基于改进型变压器的LLC谐振变换器原理与设计

LLC谐振变换器具有高功率密度、高效率等优点,得到了广泛的应用.在电池充电器应用中,充电过程会在很宽的范围内改变输出电压,使LLC变换器在效率和增益之间难以优化.提出了一种改进型变压器实现优化效率和增益,将谐振电感和励磁电感集成到变压器上,通过与变压器副边并联的开关控制电感实现励磁电感随着输出电压和负载动态调整.与传统的LLC谐振变换器相比,改进型变换器励磁电感可以动态调节,不再为固定值,能减少通态损耗和绕组损耗,提高了增益和效率.通过仿真和250 W的样机验证了改进型变压器设计的可行性.     

一种复合谐振型DAB变换器的研究

针对能量双向流动的隔离型DC-DC变换电路,在考虑高频隔离型变压器励磁电感条件下,以一种对称型复合谐振LLC-DAB双有源桥变换器为研究对象,首先采用傅里叶变换和基波分析法建立该直流变换器的近似等效电路模型,基于双重移相控制方式,推导其功率特性和谐振电感峰值电流、谐振电容峰值电压特点;然后介绍LLC-DAB变换器原副边实现软开关的约束条件,并选择合理的移相区域,保证软开关实现的同时使有功功率得以连续调节;最后通过MATLAB搭建仿真电路模型,仿真结果验证在一定功率范围内,双重移相控制能保证软开关的灵活性且能实现电流应力最小.     

移相全桥中辅助网络与漏感匹配研究

移相全桥电路中,软开关技术可以很大程度减少开关管的损耗,此研究采用LC辅助网络拓宽软开关的范围,要想在全范围实现软开关,就需要变压器漏感和LC辅助电感的配合.此研究分别分析了谐振电感、LC辅助网络实现移相全桥滞后桥臂软开关的条件,提出了谐振电感与LC辅助网络实现全范围软开关的参数要求,并进行仿真和实验样机验证,结果表明该参数范围可以满足要求,具有指导意义.     

副边双谐振软开关全桥直流变压器研究

提出了一种副边双谐振软开关全桥直流变压器(SDR-FB DCX)。其原边利用励磁电感储存能量在全负载范围内实现了开关管的零电压开关,同时副边采用谐振电路,实现了整流二极管的零电流关断,从而减小开通损耗和反向恢复损耗,提高了SDR-FB DCX的效率。SDR-FB DCX消除了整流二极管的电压尖峰与振荡,将整流二极管电压箝位于输出电压,减小了整流二极管的电压应力。详细分析了SDR-FB DCX的工作模态及稳态特性,分析结果表明其输入/输出电压增益比表现为直流变压器的工作特性,电压增益比与负载、开关频率和占空比无关。给出了SDR-FB DCX软开关的实现条件。最后通过搭建一台1 kW、400 V/48 V的实验样机,验证了理论分析的正确性。     

超声电机的软开关驱动电路

由于超声电机需要幅值较高的驱动电压,因此其驱动电路需要变压器升压。利用半桥电路作为驱动器拓扑,可以解决电路偏磁问题,并消除开关管的电压尖峰。驱动器的容性负载性质使开关工作在硬开关条件下,在驱动电路中加入电感,可以使驱动电路的负载性质由容性转变为感性,实现开关管的零电压开通,减小开关损耗。给出了外加电感大小的设计准则,并进一步用变压器的励磁电感来代替外加电感。进行了驱动TRUM-60型超声电机的实验,结果证明了该方法的有效性。     

高增益对称双向LCLC谐振变换器的研究

为了解决双向DC-DC变换器输入、输出电压范围过窄的问题,该文提出一种高增益对称双向LCLC谐振变换器。提出的谐振变换器不是利用变压器的励磁电感参与谐振,而是在变压器的一次侧并联一个LC支路代替变压器励磁电感的作用,使得变换器在电感比较大的情况下仍有较高的增益,兼顾了LLC型谐振变换器在谐振点的高效率和宽的增益范围,且能保证一次侧和二次侧的软开关特性,实现谐振变换器的对称双向运行。该文基于基波分析法建立基波等效模型,推导出变换器的增益公式,分析谐振参数对直流增益特性的影响。最后搭建一台100～200V/24～48V、500W的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性和所提出拓扑结构的可行性及有效性,样机的最大效率达到96.3%。     

一种多模式复合调制的L-R型LCC谐振变换器

提出一种多模式复合调制的线性-谐振(L-R)型LCC谐振变换器.该变换器根据Boost调制的思路,结合传统LCC谐振变换器,实现了电感电流线性-谐振型变化的转换,具有全负载范围的软开关特性.在复合调制方式下,变换器能实现3种工作模式的互相转换以适应宽输出电压和负载变化范围的应用场合,解决了传统LCC谐振变换器在轻载条件...     

