出实验结果.     

一种新型降压谐振开关电容变换器

针对开关电容与二次型Buck变换器相结合形成的二次型开关电容Buck变换器(SC-QBC)存在开关管电压应力大、效率低的问题,提出了一种新型降压谐振开关电容变换器.该变换器是在SC-QBC的基础上,通过增加谐振电感、二极管和电容元件得到.与SC-QBC相比较,在降压特性变化不大的情况下,新型变换器的开关管的电压应力变小;增加的谐振电感通过与开关电容谐振,使第2级实现了开关管的零电流关断(ZCS),减小了开关损耗,提高了开关管的工作频率,有利于变换器的重量和尺寸的减小;同时,谐振回路上的二极管都能实现零电流关断,减小了二极管的反向恢复损耗.这些优点有利于器件的选择和效率的提高.最后,通过实验验证了理论分析的正确性.     

一种全桥双谐振CLL谐振变换器的分析与设计

提出一种全桥双谐振CLL谐振DC-DC变换器拓扑。该变换器有两个谐振网络,共用一个变压器。该谐振变换器能在全负载范围内,实现开关管的零电压导通ZVS(zero voltage switching)和副边整流二极管的零电流关断ZCS(zero current switching),变换器开关管的开关损耗低,同时消除了二极管的反向恢复损耗,实现较高效率,适用于分布式电源系统中的直直变换模块。采用基波分析FHA(fundamental harmonic approximation)方法对该谐振变换器进行分析,得到了该变换器的直流增益特性。最后,制作了一台200 W的实验样机,验证了理论分析的正确性。     

不对称控制全桥副边双谐振DC-DC变换器

提出一种全桥副边双谐振(full-bridge secondary-dual-resonance,FB-SDR)DC-DC变换器。变换器无需添加辅助电路即可在全负载范围内实现开关管的零电压开关和副边整流二极管的零电流关断,减小了开通损耗和反向恢复损耗;同时,采用不对称控制策略,消除了传统移相全桥变换器的环流损耗,提高了变换器的效率;有效抑制了整流二极管的电压尖峰和振荡,将整流二极管电压箝位在输出电压,减小了电压应力,进一步提高了变换器的性能。详细研究FB-SDR变换器的工作原理及稳态特性,并对电路关键参数进行设计。最后,通过搭建一台1 kW、400 V/48 V的实验样机,验证理论分析的正确性。     

高效率准谐振Buck变换器设计与研究

电感电流临界连续工作模式(BCM)Buck变换器,在电感电流下降到零时,输出滤波电感和开关管并联电容谐振即准谐振(Quasi Resonant)(QR)。在开关管两端电压谐振到零的时候开通开关管,则可以实现零电压零电流开通(ZVS/ZCS)。本文通过详细分析输出电感与开关管并联电容的谐振过程,得出开关管两端电压为零的时间,并且通过设计延时电路,以保证输入电压变化时依然能够实现零电压和零电流开通(ZVS/ZCS)。在开关管关断时由于开关管两端并联了谐振电容,可近似认为是零电压关断。而且Buck变换器工作于BCM模式时输出滤波电感体积小,动态响应速度变快,二极管自然关断,没有反向恢复损耗。最后设计了一台3kW的原理样机,最高效率可以达到98.7%。     

带箝位辅助谐振支路的改进型变换器研究

移相控制零电压全桥变换器利用变压器漏感和开关管的寄身电容可实现开关管的零电压开关,为了抑制整流输出寄生振荡,可以在初级加入一个谐振电感和两个箝位二极管构成辅助谐振支路,本文将辅助谐振支路与变压器交换位置,使辅助支路与超前臂相连,不仅抑制了次级寄生振荡和电压过冲,使整流管和箝位二极管工作在软开关条件下,而且减小了箝位二极管上电流有效值,减小了次级占空比丢失和初级通态损耗。分析了改进后变换器的工作原理,并对改进前后的变换器进行了比较。实验结果验证了电路的正确性。     

