交错并联磁集成开关电感高增益Boost变换器的研究

为了提高传统Boost变换器的电压增益和暂态响应速度,同时减小电感支路的电流纹波和变换器的体积重量,将磁集成技术、交错并联技术以及开关电感和储能电容应用到传统Boost变换器中,提出了交错并联磁集成开关电感高增益Boost变换器。其中通过引用开关电感和储能电容可以使所提变换器的电压增益提高到传统Boost变换器的2倍;采用磁集成技术并合理设计耦合电感系数,不仅可以减小该变换器电感支路的电流纹波,还提高了系统暂态响应速度,减小了变换器的体积重量,从而提高变换器的电气性能。应用PSIM仿真软件对该变换器进行仿真,并制作样机对理论分析进行了实验验证。     

磁集成开关电感交错并联Buck/Boost变换器

为了提高传统Buck/Boost变换器的电压增益、暂态响应速度同时减小电感支路的电流纹波和变换器的体积重量。将磁集成开关电感技术和交错并联技术应用到传统的Buck/Boost变换中,提出了磁集成开关电感交错并联Buck/Boost变换器。通过采用开关电感结构替换传统变换器中的电感的方式,使变换器正向功率变换的电压增益提高为原来的2倍。采用磁集成技术并合理设计耦合电感间的耦合系数能够减小该变换器电感支路的电流纹波、提高系统暂态响应速度、减小变换器的体积重量,进而提高变换器的电气性能。最后通过实验样机的结果验证了理论分析的正确性。     

新型级联型磁集成开关电感高增益Boost变换器

为了提高传统级联Boost变换器的电压增益、减小支路电感电流纹波,减弱开关管电压应力、减小变换器的体积,本文将磁集成技术、开关电感和储能电容应用到级联Boost变换器中,提出了新型级联型磁集成开关电感高增益Boost变换器。通过引用两个开关电感和储能电容可以使本文提出的变换器的电压增益提高为传统级联Boost变换器的4倍。利用磁集成技术合理设计出耦合电感系数不仅可以有效减小变换器电感支路的电流纹波与开关器件的电压应力,同时还提高了系统暂态响应速度,减小了变换器的体积重量,从而提高变换器的电气性能。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。     

交错并联磁集成开关电感高增益Boost变换器

为了提高Boost变换器电压增益、减小支路电感电流纹波、减弱开关管电压应力、减小变换器体积,提出了一种新型带有开关电感及开关电容的交错并联磁集成Boost变换器.相对于传统交错并联Boost变换器而言,利用2个开关电感单元代替储能电感,2个电容及4个二极管构成开关电容,对所提出的拓扑进行理论分析、仿真及实验验证.结果表...     

磁集成开关电感Sepic变换器研究

为了提高传统非隔离变换器的电压增益、开关频率和功率密度,同时减小电感的电流纹波和变换器的体积重量,将磁集成开关电感技术应用到传统的Sepic变换器中,提出了磁集成开关电感Sepic变换器。采用开关电感结构替换传统Sepic变换器中的电感能够有效提高变换器的电压增益;采用磁集成技术能够减小变换器电感支路的电流纹波。通过模态分析推导获得了电压增益表达式,给出了电感耦合度的设计准则;分析了磁集成开关电感Sepic变换器的开关管电压应力,得出相应的结论;给出了磁集成开关电感Sepic变换器集成磁件设计方案及设计方法。最后通过PISM仿真系统和实验样机,对变换器进行仿真模拟实验验证,结果验证了理论分析的正确性。     

磁集成开关电感/开关电容高增益Cuk变换器

传统Cuk变换器的电压增益范围较小、开关管电压应力较大、电感电流纹波较大。在此针对这些缺点提出了一种基于开关电感/开关电容的磁集成高增益Cuk变换器。分析了变换器的工作模态并给出变换器主要工作波形,推导出了变换器电压增益、开关器件的电压应力和电感电流纹波的表达式。新变换器与传统Cuk变换器相比,电压增益提高了2(1+D)/D倍,电感电流纹波明显减小,同时减小了变换器的体积,并设计了变换器的集成磁件。通过仿真和实验验证了理论的正确性。     

一种改进型交错并联高增益Boost变换器

传统Boost变换器存在电压增益低、开关器件电压应力高和电感电流纹波大等问题,为了解决这些问题,设计一种具有开关电容/电感的改进型交错并联高增益Boost变换器。该变换器用两个开关电容/电感分别代替储能电感L_1、L_2,并对开关电感进行耦合集成;再加入一个电容C_3,既可提高电压增益又能降低开关管电压应力;分析了变换器的工作原理,推导了电压增益公式;分析了开关管电压应力和电感电流纹波,给出了耦合电感设计方案。理论分析和实验表明该变换器具有以下优点:电压增益提高,尤其在占空比D0.5时,是传统Boost变换器的4倍;对电感的耦合集成不仅减小了磁件体积,降低磁元件损耗,而且使电感电流纹波减小近一半;开关管电压应力减小,在占空比D0.5时,开关管的电压应力是输出电压的一半。     

带开关电容网络的交错并联磁集成电感Boost变换器

针对传统交错并联Boost变换器电压增益低、开关管电压应力高、电感电流纹波大等问题,提出一种新型交错并联Boost变换器。该变换器用2个开关电感单元分别代替储能电感L₁和L₂,并对开关电感进行耦合集成,在此基础上增加了1个二极管和2个电容构成开关电容网络。分析了变换器在不同占空比下的工作模态,推导了电压增益公式,分析了开关管电压应力和电感电流纹波的大小。与传统交错并联Boost变换器相比,该变换器性能得到明显提升,尤其在占空比D>0.5的情况下电压增益是传统交错并联Boost变换器的3（1+D）倍,开关管的电压应力减小了2/3,电感电流纹波也减小近一半。最后实验验证了理论分析的正确性。表明带开关电容网络的交错并联磁集成电感Boost变换器有着优良的工作性能。     

