一种新型磁集成倍流整流半桥变换器

为提高开关电源的效率和功率密度,提出一种新型倍流整流变换器的磁集成方案.结合半桥变换器的工作原理,详细分析集成磁件内部交、直流磁通分布.推导出集成磁件的等效电路模型,评估集成磁件的等效参数测量.提出两种副边绕组为一匝的解决方案,可获得最短绕组路径或消除泄露磁场.建立样机验证该方案的可行性,并对各种集成磁件间转化机理和应用特点进行总结.     

一种新颖的磁集成自驱动倍流整流半桥三电平直流变换器

提出了一种新颖的磁集成自驱动倍流整流半桥三电平直流变换器。首先采用无非跨电容和钳位二极管的半桥三电平结构作为变换器的一次,接着采用倍流整流电路作为变换器的二次。为了减小变换器的体积,本文采用了磁集成技术,将主变压器拆分成两个,利用主变压器的励磁电感分别替代滤波电感,最后再将两个变压器集成到一副磁心里面。与传统倍流整流半桥三电平变换器相比,该变换器不存在三电平桥臂钳位二极管可靠性较差的问题;仅需采用一副磁心,增加了变换器的功率密度,同时可以直接利用主变压器辅助绕组驱动二次同步整流管,简化了驱动电路,提高了变换器的效率。一台28V/100A的原理样机验证了理论分析的正确性。     

采用磁集成技术的高效率、低压输出正反激变换器

要进一步提高低压 /大电流电源的功率密度 ,必须减小二次侧整流管损耗、磁件损耗以及磁件体积 ,提出了采用磁集成技术和同步整流技术的正反激电路。文中给出集成磁件的等效电路 ,对该变换器的工作原理进行了分析 ,并着重讨论集成磁件的工作状态并给出设计公式。完成 4 0～ 6 0V输入、 5V/ 30A输出、 30 0K开关频率的原理样机 ,满载时 ,变换器的效率不低于88%。     

关于分立磁件集成判据的研究

磁路集成技术已在电力电子装置中取得了广泛的应用.提出了一种新的系统化集成磁件设计方法.此外,还提出了一种对于3个以上磁件可否集成的评判标准.最后通过对不对称半桥加倍流整流电路中3个分立磁件进行集成设计,验证了该方法简单、易行.     

磁集成技术在倍流同步整流器中的应用

为了解决传统倍流同步整流变流器的磁性元件和连接端子较多的问题，磁集成(integrated magnetics)技术已经应用在这种拓扑中。对几种磁集成倍流整流拓扑进行了分析比较。最后给出了1V，20W的直流／直流变流器实验模型以及实验波形。     

倍流输出电流型输入ZVS全桥变流器新型磁集成方案

提出了一种倍流输出电流型输入的零电压开关(ZVS)全桥变流器的磁集成方案.将输入电感和倍流输出电感集成在一个变压器磁心上,减小了变流器的磁元件数目和磁元件的损耗,但不影响电路的零电压开关特性,且输入和输出电流的纹波都很小.采用该集成方案后,由于变压器漏感的存在,加在变压器一次侧的输入电压和加载变压器二次侧的输出电压不平衡,需要增加一个很小的电感来平衡输入和输出电压的差.实验样机验证了理论分析的正确性.     

不对称半桥变换器直流偏磁抑制与软开关实现

不对称半桥变换器(AHB)利用变压器自身的漏感和开关管的寄生电容串联谐振,实现了开关管的零电压开通(ZVS),从而降低了损耗,提高了效率.但是其不对称的控制方法使变压器原边电压正负波形不对称,原边电流含有直流成分,容易导致变压器铁心直流磁通累加而饱和.虽然铁芯加气隙后可防止饱和,但又会增加变压器损耗.针对倍流整流式不对称半桥变换器直流偏磁的产生原因及实现软开关的开关工作过程做了理论分析,在此基础上,设计并制作了实验样机.通过对实验结果的分析,验证了倍流整流式不对称半桥变换器采用副边串联隔直电容的方法可以有效抑制变压器直流偏磁,并且实现了软开关.     

新型磁集成倍流整流电路的分析与设计

比较了几种磁集成倍流整流电路（IM-CDR）的优缺点,以有源箝位正反激变换器为例分析了新型IM-CDR的工作模态。并给出该集成方式的设计步骤。在完成48V输入,5V/100W输出有源箝位正反激变换器的样机基础上,测试了输出电流纹波。     

倍流整流DC-DC变换器近场耦合集成磁件分析

利用磁性元件磁场近场泄漏的耦合,分析其在倍流整流变换器磁集成结构上的应用。采用磁路-电路对偶等效变换获得近场耦合集成磁件的等效电路模型,直观地对两种现有磁集成方案进行统一描述。论文详细分析集成磁件磁心内部的交、直流磁通分布。基于磁件的回转器-电容模型,对不同近场磁阻下电路的工作情况进行深入的讨论。建立48V输入、12V/90W输出的磁集成原理样机,并进行实验验证和性能评估。     

ZVS半桥变换器的磁集成研究

为了减小高频时开关电源的开关损耗,提高变换器的效率和比功率,对传统的半桥变换器进行改造,增加谐振电感和谐振电容,通过谐振电感对并联在开关管两端的谐振电容的充、放电来实现开关管的零电压开关。为了减小开关电源中磁件的数量和体积采用平面磁集成技术将分立的谐振电感和变压器集成在同一个平面磁芯上。重点分析集成后ZVS半桥变换器的工作原理,研究谐振电感和变压器的集成方案。通过仿真和实验结果证明该方案的正确性和可行性。     

不对称半桥变换器并联运行的小信号分析

为了准确预测不对称半桥变换器的动态特性.合理设计均流控制电路.以实现不对称半桥变换器并联系统的负载均分,基于小信号分析理论,建立了不对称半桥变换器并联电路的小信号模型,并根据最大电流均流技术原理,提出了均流控制电路的设计要点.最后根据分析结果.制作了一台由两个小对称半桥变换器并联组成的样机,通过实验验证了小信号分析结果及设计要点的正确性.     

