Buck DC/DC变换器的输出纹波电压分析及其应用

为使Buck变换器以较小的电感达到期望的输出纹波电压指标并满足本质安全要求,在输入电压?负载构成的平面上,按电感的取值将Buck变换器划分成四个工作区域,求出其在各个区域的输出纹波电压极大值;指出在变换器输出电流最大的情况下,如果电感的取值使得变换器在输入电压最低时处于连续导电模式(CCM),而在输入电压最高时处于不连续导电模式(DCM),则输出纹波电压极大值最高;最小负载电阻和最高输入电压所对应的CCM和DCM的临界电感,即为整个工作范围内使输出纹波电压极大值最低的最小电感.实验结果验证了理论分析的正确性.     

开关变换器的本质安全特性分析与设计

通过分析开关变换器的最危险故障状态,得出了判断其内部本质安全的等效电感电路.根据开关变换器的最大输出短路释放能量,得出了变换器的输出短路等效电容.以电容、电感电路的点燃曲线作为依据,得出了开关变换器内部和输出本质安全的判断方法.以变换器同时满足本质安全和期望的输出电压纹波要求作为限制条件,得出了电感、电容的设计范围.以Buck变换器为例进行了分析和试验,结果验证了所提方法的可行性和理论分析的正确性.     

输出本质安全型Buck-Boost DC-DC变换器的分析与设计

在RL-Ui平面上,根据电感取值的不同,将Buck-Boost 变换器划分成4个工作区域。对变换器的输出短路释放能量进行了分析,指出Buck-Boost变换器的输出短路释放能量为短路后电源和电感向负载转移的能量与电容的储能之和,且如果变换器在负载电阻最小和输入电压最低时处于连续导电模式(continuous conduction mode, CCM),则该时的输出短路释放能量就是变换器在其整个动态工作范围内的最大输出短路释放能量,将其与对应的最小引爆能量相比较作为变换器输出本质安全的判断依据。根据电气指标要求,得出了电感及输出滤波电容的最小设计值;以满足输出本质安全要求作为限制条件,得出了电感和电容的最大设计值。给出了设计实例,实验结果验证了理论分析的正确性和设计方法的可行性。     

基于最大功率的本安Buck变换器设计方法

针对现有本质安全Buck变换器设计方法复杂繁琐的问题,该文对变换器本安特性及其与电感和负载的关系进行分析,指出同时满足电气性能指标及本安性能要求的电感取值范围随着负载电阻的降低而缩小,并定义电感的最大值与最小值相等时对应的负载电阻为最小负载电阻,推导出最小负载电阻解析表达式,并据此得出变换器的最大本安输出功率.分析得出最大功率与输入、输出电压及开关频率的四维关系图,据此提出了针对不同的电气性能指标要求及设计目标的三种便捷设计方法,同时也实现了在不同给定条件下得到最大输出功率.利用本安性能评价系统与火花实验平台对设计实例进行了仿真和实验验证,证明了理论分析和所提出设计方法的可行性.     

交错并联磁集成Boost变换器的内部本质安全特性分析

为了提高本质安全电源的电气性能(大功率,低输出电压纹波),本文将交错并联磁集成理论应用到Boost变换器中,提出等效电气电感和等效本安电感的概念,通过增大电气电感和减小本安电感使变换器在满足内部本质安全特性的前提下提高电气性能,以两相交错并联磁集成Boost变换器为例进行研究,分析该变换器的内部本质安全特性,得出交错并联磁集成Boost变换器内部本质安全判据,并与传统单通道Boost变换器在满足内部本安特性下进行对比,提高了交错并联磁集成Boost变换器的电气性能,最后通过仿真与实验验证了理论分析的正确性.     

三相交错并联磁集成Boost变换器的内部本质安全特性

为了解决传统矿用本质安全开关变换器存在电气性能指标(如大功率,低输出电压纹波,高效率)要求大电感、大电容与本质安全(本安)特性要求小电感、小电容的矛盾,本文将交错并联磁集成理论应用到传统单通道Boost变换器中,提出等效电气电感和等效本安电感的概念,通过增大等效电气电感和减小等效本安电感使变换器能同时满足电气性能和本安性能的要求,并在此基础上分析了三相交错并联磁集成Boost变换器的内部本安特性,得出该变换器的内部本安判据。与传统单通道Boost变换器以及三相交错并联Boost变换器相比,三相交错并联磁集成Boost变换器在电气性能和本安性能上均有显著的提高,通过实验表明了理论分析的正确性。     

交错并联磁集成Buck变换器的输出本质安全研究

为了使电路能以较小的最大输出短路释放能量满足本质安全要求,提出将交错并联磁集成技术应用到传统Buck变换器中,交错并联能有效减小输出总电流纹波,磁集成能有效减小单通道电流纹波。以双通道交错并联磁集成Buck变换器为例进行研究,分析了电路的工作原理和临界电感,CCM和DCM下的电感电流纹波,并进行了输出本质安全判据;最后对所设计的电路进行仿真证明理论分析的正确性,并用试验加以验证。     

交错并联Buck变换器本质安全的研究

为使Buck变换器以较小的最大输出短路释放能量满足本质安全要求,提出将交错并联技术应用于Buck 变换器,以两支路交错并联Buck变换器为例进行研究,在与传统Buck变换器总输出电流相同的情况下,使电路的总电流输出纹波减小,输出电压纹波减小,且支路电流为总电流的1/2,减小了开关管和续流二极管的电流应力,总输出电流纹波...     

