提高电压调节器瞬态响应特性的方法

详细分析了负载突变时开关电源的瞬态响应特性,以及影响输出电压瞬态响应的主要参数;介绍了提高开关电源瞬态特性的各种方法。例如:多相交错并联技术(Multi-phasesInterleavingTechnique,简称MPIT)、辅助电路补偿技术(AssistantCircuitCompensationTechnique,简称ACCT)、线性与非线性相结合控制方法(CombinedLinear-non-Linearcontrol,简称LnLc)、V2控制技术、瞬态补偿控制(TransientCancellationControl,简称TCC)和AVP设计等的原理和特点。     

应用于多相电压调节器的单元耦合与矩阵组合的阵列式集成电感

集成电感对多相电压调节模块(VRM)稳态和动态特性有重要影响,合理的耦合度可以提高VRM的输出动态响应,并能够降低每一通道的稳态纹波。提出一种利用小电感单元进行矩阵组合的阵列式集成电感,分析电感集成原理,给出阵列式集成电感的单元位置拓扑和单元组合结构拓扑,并分析自感互感单元匝比和磁阻比与电感耦合度的关系。通过电路方程推导了多相VRM耦合电感的等效稳态与暂态电感,获得多相VRM集成电感耦合度的设计准则。耦合度范围对比表明,所提出的阵列式集成电感的集成耦合度与设计准则完全一致。利用设计准则设计四相阵列式集成电感,实验样机测试结果验证了设计准则的正确性。将实验样机应用于四相VRM,实验结果表明应用阵列式集成电感的VRM具有良好的稳态和动态特性,证明了所提出的阵列式集成电感具有实用性。     

多相电压调理模块的矩阵化多自由度耦合磁件

应用于多相电压调理单元(VRM)集成电感的合理设计影响和决定着其稳态和暂态性能,优化电感耦合度可同步改善VRM的稳态输出纹波和动态输出响应。通过建立电路方程推演出多相VRM耦合电感的等效稳态与暂态电感,获得多相VRM集成电感耦合度的设计准则。提出一种基于模块化耦合电感概念、可多自由度组合、可变耦合度的矩阵化耦合磁件。分析电感可消除直流偏磁原理,推演出阵列化耦合磁件的单元拓扑集成原理及其耦合结构多自由度组合演化规格,并推导单元耦合电感匝比、磁阻比荷电感耦合系数的关系曲线,实现集成电感可变耦合度设计。设计四相阵列式耦合磁件并应用于VRM进行测试,实验结果验证了阵列式耦合磁件设计准则的正确性及实用性。     

一种新型快速瞬态响应VRM拓扑

微处理器的迅速发展,使其对功率管理的要求越来越高。作为CPU电源的电压调节模块(VRM),其瞬态响应已成为目前研究的热点问题。提出了一种新型快速瞬态响应VRM拓扑,分析了该拓扑的结构、工作原理和控制策略。通过一台1.8 V/15 A的样机实验,证明了该拓扑在提高瞬态响应方面的有效性。     

用于电压调整模块的改进型双频Buck变换器

分析了各种电压调整模块(Voltage Regulator Module,简称VRM)拓扑电路的特点及用途,针对传统的变错并联Buck变换器和双频Buck变换器用于VRM中时出现的问题,提出了一种新的VRM电路,它采用低频电感变错并联的双频Buck变换器,结合了交错结构和双频结构各自的优势.分析了低频电感的优化方法,提出了新型VRM电路的控制策略,最后给出了实验结果,证明了珲论分析的止确性.     

基于恒定导通时间的V~2控制方法研究

恒定导通时间控制的Buck电路瞬态响应速度快,控制电路简单,但其电压调整率差,影响了其在电压调整模块(VRM)中的应用.为了提高其电压调整率,本文首先分析了基于恒定导通时间控制的Buck电路电压调整率差的原因,提出并分析了基于恒定导通时间的V2控制,通过仿真和实验对比了这两种控制方法,结果证明了基于恒定导通时间的V2控制方法具有快速的瞬态响应,而且提高了电压调整率,与恒定导通时间控制相比更适合应用在电压调整模块中.     

