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。     

双向DC/DC变换器轻载损耗和效率最优化分析

双向DC/DC变换器的轻载效率问题一直是困扰设计者的一大难题。为在轻载情况下减小损耗,提高效率,对以交错并联为拓扑结构的双向DC/DC变换器工作中的功率损耗进行了综合性地分析和研究。以两相Buck+Boost交错并联双向DC/DC变换器运行在Buck模式下作为模型,分析和推导了电感电流断续模式(DCM)和电感电流连续模式(CCM)下的功率损耗公式,对其在轻载情况下的工作频率进行最优化调整,从而给出了使损耗达到最小化的设计准则。通过实验验证了理论分析的正确性,为多相交错并联双向DC/DC变换器提高轻载效率的设计提供了理论基础。     

一种带纹波抑制的交错并联Buck/Boost变换器轻载效率研究

非隔离型交错并联双向Buck/Boost变换器普遍存在轻载效率低的难题。以多相交错并联Buck/Boost变换器Boost模式为研究对象,分别对其工作在DCM和CCM模式下的功率损耗进行综合性分析研究。根据变换器轻载运行时降低频率可以提高效率的原则,提出最优化调频原则,对其不同负载下开关频率进行调整,以达到提高效率的目的。针对降低频率会带来纹波恶化的缺陷,将磁集成技术应用到交错并联双向Buck/Boost变换器,有效改善通道电感电流纹波及输出电压纹波,并给出磁集成后滤波电容优化设计原则,以最大程度减小损耗,提高轻载效率。最后通过仿真和实验验证了理论分析的正确性,为交错并联双向Buck/Boost变换器轻载效率优化提供了新的理论依据,推动了全负载高效率双向Buck/Boost变换器的设计实现。     

C-filter LCC断续工作模式逆变桥损耗分析

工作于谐振电流断续模式(DCM)的容性滤波LCC谐振变换器易实现软开关,能可靠高效地工作。同时,它具有优良的调压特性,拓扑上无需输出滤波电感,适用于高压大功率场合。然而,目前缺少开关管损耗的分析和计算方法,导致工程上难以实现可靠的系统热设计。针对工作于DCM下的容性滤波LCC谐振变换器,进行了逆变桥部分的开关管损耗分析。利用谐振电流的封闭表达式及开关管的特性数据,得到了开关管损耗的理论计算方法。最后,以一个输出指标为直流3.6 kV/0.3 A的谐振变换器为例,给出了逆变桥IGBT的理论计算和实验测量损耗结果,验证了理论计算的有正确性。     

四相交错并联双向DC-DC变换器中耦合电感的设计准则

深入研究了四相Buck+Boost交错并联双向DC-DC磁集成变换器运行在Buck模式下的稳态电流纹波和暂态电流响应速度,同时研究了耦合电感的非对称性对变换器性能的影响,通过分析磁集成变换器的占空比和电感耦合系数对稳态电流纹波和暂态电流响应速度的影响,总结出四相Buck+Boost交错并联双向DC-DC非对称磁集成变换器运行在Buck模式下的设计准则,即在设计这种非对称变换器时,利用给出的设计公式和设计区域选择相关参数。最后,通过实验验证了理论分析的正确性。     

交错并联磁耦合双向DC-DC变换器非对称耦合电感的研究

对三通道Buck+Boost交错并联双向DC-DC磁耦合变换器运行在Buck模式下的稳态电流纹波和暂态电流响应速度进行了深入研究,同时研究了耦合电感的不对称性对变换器性能的影响,分析了磁耦合变换器的占空比、电感耦合系数对稳态通道电流纹波、暂态总输出电流响应速度的影响,进而总结出三通道Buck+Boost交错并联双向DC-DC磁耦合变换器运行在Buck模式下的设计准则,即在设计这种变换器时,利用本文所给出的设计公式和设计区域设计相关参数。最后通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。     

单相光伏储能逆变器中H6桥电路及控制研究

在此以H6桥电路作为单相光伏储能逆变器中的网侧变换器,分析了H6桥变换器在逆变工况和整流工况下的电路工作模态,揭示了其共模漏电流的抑制机理,并在此基础上提出双向H6桥变换器的一致单极性调制方法,从而统一了H6桥变换器在能量双向流动时开关管的调制策略,并降低了开关管的损耗。给出双向H6桥变换器在逆变和整流工况下的双闭环控制方法,推导了相应的传递函数,分析了双向H6桥变换器基于直流母线电压稳定控制的能量双向流动原理,并给出了网侧变换器双闭环控制参数的整定方法。最后,搭建了单相光伏储能逆变器的仿真模型和实验样机,仿真和实验验证了H6桥电路原理分析和控制方法的正确性。     