高降压比LLC谐振型直流变压器

LLC谐振变换器是一种实用的软开关直流变换器,可在全负载范围内实现软开关。本文针对高压输入低压输出的高降压比场合,研究分析了变压器副边漏感对LLC谐振变换器增益的影响规律,提出了提高LLC谐振变压器外特性和效率的方法。针对高降压比变换需求,提出采用共用开关网络的多变压器PSSP拓扑结构有助于减小谐振漏感提高变压器外特性,分析了变压器参数差异对于均流的影响。论文给出了LLC谐振型软开关直流变压器的设计方法和调试方法,研制了一台250W原理样机。     

一种高电压增益宽范围软开关双向DC-DC变换器

提出一种高电压增益宽范围软开关双向DC-DC变换器拓扑,其以双向Buck/Boost结构为基础,利用耦合电感的漏感与谐振电容串联谐振,能够在非极端占空比条件下实现高电压增益。耦合电感的漏感与谐振电容组成的谐振腔不仅可以控制循环的漏感能量,还可以抑制谐振电流的变化,使其在低压侧较宽的电压范围内,全负载工况下均能实现软开关。所提拓扑采用低压侧交错并联、高压侧串联的结构,使其具有低压侧电流纹波小、相电流小、开关管及电容电压应力低等优点。详细分析该变换器的工作原理,对其电压增益、软开关条件等稳态工作特性进行研究。最后,搭建一台低压侧40～150V、高压侧400V、功率2kW的实验样机,验证理论分析的正确性。     

具有简单辅助电路的并联谐振直流环节软开关逆变器

为克服传统硬开关逆变器存在的缺点,提出了一种新型并联谐振直流环节软开关逆变器,其辅助谐振电路含有耦合谐振电感,结构相对简单,有利于降低硬件成本。通过辅助电路的谐振使直流母线电压下降到零时,逆变器的主开关可以完成零电压开关,同时辅助开关也可以在辅助谐振电路的工作过程中完成软开关,而且直流母线零电压持续时间可以自由选择,与负载电流和谐振参数无关。文中依据不同工作模式下的等效电路图,对其工作原理进行了分析,给出了软开关的实现条件和逆变器的控制方法。制作了一个140W的实验样机,实验结果表明逆变器的主开关和辅助开关器件都实现了软开关,所以该软开关逆变器能有效地降低开关损耗和提高效率。     

240 W全桥移相ZVS变换器的设计

移相全桥零电压变换器在中大功率场合中得到了广泛的应用,但其滞后臂只能在较窄的负载范围内实现软开关,并且其输出整流二极管反向恢复时产生严重的寄生振荡,二极管上存在很高的尖峰压.而文献[1]中变换器的滞后臂利用励磁电感电流可以在较宽的负载范围内实现软开关.变压器的漏感与电容的谐振可以减小整流管的电流应力和导通损失.基于此变...     

移相控制对称半桥变换器软开关条件

对称半桥变换器移相控制软开关技术利用电路寄生参数产生谐振,实现开关器件的零电压开关状态,主要包括开关器件的寄生电容和变压器漏感。在实际应用中,因寄生参数不够,可通过外加谐振器件的方式帮助软开关。本文简要分析了移相控制对称半桥变换器的工作原理和换流过程。通过对软开关过程中的等效电路分析,获得了谐振器件参数与变换器稳态工作条件之间的条件关系,可作为软开关条件下选择开关器件寄生电容以及外加谐振器件参数的依据。样机实验验证了使用该条件能够作为移相控制对称半桥变换器软开关设计的有效依据。     

基于准谐振及同步整流的反激变换器效率研究

采用一款准谐振软开关控制芯片,与两种不同的同步整流驱动方式相结合,制成了输出为16V/4A的反激式电源,介绍了准谐振软开关技术和同步整流技术对电路效率的影响,分析了不同工作模式下变压器电感的设计要求.实验结果表明,准谐振软开关和同步整流技术能有效提高反激电源的效率.     