基于ZVS PWM的小功率车用电源功率变换器设计

为使电源小型化、提高开关频率和电源效率,在基于软开关脉宽调制技术上针对小功率车用充电电源功率变换电路进行设计与仿真。主要由MCU电路、驱动电路、功率变换电路、整流滤波电路以及反馈电路等构成。通过在变压器原边与谐振电感间增加两个箝位二极管来抑制电压尖峰,在原边交流侧增加了隔直电容,以防止由桥臂不对称导通时间引起偏磁问题,副边采用全波同步整流技术。采用反馈系数可调的电压电流双闭环控制使系统更加稳定,并对电路关键参数进行设计。最后,通过Saber开关电源仿真软件对电路进行仿真分析。     

分立磁件集成判据及集成磁件设计

在比对集成磁件和分立磁件设计流程的基础上,提出了一套判定2个或者3个以上分立磁件可否集成的判据,对在集成磁件设计当中出现的磁通相互抵消现象,采用几何方法给出了直观的解释和合理的解决方案。分析了集成磁件复现分立磁件电流波形的可能性及条件。对于集成磁件引起的电路拓扑出现电流环路问题进行了深入讨论。在这套理论的基础上,提出采用绕组遍历法设计集成磁件的计算机方法。通过对采用倍流整流的半桥拓扑中3个分立磁件的集成设计,验证该设计方法直观、有效。     

Volumetric optimal design of passive integrated power electronics module (IPEM) for distributed power system (DPS) front-end DC/DC converter

In most power electronics converters, the overall footprint and profile of the whole system are in large part determined by the footprint and profile of the passive components and the interconnections between them. Planar magnetics, integrated magnetics, and passive integration have been topics of research for the past few years to reduce the count, footprint, and profile of the passive components and, hence, increase the power density of the whole converter. This becomes especially prominent in distributed power system (DPS) front-end converters, as the trend is moving from the 2U (1U=1.75 in) standard toward the 1U standard. Chen, Strydom, and van Wyk presented an integration technology, which combines the planar magnetics, integrated magnetics, and passive integration techniques, to integrate all the high-frequency passive components in a DPS front-end dc/dc converter into a single passive integrated power electronics module (IPEM) to reduce the size and volume of the overall system. To optimally design the passive IPEM, an ac loss model and a thermal model are needed. Based on these models, the volumetric optimal design algorithm is presented. To evaluate the performance of the optimally designed passive IPEM, a passive IPEM prototype is constructed and tested. Comparisons are made between the passive IPEM and the discrete components from viewpoints of volume, profile, efficiency, and thermal management. The optimal design is verified by experimental results.     

小功率电源和充电器的集成磁路分析和设计

为了提高小功率电源,特别是5W以下电源的功率密度和效率,提出采用新型EI方式的集成磁路CUK电路。不同于常规的电路分析方法,本文通过建立磁路等效计算的模型,求出其输入输出零纹波的判定条件,所得的零纹波条件与电路分析方法吻合。并对该CUK型电路的EI型集成磁路进行设计和开关器件及电容的选择,得到整个充电器的功率密度和效率,最后利用Matlab电路进行仿真得到输出波形。本文的设计针对输出功率为1W、输出电压为5V、开关频率为240kHz的小功率充电器,设计结果表明了EI集成磁路变压器是目前提高小功率充电器效率和功率密度的新型拓扑结构。     

一种新型的不对称半桥隔离驱动电路设计

随着软开关技术的不断发展,不对称半桥变换器的应用越来越广泛。两路互补导通的驱动电路的设计是不对称半桥变换器设计中的一个重要环节。本文介绍了几种常用的不对称半桥MOSFET驱动电路,分析了各电路的优点和适用场合,并指出其不足之处。最后设计了一种新型的不对称半桥隔离驱动电路,通过样机实验证明这种驱动电路不仅结构简单、设计合理,而且能够较好地实现不对称半桥电路的驱动。     

DC/DC模块电源穿孔平板磁器件的设计与应用

当前开关电源不断向"小、轻、薄"方向发展,减小储能元件厚度成为提高开关电源功率密度的一个有效方法。此处以小功率有源箝位DC/DC模块电源应用为例,分析和研究了穿孔平板磁技术,设计了一种新结构磁器件以提高模块电源的功率密度,并针对有源箝位模块电源进行了穿孔平板磁器件的设计与应用。首先介绍了穿孔平板变压器、穿孔平板电感的基本结构,基于磁路理论分析了磁芯单元磁通分布、磁感应强度等性能,进而针对模块设计了磁器件的具体参数,并用有限元软件进行仿真验证,实际运行也证实了设计的有效性。     

不对称半桥单相单级式车载充电系统改进控制策略研究

对称半桥可以有效吸收单相变换系统直流侧二次纹波、减小系统体积、提高功率密度,但当半桥上下桥臂电容容值不等时,会在直流侧产生一次纹波。针对这一问题,分析研究了不对称半桥单相单级式车载充电系统,提出电感电流加电容偏置补偿的改进控制策略。基于该控制策略,从满足二次纹波功率补偿、电池最低电压及避免过调制三方面研究了半桥电路电感及电容参数设计方法。仿真和实验结果验证了不对称半桥通过采用改进的控制策略不仅能够有效滤除二次纹波,且不产生一次纹波,还可降低电池端电压与电流纹波;仿真验证了参数设计方法的有效性。