有源钳位正激二次侧谐振PWM Buck-Boost型变换器

针对传统有源钳位正激(ACF)变换器存在输出二极管反向恢复损耗,以及轻载时不能实现软开关的问题,提出了ACF二次侧谐振(SSR)PWM(ACF-SSR-PWM)Buck-Boost型变换器,分析了ACF-SSR-PWM Buck-Boost型变换器的工作模式及其稳态特性。分析结果表明:ACF-SSR-PWM Buck-Boost型变换器可以在全负载范围内实现主开关管、辅助开关管的零电压开通(ZVS)和输出二极管的零电流关断(ZCS),其电压传输比与负载、开关频率和占空比无关,呈现出DC-DC变压器(DCX)的工作特性。与二次侧谐振ACF变换器相比,ACF-SSR-PWM Buck-Boost型变换器减小了辅助开关管的电流应力和主开关管的关断电流。最后,搭建了一台200V输入、50V/1.6A输出的实验装置,验证了理论分析的正确性。     

一种新型非调节隔离DC-DC变换器

提出一种新型非调节隔离DC-DC变换器,也称为DC-DC变压器(DCX)。DCX变换器表现出理想变压器的工作特性,其电压传输比与负载、开关频率和占空比无关。该隔离变换器的变压器一次侧为带隔直电容的不对称半桥(AHB)电路架构,二次侧由变压器二次侧漏感、谐振电容和整流二极管组成。该变换器实现了一次侧开关管的零电压开通(ZVS)和实现二次侧二极管的零电流关断(ZCS),消除了二次侧整流二极管的电压尖峰振荡和反向恢复损耗,同时将整流二极管电压钳位在输出电压,从而减小了二极管的电压应力。与传统AHB变换器相比,消除了二次侧滤波电感,变换器的重量与体积减小,且输出二极管电压应力不受占空比的影响。最后,通过一个输出功率为72W的48V/12V DC-DC变换器实验电路,验证了理论分析的正确性。     

改进型零电压转换PWM软开关功率变换器的实现机理分析

为改进传统谐振缓冲功率变换器(RSI)应用于高精度场合纹波较大的问题,提出一种改进型零电压转换(ZVT)脉宽调制(PWM)软开关功率变换器。通过LC环节减小输出电流纹波,并采用负载分段实现软开关的方式。轻载下利用交变的滤波电感电流实现主开关器件的零电压开通,重载下通过合理的导通谐振回路实现软开关,同时辅助开关器件实现零电流开关。该拓扑可采用PWM控制,具有效率高、纹波噪声小和开关频率固定的优点。通过分析电路的实现机理,对各工作时区进行解析计算,并给出实现软开关的条件。最后通过实验,在200kHz的开关频率下,验证了电路的有效性。相比于硬开关,效率得到了很大的提升,而相比于RSI在效率上虽有降低,但输出噪声却大幅减小。     

低通态损耗的ZCS-PWM变换器族

提出一种新型ZCS-PWM开关单元,并得到一族基于该开关单元的ZCS-PWM变换器.与传统的ZCS-PWM开关单元电路相比,新型ZCS-PWM开关单元不仅能在整个负载范围内实现所有开关管的零电流开关和所有二极管的零电压开关,而且主开关管的电流应力较低.此外,续流回路中仅有一个谐振电感和一个功率二极管,结构简单且具有较低的通态损耗.本文详细分析了基于该新型开关单元的Buck变换器的工作原理,并通过一台1000W、50kHz的原理样机验证了该零电流开关技术的可行性.     