准谐振软开关双管反激变换器

在传统双管反激变换器基础上,通过引入谐振网络,并用开关管替换一次侧的一个钳位二极管,提出一种准谐振软开关双管反激变换器。该变换器具有双管反激变换器的优点,所有开关管电压应力钳位在输入电压,因此可选取低电压等级、低导通电阻MOSFET以提高变换器的效率、降低成本;利用谐振电感与隔直电容谐振,实现变换器全部开关管的零电压导通(ZVS),减小了开关管的开通损耗。同时漏感能量回馈到输入电源,减小了谐振电感电流的反向峰值,降低了开关管的关断损耗,进一步提高变换器的效率。本文研究变换器工作在励磁电感电流单向工作模式时的工作原理和工作特性,重点分析开关管电压、电流应力及其ZVS条件。最后,设计一台60W的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。     

软开关交错反激光伏并网逆变器

提出一种应用于单个光伏组件的软开关交错反激并网逆变器拓扑及其软开关控制策略。针对反激变压器漏感问题,提出漏感能量吸收回馈电路,实现了漏感能量吸收再利用,并实现了开关管漏源电压的钳位,提高了变换效率同时降低了开关管关断电压尖峰;提出基于数字处理器的反激变换器变开关频率谐振软开关控制策略,实现了开关管的零电压开通,同时改善了逆变器的电磁兼容特性;提出的交错并联反激逆变器有助于减小变压器和滤波器的体积,提高功率密度。详细分析变换器的工作原理,分析变开关频率谐振软开关控制方式的原理和实现条件,最后进行实验验证。     

新型磁集成零电压零电流软开关全桥变流器

提出了一种新型的磁集成零电压零电流软开关移相全桥DC/DC变流器。该磁集成变流器将3个电感和1个变压器集成于同一磁心中,变压器的漏感同时用做储能电感,传统全桥电路中的输出滤波电感也被移去。因此,二次侧整流管可工作于零电流模式,整流管上的电压尖刺也可被输出电压箝位。另外,变压器中的励磁电流作为电流源为一次侧开关管的寄生电容充放电,因此一次侧开关管在全负载范围内均可实现零电压开通。与分立元件方案相比,该磁集成方案具有元件少、体积小、成本低和磁损小的优点。制作了300 W、350~400 V输入、12 V输出的样机,验证了理论分析的正确性。     

对称控制ZCS-PWM不对称半桥变换器研究

提出了一种新颖的对称控制ZCS．PWM半桥变换器。与传统的不对称半桥变换器相比，该变换器在变压器的副边电路中增加了一条由辅助开关管、谐振电容和谐振电感串联组成的辅助支路，其主开关管不仅工作在对称状态，而且变换器能在整个负载范围内实现主开关管和辅助开关管的零电流开关以及所有二极管的零电压开关。本文详细分析该变换器的工作原理和工作特性，给出了实现软开关的条件和主要参数的设计方法，仿真和实验研究表明该变换器具有优良的性能。     

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。     

变压器辅助换流的谐振直流环节软开关逆变器

为提高逆变器的变换效率,提出一种新型并联谐振直流环节软开关逆变器,它利用高频变压器的等效电感与谐振电容之间的谐振,使直流母线电压周期性下降到零,实现逆变桥开关器件在零电压条件下完成切换,辅助开关器件也可以实现零电压开关或零电流开关,二极管的反向恢复损耗也被有效降低。此外,电路中所有开关器件承受的电压都不超过直流电源电压,而且辅助谐振电路在每个开关周期内只工作一次,降低了辅助谐振电路的损耗。对其工作原理进行分析,给出不同工作模式下的等效电路图和逆变器的控制方法。制作一个5 kW的实验样机,实验结果表明逆变器的主开关可以实现零电压开关。该并联谐振直流环节软开关逆变器能有效改善效率,降低开关损耗。     

一种软开关反激光伏并网逆变器的分析与设计

详细分析了一种反激光伏并网逆变器软开关电路的拓扑结构和工作过程。该软开关电路利用反激变压器的漏感与缓冲电容,在功率管开关过程中进行谐振,实现了漏感能量吸收再利用。在软开关电路中设计了调整电感,使谐振周期和谐振能量能够实现功率管漏源极电压箝位。在提高变换效率的同时降低了开关管关断电压尖峰。并据此设计了一台原理样机,实现了功率管的零电压开启,改善了逆变器的电磁兼容(EMI)特性,有效改善了并网电流波形质量。