考虑滤波电容等效串联电阻的输出本质安全型Buck-Boost变换器分析与设计

应用于煤矿、石化等危险环境的Buck-Boost变换器不仅要满足本质安全要求,同时还要满足电气性能指标如纹波电压的要求.现有本质安全开关变换器参数设计依据理想纹波电压表达式,但实际上受寄生参数如电容等效串联电阻(ESR)的影响,按照理想公式设计的电容无法满足纹波电压指标要求,通常要选择2～4倍的裕度,这样会增加变换器短路时爆炸风险.电容的ESR不仅会引起开关变换器纹波电压波形畸变,同时还对纹波电压的大小有重要影响,为了更好地指导本质安全Buck-Boost变换器的参数设计,该文分析电容ESR引起变换器纹波电压畸变的机理,建立考虑电容ESR的Buck-Boost变换器纹波电压精确数学模型及峰值电感电流模型,基于此模型提出在输入电压、负载电阻及电容ESR变化的动态范围内本质安全型Buck-Boost变换器的参数设计方法.实验结果表明,选择1.2倍裕度的电容即可满足Buck-Boost变换器纹波电压及输出本质安全要求,有效地提高了变换器的本质安全性能.     

具有开关电感单元的电感磁集成Buck变换器

为了提高传统Buck变换器的降压能力、降低二极管电压应力及减小变换器损耗,将开关电感应用传统Buck变换器中,提出了一种具有开关电感的电感集成Buck变换器。利用开关电感替代传统Buck变换器中的储能电感,并对开关电感进行了耦合集成。分析了变换器的工作模态,推导得到了变换器电压增益表达式,研究了电感串联等效电阻对变换器电压增益影响,并分析了二极管电压应力与电感电流纹波的大小。与传统Buck变换器相比,具有开关电感的电感集成Buck变换器的电压增益、二极管电压应力和电感电流纹波都减小到传统的1/(2-D)倍。样机实验结果验证了理论分析的正确性,表明具有开关电感的电感集成Buck变换器具有优良的综合性能。     

一种Buck输出纹波比的简化计算及设计方法

Buck变换器是一种高效的DC-DC降压开关电路,其输出的直流电压受到纹波干扰。纹波比是一个重要的性能指标,它受开关频率、滤波电感电容、占空比和负载电流（或负载电阻）等参数共同影响,不易精确计算。先构建一种与Buck变换器（电感电流连续）完全等效的理想电路拓扑;分析此电路的频率响应特性后得到电路的稳态输出;进一步的纹波理论计算及仿真分析表明,电路输出纹波比的计算完全可以由基波纹波比代替。基于上述简化纹波比计算的结论,又提出了一种设计滤波元件L、C参数的方法,并将这种方法运用于实例设计中,最后的仿真及实验数据都说明采用此方法能有效地计算出满足纹波比指标要求的L、C参数范围。     

伪连续导电模式Buck变换器的动态参考电流控制策略

为了提高工作于伪连续导电模式(PCCM)的Buck变换器的效率和瞬态响应速度,提出了一种新型动态参考电流(DRC)控制策略。DRC控制方式通过采样Buck变换器的电感电流信号和负载电流信号,并将两者进行加权平均,获得电感续流的动态参考电流信号。与传统恒定参考电流控制的PCCM Buck变换器相比,DRC控制的PCCM Buck变换器通过反馈负载电流提高了电路的轻载工作效率以及轻载时的输出电压纹波。通过引入电感电流信息和负载电流信息提高了电路的动态性能。仿真与实验结果均验证理论分析的正确性。     

一种高降压比双输出Buck变换器的分析与设计

为解决传统单电感双输出（SIDO）Buck变换器降压比低的问题引入了二次型单元，提出一种高降压比双输出Buck变换器。对高降压比双输出Buck变换器的工作原理进行了深入分析，发现其存在四种工作模式，求出了变换器的电压增益表达式，得到了各个工作模式的临界电感，总结出了工作模式与电感和负载之间的关系。建立了各个工作模式的纹波电压解析式，并分析了纹波电压与电感的关系。以电感纹波电流和电容纹波电压为约束条件，获得了电感和电容的设计公式。搭建了实验平台，实验结果验证了理论分析的正确性。     