一种高增益Cuk变换器

为了提高传统Cuk变换器的电压增益和变换器工作效率、同时减小电流纹波和变换器的体积重量。提出一种适用于光伏发电系统的高增益Cuk变换器。利用带有自举电容的开关电感单元替代传统Cuk变换器中的输入电感,并对开关电感单元与输出电感进行了磁集成。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;分析了二极管与开关管电压应力的大小,给出了电感耦合度的设计准则。给出了高增益Cuk变换器集成磁件设计方案,并给出了设计方法。与传统Cuk变换器相比,高增益Cuk变换器的电压增益提高了2倍。仿真与样机实验结果验证了理论分析的正确性,表明提出的高增益Cuk变换器具有优良的综合性能。     

交错并联磁集成软开关双向DC/DC变换器的研究

交错并联磁集成软开关技术可以减小变换器输出电流纹波,提高动态响应,减小开关损耗。介绍了一种交错并联磁集成双向DC/DC变换器电路拓扑结构,该变换器具有开关器件电压应力低,输入输出电压变比大的优点。分析了变换器在Boost和Buck模式下的工作模态,并推导了稳态工作时的基本方程,获得了稳态电压增益,通过等效电感分析了输出稳态纹波与动态响应和集成电感耦合系数的关系,并给出了设计范围,利用阵列式磁芯设计了耦合电感,并给出了设计方法。采用交错并联磁集成技术,减小了输入输出电流纹波;给出了软开关的实现条件,可以实现所有开关管的零电压开关(ZVS)导通,减小了开关损耗。研制了原理样机,通过实验验证了理论分析的正确性。     

基于开关电容和耦合电感的交错并联型高电压增益双向DC-DC变换器

提出一种基于开关电容和耦合电感的交错并联型高电压增益双向DC-DC变换器。通过并联通道数的增加,使得变换器具有更高的电压增益、更大的输出功率和更小的器件电压/电流应力。通过引入耦合电感,不仅降低了通道内电流纹波,同时可使各通道的电感量最小,进一步提升变换器的效率和功率密度。而且,较小的电感量可加快开关电容自动均流速度,仅需简单的控制方法,有利于提高电路的可靠性和实用性。制作了一台500W样机,以验证该拓扑和理论分析的有效性。     

具有开关电容的隔离型交错并联Boost变换器

提出一种具有开关电容的隔离型交错并联Boost变换器。由于开关电容的存在,此变换器的变压器可交替工作在反激与正激模态,从而将部分输出能量存储在开关电容中,因此,这种变换器的功率等级有了一定提高,磁芯的体积可有效减小。开关电容内在的倍压能力提高了电路的电压增益,因此降低了变压器的匝比和副边二极管的电压应力。开关电容的充放电平衡使得输出各相之间的电流自动均衡。开关管的非对称连接方式,使得并联运行的2个支路只需要一个有源钳位电路就可吸收2个变压器原边的漏感能量,因此,主开关管和钳位管都实现了零电压开通和零电压关断。由于二极管的电流下降率受到变压器漏感的限制,因此反向恢复问题得到抑制。一台1 kW 48 V/380 V的实验样机的实验结果验证了理论分析的有效性。     

隔离型开关电感Zeta变换器磁集成研究

为了提高传统非隔离变换器的电压增益、开关频率和功率密度,同时实现电气隔离、减小电感电流纹波和变换器体积重量,提出了一种磁集成开关电感隔离型Zeta变换器。该变换器中加入了变压器以实现电气隔离,用开关电感代替变换器中的储能电感,并对变压器和开关电感进行了磁集成。分析了变换器的工作模态,推导了变换器电压增益表达式;分析了电感电流纹波的大小,给出了该变换器的磁集成设计方案。与传统Zeta变换器相比,该变换器的电压增益提高了N(1+D)倍,开关电感电流纹波减小了近一半。样机实验结果表明具有开关电感的磁集成隔离型变换器具有优良的综合性能,验证了理论分析的正确性。     

具有磁集成开关电感单元的直流变换器

为了提高传统Boost变换器的电压增益、转换效率以及降低开关管的电压应力,在新型Boost变换器中引入了开关电感单元,提高了该变换器的电压增益。由理论分析可得,相比于传统Boost变换器,引入开关电感后的新型Boost变换器的电压增益提高了(2-D)(1+D)/(1-D)倍,同时将开关电感单元与输出电感进行磁集成,不仅可以有效地降低了支路电感的电流纹波,还可以减小变换器磁性器件的物理体积。应用PSIM软件对理论分析进行了仿真验证,并制作了实验样机,证明了理论分析的正确性。     

具有LCL单元的磁集成Boost变换器

提出一种由2个电感、一个电容和2个二极管组成的LCL单元,利用该单元的储能作用,提高升压变换器的电压增益。应用磁集成技术对电感进行耦合集成,降低电感电流纹波。为进一步增加电压增益、减小开关管的电压应力引入电容C_2。分析了变换器的工作原理,推导了电压增益公式、开关器件的电压应力和电感电流纹波。与传统Boost变换器相比,所提变换器电压增益是其3-D倍,电感电流纹波减小近一半,开关器件的电压应力是输出电压的2/(3-D)。最后通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。