一种新型三电平双向DC-DC变换器

三电平桥式电路中开关管承受的电应力比普通桥式电路中开关管承受的电应力减小一半,结合三电平电路结构的优点,省去了传统三电平双向DC-DC变换器中的一对飞跨电容,提出了一种新型三电平双向DC-DC变换器。该新型三电平双向DC-DC变换器使电路中开关管电应力减小,谐波成分降低。利用交错移相的控制策略进行控制,使得新型变换器中所有开关管均能实现零电压开关(ZVS)。通过2.4 kW的样机试验验证,提出的新型三电平双向DC-DC变换器性能优良,与传统的双向DC-DC变换器相比,效率有了显著提升。     

一种全功率范围零电压开通的电流型双向隔离DC-DC变换器

针对传统电流型双向变换器存在的低压侧开关高电压尖峰和硬开关现象,提出一种可在全功率范围内实现实际零电压开通(ZVS)的电流型双向隔离DC-DC变换器。该变换器的一次侧Boost半桥能有效抑制开关管的高电压尖峰;二次侧为两个有源半桥并联,通过调整二次侧桥内移相角可改变实现ZVS的反向电流的大小。该变换器通过采用混合移相+脉宽调制(PWM)控制,可使所有开关管在全功率范围内实现实际ZVS。首先,介绍变换器的工作原理;然后,详细分析变换器的功率传输特性和软开关特性;最后,搭建一台30~60V输入、400V/2.5A的实验样机,验证了所提变换器及其控制策略的优势。     

一种新型高效电动汽车双向DC-DC变换器

电动汽车与电网端的能量传递过程受到广泛研究。以电动汽车用CLLC式双向DC-DC变换器为基础,在电动汽车端增加了超级电容交错并联倍流储能放能回路,提出一种新型高效双向DC-DC变换器。对新型高效双向DC-DC变换器的正向和反向工作过程进行分析,研究了增益特性,提出了开关管实现零电压开关（ZVS）的条件,对开关管电应力进行分析。制作了800 W试验样机,样机测试结果验证了新型双向DC-DC变换器中开关管能实现ZVS,开关管峰值电流小,与传统双向DC-DC变换器相比,效率得到提升。     

变频软开关及优化负电流的四相交错耦合双向DC-DC变换器

针对单相半桥双向DC-DC进行了Buck模式下的模态分析和谐振过程分析;讨论了实现变频软开关的控制策略;探讨了单相半桥双向DC-DC的Buck模式下高压侧和低压侧在不同情况的软开关以及最优负电流控制;提出了一种结合耦合电感的优化负电流变频控制的四相交错软开关的双向DC-DC变换器。实验结果表明,较定频控制而言,新的变频以及优化负电流控制策略大大提高了变换器效率,改善了电感电流纹波。     

耦合电感型Boost-Sepic高增益DC-DC变换器

为了提高DC-DC变换器电压增益,将Boost变换器与Sepic变换器进行有机结合,提出一种耦合电感型Boost-Sepic高增益DC-DC变换器。该变换器把传统Boost-Sepic电路中的电感换成耦合电感一次侧,耦合电感二次侧和2个倍压单元结合变成桥式倍压单元加入传统Boost-Sepic电路中,以此实现变换器的高增益并降低开关管的电压应力。通过理论分析和实验验证表明：该变换器使得电压增益升高,降低开关管的电压应力实现开关管的零电压开通,又减轻了二极管的反向恢复问题。     

改进单周期控制策略的双向大变比DC-DC开关变换器

大变压比的双向DC-DC变换器广泛地应用于电池的充放电系统、电动汽车、不间断电源、启动/发电系统、光伏发电系统和航空电源系统等场合,其重要性能指标是效率、质量和成本。但是传统非隔离型双向DC-DC变换器在高频下难以取得较大变压比,同时会导致较大的电压电流应力和较大的损耗。为实现非隔离型双向DC-DC变换器的大变比应用,将耦合电感引入非隔离双向DC-DC变换器,实现输入输出电压大变比和效率提升;针对新型双向大变比直流变换器升降压Buck/Boost电路,提出一种改进单周期控制模型,该模型基于所提电路不同工作模式下的有效占空比并结合输出反馈补偿控制,实现有效控制和提高负载的动态响应能力。分析具有耦合电感双向DC-DC开关变换器的工作原理和控制特性,并通过计算机仿真和样机实验验证了所提电路和控制策略具有更高的转换效率、更强的鲁棒性和优良的抗扰动能力。     