一种新型并联型零电流全桥DC/DC变换器

提出了一种新型的含并联辅助电路的零电流转换(ZCT)全桥DC/DC变换器拓扑结构。该变换器采用脉宽调制(PWM),通过在原边增加一个由电容和电感构成的并联有源辅助电路,在开关管状态发生变化时,控制辅助电路的谐振电流,实现了主开关管和辅助开关管的零电流开关(ZCS),也实现了输出整流二极管的软换流,使整流二极管承受的电压相对较低,即为输出电压,特别适合于开关器件为IGBT的高电压大功率场合,消除了IGBT拖尾电流引起的开关损耗,改善了电路性能。分析了变换器的工作原理及零电流开关的实现条件,给出了主电路拓扑结构和谐振网络相关参数设计。根据所选取的参数对主电路进行了仿真研究,结果验证了电路分析的正确性和可行性。     

一种适用于光伏并网发电系统的高增益ZVT交错并联Boost变换器

本文提出了一种新型的有源交错并联ZVT软开关电路，该电路是在普通交错并联Boost变换器的基础上增加耦合电感绕组和有源箝位辅助单元形成。耦合电感绕组的引入扩展了变换器的电压增益和减小了开关管的电压应力，因此减小了开关管导通损耗。耦合电感的漏感限制了输出二极管关断电流的下降率，抑止了二极管的反向恢复，大大减小了反向恢复电流引起的损耗。有源辅助开关和吸收电容组成的辅助电路吸收并无损的转移了漏感能量，消除了主开关管上的电压尖峰。在整个开关周期内，主管和辅助管都是零电压开关，大大减小了开关损耗。最后，设计了一台40V输入、380V输出的1kW试验样机。仿真和试验结果表明，所有的功率器件均为软开关工作，本电路特别适用于光伏发电系统中低电压输入、高电压输出的前段变换。     

ZVS PWM全桥变换器中钳位二极管电流复位方法研究

在全桥变换器中引入谐振电感和钳位二极管,可以使开关管在较宽的负载范围内实现零电压开关,并且消除输出整流二极管上的电压尖峰。在重载情况下,当钳位二极管导通时,谐振电感被短路,其电流保持不变,在开关管和钳位二极管中产生较大的导通损耗;而当负载减轻至一定程度时,钳位二极管工作在硬关断状态,不但产生较大的反向恢复损耗,甚至会损坏钳位二极管。本文首先详细分析该变换器在轻载情况下的工作原理,提出三种钳位二极管电流的复位方式,相应分析现有的几种钳位二极管电流复位方法的优缺点,并提出加辅助变压器的ZVS PWM全桥变换器。利用引入的辅助变压器,在任意负载下均可以使钳位二极管电流快速复位到零,不但可以减小变换器原边的导通损耗,提高变换效率,同时还可避免钳位二极管的硬关断,提高变换器的可靠性。本文详细分析了加辅助变压器的ZVS PWM全桥变换器的工作原理,并讨论辅助变压器的设计,最后进行实验验证,并给出实验结果。     

基于充电机的3kW移相全桥变换器

为了抑制输出整流二极管反向恢复引起的电压振荡,采用初级二极管箝位的电路拓扑设计移相全桥零电压开关(ZVS)变换器。通过改变移相角稳定输出电压,将开关管的结电容和外并电容与串接的电感作为谐振元件,实现开关管的ZVS。实验表明,该方案在实现软开关的同时,可以较好地抑制输出整流二极管上的电压振荡,减小输出整流二极管的电压应力。     

加钳位二极管的零电压全桥变换器改进研究

移相控制零电压开关脉宽调制(PWM)全桥变换器利用变压器的漏感和开关管的结电容可以实现开关管的零电压开关。为了消除输出整流管的电压尖峰,可以在原边加入一个谐振电感和两个钳位二极管。文中将谐振电感和变压器交换位置,使变压器与滞后桥臂相连,这样钳位二极管在一个开关周期中只导通一次,同时零状态时谐振电感电流较小,有利于提高变换效率和减小占空比丢失。分析了改进后变换器的工作原理,并将改进前后进行对比,讨论了隔直电容在不同位置对变换器工作的影响,以确定一种最佳方案。最后进行实验验证,并给出了实验结果。     