带有源浮充平台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(voltage regulator module,VRM)设计中。针对基本Buck变换器在输入、输出电压相差悬殊时,占空比过小问题,提出了一种新型电压调整模块--带有源浮充平台Buck变换器。该文对新拓扑进行了稳态和动态分析,并对拓扑结构进行了探讨。与传统两相交错型同步整流Buck变换器实验结果对比表明,由于新拓扑在基本Buck变换器中加入了有源浮充平台单元,不仅具有大变比的电压转换能力和实现电感电流的交错并联,而且无需采取任何均流措施实现自动均衡各相电感电流,简化了控制电路。同时新拓扑具有开关应力小,效率高的特点。     

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。     

采用耦合电感的交错并联电流临界连续Boost PFC变换器

电流临界连续模式(CRM)的Boost功率因数校正(PFC)变换器具有输入功率因数高,二极管零电流截止等优点,采用交错并联技术可以有效降低输入电流脉动和输出电容电流有效值,有利于输入滤波器的设计,提升变换器的效率。本文将两路交错并联的CRM Boost PFC变换器的两个独立电感反向耦合,以进一步减小电感的体积和重量。本文首先介绍耦合电感的基本原理,分析耦合电感对变换器开关频率、输入电流纹波已经磁链的影响,然后讨论了满足最低频率限制和电感不饱和的条件下,耦合电感的设计方法。耦合后最低开关频率仍满足要求且电感匝数可以减小。最后进行实验验证。     

基于瞬间电流建立的Buck变换器软开关方法

为提高同步整流Buck变换器效率,此处研究了零电压开关(ZVS)软开关技术.提出了基于瞬间电流建立的ZVS软开关方法,在主开关管开通前产生一个瞬间电流脉冲,该电流脉冲将流过主开关管的反并联二极管,产生ZVS开通环境,实现主开关管ZVS软开关.所提ZVS软开关方法可实现同步整流Buck变换器的全负载范围ZVS软开关且辅助电流带来的导通损耗较小.此处详细分析了所提Buck变换器的工作过程,设计了电路参数,最后在450 W同步整流Buck变换器样机中验证了软开关方法的正确性.     

准单级单向Buck直流变换器型高频链并网逆变器

提出准单级单向Buck直流变换器型高频链并网逆变器电路结构与拓扑族。其电路结构是由单向隔离Buck直流变换器和极性反转逆变桥级联构成;其拓扑族包括推挽正激式、双管正激式、并联交错双管正激式、半桥式和全桥式电路。深入分析研究类逆变器的电路拓扑、电流瞬时值控制策略、稳态原理特性和关键电路参数设计准则。以推挽正激式拓扑为例,设计并研制出1kW48VDC/220V50HzAC并网逆变器样机。研究结果表明,此类逆变器具有高频电气隔离、电路结构简洁、准单级功率变换、变换效率高、极性反转逆变桥功率开关电压应力低且为ZVZCS、并网电流质量高等优点。     

具有开关电感单元的电感磁集成Buck变换器

为了提高传统Buck变换器的降压能力、降低二极管电压应力及减小变换器损耗,将开关电感应用传统Buck变换器中,提出了一种具有开关电感的电感集成Buck变换器。利用开关电感替代传统Buck变换器中的储能电感,并对开关电感进行了耦合集成。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,研究了电感串联等效电阻对变换器电压增益影响,并分析了二极管电压应力与电感电流纹波的大小。与传统Buck变换器相比,具有开关电感的电感集成Buck变换器的电压增益、二极管电压应力和电感电流纹波都减小到传统的1/(2-D)倍。样机实验结果验证了理论分析的正确性,表明具有开关电感的电感集成Buck变换器具有优良的综合性能。     

一种新型大功率无损缓冲Buck变换器的研究

提出了一种优化的高速电机驱动电路。在传统的三相逆变电路前端加入多路交错并联的无损缓冲Buck变换器,实现了开关管的零电流开通(ZCS)、零电压关断(ZVS),从而解决了高开关频率下的损耗问题,提高了系统的效率及可靠性。同时多路无损缓冲电路共用一个二极管和电感,可有效减小变换器体积,提高功率密度。详细分析了该变换器的原理,并通过实验验证了分析和设计的正确性和可行性。     