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。     

同步控制双向LLC谐振变换器

本文提出了一种同步控制的双向LLC谐振变换器。为使变换器在正向、反向工作时拓扑结构相同,在电路中增加了一个辅助电感。该辅助电感除了可以使双向LLC谐振变换器的双向工作特性完全对称外,还可以帮助开关管实现软开关。文章提出的双向LLC谐振变换器结构简单、控制方法易于实现。当变换器开关频率小于谐振频率时,所有开关管均可以实现零电压开通(ZVS);当变换器开关频率大于等于谐振频率时,软开关特性与传统LLC谐振变换器相同。因此变换器具有较高的效率,很适合应用于能量双向流动的场合。同步控制的双向LLC谐振变换器与传统二极管整流的单向LLC谐振变换器的工作特性存在差别,为了精确分析,文章提出了新的等效电路模型,并给出了同步控制双向LLC谐振变换器的电压增益公式和软开关条件。最后通过实验验证了理论分析的结果。     

谐振软开关耦合电感高增益DC-DC变换器

提出一种谐振软开关耦合电感高增益DC-DC变换器,通过引入辅助网络,将Boost变换器的输出二极管替换为开关管,实现全部开关管的零电压导通(ZVS)和二极管的零电流关断(ZCS),并降低开关管的开关损耗,消除二极管的反向恢复问题。同时,变换器输出端为三个输出单元串联,提高变换器的电压增益,避免变换器工作于极限占空比,在实现高升压增益的同时降低开关管电压应力。因此可选取低电压等级、低导通电阻的MOSFET,以提高变换器效率。倍压电容与耦合电感的漏感谐振,可减小开关管关断时刻电流,降低开关损耗,进一步提高变换器效率。研究变换器的工作原理和工作特性,分析开关管ZVS条件。设计制作一台160W的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。     

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。     

全桥三电平直流变换器的最佳开关方式

该文提出了一种新的关于直流变换器三电平拓扑变换的分析方法。应用该方法得到了零电压开关全桥三电平直流变换器，同时提出了加入箝位二极管的改进型变换器。该变换器使用了以能量传输最大、滤波电感电流纹波最小、开关管实现软开关等为条件寻找到的最佳开关方式，克服了传统零电压开关全桥直流变换器中开关管电压应力高、滤波电感电流纹波大、整流二极管存在寄生振荡等缺点，所以其变换效率更高，响应速度更快，进一步拓宽了它的应用范围。最后通过一个开关频率为50kHz、额定输入电压为600V、输出功率为2．8kW的实验样机加以验证分析结果。     

对称控制全桥谐振PWM软开关变换器

针对传统对称控制全桥变换器不能实现软开关而导致变换器效率较低的现状,提出了对称控制全桥谐振PWM(FB-RPWM)变换器,详细分析了FB-RPWM变换器的工作模式及其稳态特性。分析结果表明:FB-RPWM变换器虽然采用对称控制,却仍在全负载范围内实现了所有桥臂开关管的零电压开通(ZVS)和输出二极管的零电流关断(ZCS),且其输入输出电压传输比与负载、开关频率和占空比无关,呈现出直-直变压器(DCX)的工作特性。与移相全桥(PSFB)变换器相比,FB-RPWM变换器减小了两个开关管的关断电流,且变压器一次侧采用隔直电容,实现了励磁电感电流的零直流偏量,降低了变压器损耗,进一步提高了变换器的效率。最后,搭建了一台400V输入、50V/10A输出的实验装置,验证了理论分析的正确性。     

Implementation of a Soft Switching Converter with High Input Voltage

This paper presents an interleaved zero voltage switching (ZVS) DC/DC converter with high input voltage applications. In order to reduce the voltage stress of MOSFETs, two half‐bridge zeta converters are connected in series at high voltage side. Thus, the voltage stress of MOSFETs can be clamped at one‐half of input voltage. Asymmetric pulse‐width modulation (APWM) is adopted to control power switches. With the resonant behavior by the leakage inductance of transformer and the output capacitance of MOSFET at the transition interval, MOSFETs can be turned on at ZVS. For each half‐bridge zeta converter, two series transformers are connected in series at the primary side and in parallel at the secondary side in order to reduce the current stress of secondary windings for high load current applications. Interleaved PWM scheme is used to control two half‐bridge converters in order to reduce the size of output filter inductor and capacitor due to the partial ripple current cancellation. Experimental results, taken from a laboratory prototype rated at 1 kW, are presented to demonstrate the converter performance. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