三相VRM集成电感的稳态性能研究

针对电压调整模块(VRM)中储能电感设计与分析的要求,提出一种基于VRM的三相对称集成电感;通过对三相VRM工作模态的分析,对比分立电感与耦合电感对三相VRM稳态电流的影响,说明应用耦合电感有效地减小了三相VRM的稳态相电流纹波,使其稳态性能更稳定、高效。通过电路实验验证了理论分析的正确性。     

Buck变换器的电压电流双闭环终端滑模控制

针对传统单闭环线性滑模控制Buck变换器中存在的响应速度慢、稳态精确度低等问题,提出一种电容电压/电感电流双闭环终端滑模控制方法。考虑负载电阻未知情况,设计负载估计器,限制负载电流在额定范围内以实现过流保护;基于基尔霍夫定律建立Buck变换器在开关导通和关断两种情况下的统一微分方程模型。针对外环电容电压环和内环电感电流环,分别设计终端滑模控制器和线性滑模控制器以满足其不同的控制性能要求,实现电容和电感非线性器件的瞬态性能控制,并在有限时间内输出期望的直流电压。基于滑模存在条件,推导出保证Buck变换器在开关导通和关断两种情况下的统一稳定条件。与传统单闭环线性滑模控制方法的仿真对比证明所提控制方法的有效性和可行性。     

电压调整模块（VRM）拓扑综述

电压调整模块（VRM）是分布式电源系统（DPS）中的核心部件。本对近几年提出的VRM拓扑作一综述,主要介绍了准方波（QSW）工作方式同步整流Buck电路、有源箝拉电感耦合Buck电路、推挽正激变换器等三种拓扑及它们的改进型拓扑结构和工作特点,同时介绍了交错并联（Interleaving）和内置输入滤波器（Built-in Input Filter）等新的概念和技术。     

阵列式集成电感四相VRM的研究

为了提高VRM的输出动态响应和降低稳态纹波,提出了一种用于四相vRM的阵列式集成电感.在不考虑漏磁通影响的情况下,分析阵列式集成电感参数对VRM性能的影响;建立了磁件的等效电路,对阵列式集成电感与分立电感四相VRM进行电路仿真比较,仿真结果验证了理论分析的正确性.试验结果表明阵列式集成电感四相VRM动态响应性能较好.     

集成耦合磁路的新型电压调整模块

多相交错型同步整流降压式变换器广泛地应用于微处理器电压调整模块设计中.为了提高变换器的稳态和动态性能,本文提出一种新型集成耦合磁路的非隔离式电压调整模块.文章利用等效磁路分析法定量地研究多个电感集成在一个磁芯中的自感量和互感量,通过调节集成磁芯气隙长度和耦合系数有效地优化电压调整模块的稳态特性和动态品质.Matlab仿真和两相并联样机实验研究表明,相比传统的电压调整模块,该新型磁集成电压调整模块可以有效地提高动态响应和变换器工作效率.     

多相并联磁集成电压调整模块的电路建模研究

针对磁集成磁路耦合和建模分析的难点,提出了一种基于回转器-电容模型的磁集成建模方法。在该模型中,磁性参数中的磁导类比于电路中的电容,绕组励磁类比于电流控制电压源型回转器。文章首先利用回转器-电容模型对两相电压调整模块进行建模研究,并推导出具体的磁集成自感和互感表达式;然后根据该建模方法推导出多相并联磁集成的电路模型,并利用相似矩阵对角化原理求解得到通用模型表达式;文章最后比较了利用回转器-电容模型的磁集成电压调整模块的仿真与实验结果。研究表明,该模型与实际应用相吻合,能仿真磁集成电路的稳态和动态特性,为磁集成建模提供了一个新的研究思路。     

基于RC阻容吸收的串联IGCT动态均压研究

为了研究串联IGCT关断时暂态特性,建立了串联IGCT的关断电流数学模型,该模型考虑了所串联的同一型号半导体开关器件物理特性存在的细微差异。基于此模型,提出了用微分方程研究串联IGCT电路关断的均压特性的思路。为验证该思路的有效性,建立了基于串联IGCT斩波电路的关断暂态模型,该模型充分考虑了IGCT阻容吸收回路、线路杂散电感对IGCT关断暂态过电压的影响。数值仿真及试验结果表明,该模型能较好地反映串联IGCT关断的均压情况。     

应用于四相电压调整模块的阵列式集成磁件

为了提高电压调整模块(VRM)的输出动态响应速度并降低其稳态电流纹波,利用多副磁心组合的方法,提出了一种应用于四相VRM的阵列式集成磁件。在不考虑漏磁通影响的情况下,分析了阵列式集成磁件参数对VRM性能的影响,建立了阵列式集成磁件的等效电路模型,并对磁件的平面化结构进行了电磁场有限元分析;在考虑漏磁通影响的情况下,对等效电路进行了修正;在稳态等效电感和动态等效电感相同的条件下,对阵列式集成磁件和分立磁件的等效电路进行了比较,并进行了电路仿真、实验。仿真结果验证了理论分析的正确性,实验结果表明使用阵列式集成磁件的四相VRM动态效果较好。     