一种非隔离型无桥臂直通的集成升压光伏逆变器

针对低电压输入光伏系统的特点,文章在双Buck半桥逆变器的基础上,在输入端增加一个Boost电路的升压单元,提出一种非隔离型无桥臂直通的集成升压光伏逆变器。与常规桥式逆变结构相比,该集成升压逆变器不存在桥臂直通问题,且可分别优化电路中各开关管与二极管的设计,有利于提高拓扑结构的整体效率;同时开关管的驱动信号不需延迟时间,避免了延迟时间引起的输出波形畸变问题。另外,给出统一的半周期SPWM调制方式,整个升压和逆变过程只有2个开关管工作在高频状态,有利于降低逆变器的功率损耗。该文对该逆变电路的工作原理与稳态性能进行了详细分析,并搭建了所提变换器的实验样机,实验结果证明了理论分析的正确性和方案的可行性。     

断续模式无桥Boost PFC变换器的研究

相较于传统的Boost PFC变换器,无桥Boost PFC变换器省略了开关管前的整流桥,大大提高了变换器的效率。首先主要讨论电流断续模式下无桥Boost PFC的工作原理,推导理想状态下其PF的表达式和电感的计算,探讨实际工作中电路寄生参数对电感电流畸变的影响。然后针对DCM Boost PFC仅适用于中小功率场合这一缺点,引入了交错并联技术,提升了电路的功率量级。最后分别完成了单路500 W和两路交错1 kW的变换器样机实验,实验结果验证了理论分析的正确性。     

一种交错并联零电流软开关双向DC/DC变换器设计*

针对传统交错并联式双向DC/DC变换器在高频大功率工作时,开关管损耗大的问题,设计了一种零电流软开关交错并联式双向DC/DC变换器;通过在开关过程前后引入谐振,实现零电流开通和零电流关断,降低开关损耗;进一步分时段模态分析了Boost/Buck模式下的电路工作机理,并在其基础上提出了一种适用于特定占空比的改进型零电流软开关双向DC/DC变换器。最后,通过仿真对比,验证了所设计零电流软开关变换器能量转换效率得到了提高。     

交错并联磁集成双向DC/DC变换器的设计准则

双向DC/DC变换器中大功率储能电感的设计是一件困难而具有挑战性的工作,提出研究双向DC/DC变换器的交错并联磁集成理论以克服这一困难。将三相Buck+Boost双向DC/DC变换器的所有相电感集成为一个耦合电感,对磁集成后变换器运行在Buck模式下的稳态电流纹波和暂态响应速度进行深入研究,给出三相Buck+Boost交错并联磁集成双向DC/DC变换器运行在Buck模式下的设计准则,即在设计这种变换器时,应根据占空比的大小及稳态相电流纹波和暂态总输出电流响应速度的技术要求,利用该文所给出的设计公式和设计区域选择磁集成耦合电感的反向耦合系数。仿真和实验验证了理论分析的正确性。     

抑制开关电源特定次谐波的快速响应TLCL滤波器的分析与设计EI北大核心CSCD

为有效抑制开关频率及其倍数次的谐波,提出一种TLCL滤波器拓扑结构。该拓扑结构在满足谐波衰减的要求下,可以减小滤波器的总电感值和最大总储能,同时提升系统的动态响应。考虑高频下电感的集肤效应,其高频下等效交流电阻大于直流电阻,对电路进行解耦分析,推导得出一种使得并联谐振支路(Lfn-Cfn)损耗最小的参数计算方法。减小滤波器的总存储能量,是缩小电感电容体积的一种有效方法,通过分析陷波频率处谐振电感电容中的储能增加量和其它支路电感电容储能的减少量,证明了TLCL滤波器可以减小最大总储能量,从而可减小滤波器的体积。最后,以Buck变换器为例,分析基于TLCL滤波器的Buck变换器和传统LC型Buck变换器的工作特性,通过仿真与实验验证TLCL滤波器理论分析和参数设计的合理性。     

光伏微逆变器前级磁集成高增益直流变换器研究

针对光伏微逆变器需要高增益Boost变换器的要求,为了提高传统Boost变换器电压增益,降低开关管电压应力,减小变换器损耗,提出了一种新型磁集成开关电感/开关电容单元Boost变换器,该变换器具有较高电压增益和低电压应力。并针对开关电感单元含有多个分立电感,导致变换器体积增大且输出电流纹波恶化的问题,利用平面磁集成技术对开关电感进行耦合设计,有效降低了变换器电感电流纹波,提高了转换效率。制作了1台原理样机,实验结果证实了理论分析的正确性。