二次型Boost变换器工作模式及输出电压纹波分析

根据二次型Boost变换器输入电感和储能电感的工作模式,划分了二次型Boost变换器的工作模式区域,并分析了不同能量传输模式时输出电压的纹波特性。根据储能电感电流谷值与输出电流的关系,分析了二次型Boost变换器在开关管关断期间的能量传输模式:完全电感供能模式(CISM)和不完全电感供能模式(IISM),得出了CISM与IISM的临界电感值和临界工作条件。当储能电感工作于连续导电模式(CCM)时,二次型Boost变换器既可以工作于CISM,也可以工作于IISM;当储能电感工作于不连续导电模式(DCM)时,二次型Boost变换器只能工作于IISM。对于给定输入电感、负载、电容和开关频率的二次型Boost变换器,当储能电感工作于CCM-CISM模式时,输出电压纹波最小,输出电压纹波仅由开关管导通期间输出电容电压的下降幅度决定,与储能电感无关;而当储能电感工作于DCM-IISM模式时,输出电压纹波最大,输出电压纹波随着储能电感的减小而增大。最后,通过试验装置验证了理论分析的正确性。     

Buck变换器的全扰动观测补偿策略

无人驾驶船舶的服务器供电变换器在重载下容易引起输入滤波器谐振.分析了Buck变换器动态能量回馈引起谐振的作用机理,提出了一种基于全扰动观测补偿的电压振荡抑制策略.根据Buck变换器的输出电压、电感电流和占空比计算输入电压和负载电流的扰动量,并通过带通滤波器前馈到电流环中,改变Buck变换器在谐振频率附近的输入输出阻抗....     

具有快动态响应和低输出电压纹波的二次型BoostPFC变换器

为了提高功率因数校正(Power Factor Correction,PFC)变换器对负载变化的动态响应性能,同时消除输出电压二倍工频纹波,本文将二次型Boost变换器应用于PFC变换器中,并分析了其工作原理。根据主电路电感的工作模式,可以将二次型Boost PFC变换器的工作区域划分为四个区域:CCM-CCM、CCM-DCM、DCM-CCM和DCM-DCM,本论文重点研究了二次型DCM-DCM Boost PFC变换器的输出电压纹波特性及其动态性能。研究结果表明,与传统DCM Boost PFC变换器相比,二次型DCM-DCM Boost PFC变换器可消除输出电压的二倍工频纹波,降低输入电感电流峰值,且提高了负载动态响应速度,极大地降低了输出电压超调量与跌落量。最后,通过实验结果验证了理论分析的正确性。     

Boost变换器的能量传输模式及输出纹波电压分析

分析了Boost变换器在开关关断期间的能量传输模式，根据流经电感的最小电流与输出电流的比较，将其分为完全电感供能模式（CISM）和不完全电感供能模式（IISM），得出了CISM和IISM的临界电感和临界条件。指出工作在连续导电模式（CCM）的Boost变换器，既可能工作在CISM也可能工作在IISM；而在不连续导电模式（DCM）的Boost变换器，必定工作在IISM。指出对于给定负载、电容和开关频率的Boost DC-DC变换器，CCM-CISM模式的输出纹波电压最小且与电感无关；CCM-IISM模式的输出纹波电压较大且随电感减小而增大；DCM模式的输出纹波电压最大且亦随电感减小而增大；CISM和IISM的临界电感即为使得变换器的输出纹波电压最低的最小电感。文中给出了实例，并用实验结果验证了理论分析的正确性。     

交错并联磁集成buck变换器的本质安全特性研究

为了使buck变换器以较小的最大输出短路释放能量满足本质安全要求,提出将磁集成技术应用到交错并联buck变换器中,合理的设计通道数N和占空比D,能有效减小输出电流纹波.以双通道交错并联磁集成buck变换器为例进行研究,电感与电感采用反向耦合集成方法,最后对本质安全的交错并联磁集成与无磁集成的buck变换器进行MATLA...     

二次型CCM Boost变换器能量传输模式

为了分析二次型CCM Boost变换器输出电压纹波特性,研究其能量传输模式.根据电感电流谷值与负载输出电流的关系,分析二次型CCM Boost变换器在开关管关断期间的能量传输模式,即完全电感供能模式(CISM)和不完全电感供能模式(IISM).分析在忽略输出电容等效串联电阻和存在输出电容等效串联电阻两种情况下,工作于CISM和IISM模式的二次型CCM Boost变换器的输出电压纹波特性,得出CISM与IISM模式的临界电感值和临界工作条件.分析结果表明,当二次型CCM Boost变换器工作于CISM模式,且忽略输出电容等效串联电阻时,输出电压纹波仅由开关管导通期间输出电容电压的下降幅度决定,与电感无关;而当存在输出电容等效串联电阻时,工作于CISM模式比IISM模式具有更小的输出电压纹波.实验结果验证了理论分析的正确性.     

buck变换器的输出本质安全特性分析及优化设计

用buck变换器的电感和电容的最大储能之和反映其输出短路释放能量，推导了buck变换器在连续导电模式（CCM）和不连续导电模式（DCM）下的最大输出短路释放能量，若它们部小于最小点燃放电能量，则该变换器是满足输出本安要求的。指出如果变换器在最小负载电阻和最高输入电压的情况下处于CCM，则该状态下的输出短路能量就是该变换器在整个工作范围的最大输出短路释放能量。根据输出纹波电压指标将最小输出电容值用电感表示出来，并通过令最大输出短路释放能量对电感的偏导数为0的方法，得出在给定设计指标条件下使最大输出短路释放能量最小的电感和电容设计参数。实验结果验证了理论分析的正确性。