新型零电流转换移相全桥DC/DC变换器

提出了一种新型零电流转换(ZCT)移相全桥DC/DC变换器拓扑。该变换器通过在原边增加一个由电容和电感构成的有源辅助电路,在开关管状态发生变化时,控制辅助电路的谐振电流,可实现主功率开关管和辅助开关管的零电流开关(ZCS),消除IGBT拖尾电流引起的开关损耗,同时减小了二极管的反向恢复损耗。辅助电路结构不会增加开关管的导通损耗,还能一定程度上克服传统零电压开关(ZVS)全桥变换器原边环流损耗大和占空比丢失严重的缺点。详细分析了该新型全桥变换器的工作原理以及实现零电流开关的条件,给出了主电路拓扑结构及相关参数选取,根据所选取参数对主电路进行仿真研究,给出了主要仿真波形,结果验证了电路分析的正确性和设计的可行性。     

基于变频与中心对称PWM控制的双向DC/DC变换器

以在谐振腔并联电感的双向LLC谐振变流器为研究对象,采用变频与中心对称脉宽调制(PWM)混合控制策略,实现变换器正反向工作时的升降压.通过对采用中心对称PWM控制的变换器特性的时域分析,得到变换器的电压增益仅与占空比有关,与变换器的功率大小和传输方向无关,变换器可以自动实现正反向运行的平滑切换.此外,变换器在正向工作时,变压器初级开关管在全负载范围内均可实现零电压开关(ZVS)开通,变换器在反向工作时,变压器次级开关管在全负载范围内均可实现ZVS开通.通过加入变频控制可以减小开关管的关断电流.最后搭建了一台输入75～130 V,输出400 V的1.6 kW实验平台,验证了理论分析的正确性.     

零电压开关多谐振三电平直流变换器

该文提出一族零电压开关多谐振三电平直流变换器(Zero-voltage-switching multi-resonant three-leve lconverters，ZVS-MR-TLCs)，它是在三电平变换器的基础上加入LCC谐振网络实现ZVS，开关管和二极管的结电容以及变压器的漏感被利用。该文以Buck ZVS-MR-TLC为例分析它的工作原理和特性，并与传统的两电平零电压开关多谐振变换器(ZVS-MRC)进行比较。与两电平ZVS-MRC相比，ZVS-MR-TLC功率器件的电压应力降低，实现ZVS的负载范围变宽，滤波电感和滤波电容大大减小。最后给出了实验结果。     

一种用耦合电感实现零电压零电流开关的移相全桥变换器

在高压大功率场合,通常用IGBT作为开关器件。由于其关断的电流拖尾现象,IGBT零电流关断能有效减小开关损耗。提出一种新型移相全桥零电压零电流开关(ZVZCS)方案,通过1个双绕组的耦合电感和2个二极管实现滞后臂开关管在宽负载范围的零电流关断(ZCS)。所增加的二极管可以实现软开关,耦合电感的漏感并不会对增加的二极管产生附加的电压应力。为减小耦合电感的励磁电流对ZCS的影响,通过在所增加的2个二极管上各并联一个小电容,在不增大耦合电感尺寸的条件下增加复位电压的作用时间,保证滞后臂开关管的ZCS。在理论分析的基础上进行了计算机仿真,并设计了一台开关频率为68 k Hz、输出为100 V/10 A的样机进行实验验证。仿真和实验结果证明了所提方案的有效性。     

一种新颖的零电压零电流开关PWM三电平直流变换器

提出一种新颖的零电压零电流开关PWM三电平直流变换器 ,它是在基本的三电平直流变换器的变压器一次侧串入一个阻断电容 ,使一次电流在零状态时减小到零。为了使一次电流在零状态时减小到零后不再反方向流动 ,在两个滞后管中分别串入一个二极管。该变换器可以实现超前管的零电压开关和滞后管的零电流开关。由于在零状态中一次电流为零 ,减小了通态损耗 ,因此可以提高变换效率。本文分析该变换器的工作原理 ,讨论它的参数设计 ,并给出实验结果