一种新的移相全桥PWM DC／DC变频器

提出一种新的移相全桥PWMDC/DC变频器,它采用两个变压器代替输出电感。该变频器中各开关器件能在不同负载条件下实现零电压切换。阐述了该变频器的工作原理和参数设计原则,并建立了仿真模型,实验结果验证了该变频器的性能良好。     

面向微电网的高增益比储能双向直流变换器

双向直流变换器是微电网储能系统的核心装置。首先对一种能够高效衔接低压储能蓄电池和高压微网直流母线的非隔离高增益比双向直流变换器进行了研究分析,所提双向直流变换器由双向Buck-Boost变换器和有源倍压整流电路通过耦合电感集成得到,有利于减小开关管的电压应力;然后采用占空比调节加移相控制,分别用于稳定中间电容和输出端的电压;采用该控制策略可以有效减小绕组电流有效值,降低导通损耗,且所有开关管均能够实现软开关,变换器效率得到极大提升;再详细分析了变换器的工作原理、输出特性以及参数设计;最后搭建了1 k W的实验样机并进行了实验验证。     

高升压增益软开关DC-DC变换器

在软开关Boost变换器基础上,通过引入Flyback单元,提出了一种高升压增益软开关DC-DC变换器,进一步提高了变换器的电压增益,避免了高占空比,减小了开关管电压应力。因此,可选取低电压等级低导通电阻MOSFET以降低变换器的成本,提高变换器的效率。在开关管关断期间,漏感能量向负载传递,有效利用了漏感能量,且无需额外的吸收电路。此外,变换器实现了开关管的零电压(ZVS)导通和二极管的零电流(ZCS)关断,进而消除了开关管的开通损耗和二极管的反向恢复损耗。研究了高升压增益软开关DC-DC变换器电路的工作特性和占空比丢失的主要原因,分析了该变换器的元器件应力及电路损耗。设计了一台160W的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。     

大功率海洋电磁发射机DC-DC可控源电路特性分析

海洋电磁发射机通过向海底发射大功率的电磁波,来获取海底结构和矿产资源的分布规律,但目前发射机存在体积大、发射功率小等问题,直接影响勘探深度。提出采用PWM变换器组成发射机DC-DC可控源电路,然而常规的零电压开关全桥(ZVS-FB)PWM变换器存在高环流能量、占空比丢失以及滞后桥臂的ZVS范围受限等问题,为此介绍一种利用零电压零电流开关全桥(ZVZCS-FB)PWM变换器组成可控源电路。采用非对称移相控制,分析电路工作过程及特性,主要包括最大控制占空比、一次电流复位和隔直电容、占空比丢失、开关损耗以及环流能量等。仿真和实验结果表明该DC-DC可控源电路实现了超前桥臂的ZCS开通和ZVS关断以及滞后桥臂的ZCS开通和关断,提高了电路效率和功率密度。     

A novel active‐clamp zero‐voltage‐switching buck‐boost converter

An active‐clamp zero‐voltage‐switching (ZVS) buck‐boost converter is proposed in this paper to improve the performance of converter in light load condition. By employing a small resonant inductor, the ZVS range of switches could be adjusted to very light load condition. Moreover, 2 clamping capacitors are added in the converter to eliminate the voltage spike on the switches during transition. The operating principle of the proposed converter is analyzed, and the optimal design guide for full range ZVS is also provided. A 60‐W output prototype is experimentally built and tested in laboratory to verify the feasibility of proposed converter. The measured results show the critical ZVS operation of power switches at 1 and 0.7‐W output power for buck and boost mode, respectively. The peak conversion efficiency is up to 92.3%.     

A new non‐isolated free ripple input current bidirectional DC‐DC converter with capability of zero voltage switching

In this paper, a new nonisolated free ripple input current bidirectional dc‐dc converter with capability of zero voltage switching (ZVS) is proposed. The free ripple input current condition at low voltage side is achieved by using third winding of a coupled inductor and a capacitor for the whole range of duty cycles. In the proposed structure, the voltage conversion ratio can be more increased by adding the turn ratio of the second winding of the coupled inductor for the whole range of duty cycles. By adjusting the value of an auxiliary inductor in the topology of the converter, according to the power, the ZVS operation of the implemented 2 switches can be achieved throughout the whole power range. The mentioned features of proposed converter are validated theoretically for both boost and buck operations. In this paper, the proposed converter is analyzed for all operating modes. Moreover, all equations of the voltages and currents of all components, voltage conversion ratio, the required conditions for ZVS operation of switches, and also required conditions for canceling input current ripple at low voltage side are obtained. Finally, the performance of the proposed converter is reconfirmed through experimental and EMTDC/PSCAD simulation results.