三相电压调整模块中“EΠ”形耦合电感的建模与设计

为适应新一代微处理器低压、大电流和快速暂态响应的功率需求,提出一种用于三相电压调整模块(VRM)的"EΠ"形耦合电感结构,通过分析耦合电感的磁通分布,建立了磁路模型及包括气隙边缘磁阻和绕组外面空气磁阻的改进磁路模型,采用空间切割的方法得出空气磁阻的计算公式,从而得出自感、漏感和互感的计算公式,给出耦合电感的设计方法,并通过电感值的三维有限元仿真和实验验证了所提"EΠ"形耦合电感结构的有效性及其磁路模型和设计方法的正确性。     

一种最小电压应力的无源无损软开关技术

电力电子变换器开关频率的提高,减小了变换器的体积,提高了功率密度,但同时也增加了变换器的损耗。软开关技术能够有效改善功率开关管的工作环境,降低开关损耗,提高变换器的效率。本文探讨和实现了一种最小电压应力的无源无损软开关拓扑结构。该结构由电感、电容和二极管组成。它利用电感和电容的谐振工作实现能量的传递,并将开关瞬态的能量在一个开关周期内转移到负载端,从而实现无源无损软开关。文中对电路进行了工作模态分析,给出了软开关环节中电感和电容的参数设计方法,并搭建了一个功率为250W 的实验样机,对理论分析进行了验证。实验结果表明,该结构实现了主功率开关管开通时的零电流开通和关断时的零电压关断,开关管上的电压应力最小,其值与输出电压相等。     

基于动态电感-励磁电流曲线的特高压变压器空载直流偏磁计算

为提高特高压变压器直流偏磁的计算效率,提出了一种基于L-i(动态电感-励磁电流)曲线的特高压变压器空载直流偏磁快速计算方法。通过增加串联电阻值,提高计算效率与稳定性。利用电压补偿方法有效消除增加串联电阻带来的计算偏差。为讨论L-i曲线方法与常规场路耦合算法的计算区别,根据特高压变压器的实际参数建立磁场模型,计算获得L-i曲线。与常规场路耦合算法相比,该方法根据电流大小通过三次样条插值计算获取动态电感值,无需返回磁场模型计算电感,可在较短时间内进行多个周期计算,提高直流偏磁的计算效率和精确性。     

DC-DC变换器负调电压产生机理分析与抑制

针对DC-DC变换器数学模型中的右半平面零点导致系统输出电压产生负调以及系统响应速度变慢等问题,提出了抑制负调电压的变换器参数设计原则。以Boost变换器为研究对象,分析了电感电流连续且电感完全供能模式(CCM-CISM)情况下负调电压产生的机理,将非最小相位系统占空比发生突变的暂态过程分为负调和超调两个阶段,根据负调电压数学模型分析了电感和电容对负调电压的影响,给出了抑制负调电压的电感和电容设计原则,对提高非最小相位系统暂态和稳态性能具有指导意义。仿真和实验验证了机理分析的正确性以及抑制负调电压参数设计的合理性。     

永磁饱和型高压直流限流器参数优化设计

随着高压直流系统短路电流水平的提升,故障电流可能超出断路器遮断容量,或使其体积与成本急剧增加。使用故障限流器抑制故障电流上升速度,能够降低对直流断路器性能的要求。其中,永磁饱和型故障限流器具有无需外加控制、自动响应、无需外加励磁电流和损耗较低等优点。目前限流器参数设计主要针对稳态电感值,考虑暂态特性的参数设计及优化方法仍待研究。为此,文中提出一种用于直流系统的永磁饱和型故障限流器参数优化设计方法。首先,介绍了该类型限流器的工作原理。其次,提出了限流器优化设计的约束条件和优化目标函数,以成本最低为目标进行了限流器参数优化设计。最后,建立了有限元和电路仿真模型进行仿真计算,并研制了一台限流器样机,进行了试验。仿真和试验结果表明:采用所提方法可以设计出符合要求的限流器,降低了限流器成本,减小了直流断路器分断过程中的应力。