一种有源箝位交错并联Boost电路的研究

为提高Boost变换器传输效率,提出了一种运用辅助电感和箝位电路实现交错并联Boost电路软开关的拓扑结构,变换器不仅实现了主开关管的零电流开通和零电压关断,大大减少了二极管的反向恢复电流带来的能量损耗。同时实现了辅助开关管的零电压开关,降低了附加损耗。在原理仿真的基础上,设计试制了一台实验样机。实验结果给出了开关管波形,验证了软开关功能的实现。     

低电压电流应力的有源钳位ZVS软开关技术

有源钳位零电压开关(zero-voltage switching,ZVS)软开关拓扑被广泛应用到DC/DC变换器实现开关管零电压开通。传统有源钳位软开关拓扑存在电压、电流应力大且占空比丢失严重的问题,制约了其在大功率DC/DC变换器中的应用。该文提出改进的有源钳位软开关拓扑,在传统拓扑基础上增加由二极管与辅助电感组成的电流转移电路,使二极管电流应力、钳位电压及占空比丢失均减小一半,提高变换器效率及可靠性。分析所提有源钳位软开关拓扑应用于Buck变换器及Boost变换器的工作原理,并对拓扑进行性能分析及参数设计。最后,在功率为1.2k W的Buck变换器及Boost变换器中,实验验证所提有源钳位软开关拓扑的正确性。     

一种新型无源交错并联Boost软开关变换器

给出了一种新型无源交错并联Boost软开关变换器的拓扑结构,对其工作原理进行了详细分析。该拓扑结构简单,在传统交错并联Boost变换器中加入了一个对称的无源辅助电路,实现了开关管的零电压开通和关断。分析了该变换器各阶段工作模态的等效电路和实现软开关的条件,给出了辅助谐振电路的设计,并对主电路进行了仿真研究,仿真结果验证了电路分析的正确性和可行性。     

一种耦合电感型准开关Boost变换器

将耦合电感和开关电容结构同时应用到准开关Boost变换器中,提出了一种新型的耦合电感型准开关Boost变换器.在开关占空比一定的范围内,该电路可以通过改变耦合电感匝数比的方式来提高变换器的电压增益能力.由于该拓扑中无源钳位电路结构的存在,耦合电感漏感的能量能够被输出端回收利用,有效降低了开关管电压尖峰,从而提高了变换器的效率.详细介绍了该变换器的工作原理并对稳态性能进行了分析,同时与其它三种相关变换器进行对比.最后,根据仿真结果搭建实验电路,验证了所提出变换器理论分析的正确性和可行性.     

一种新型软开关BUCK变换器

磁耦合谐振式无线电能传输采用直流斩波调压控制传输功率,传统的直流斩波电路开关损耗大,因此提出了一种新型的软开关BUCK变换器的改进电路,在电路中添加耦合电感、辅助电感和二极管,可以实现零电流开通和零电压关断。变换器结构简单,便于控制。介绍了电路工作原理和过程,设计了电路参数,进行了仿真和实验研究,最后给出了仿真和实验波形。     

一种高增益耦合电感双管Sepic变换器

针对传统DC-DC变换器电压增益低,开关器件电压应力大和损耗高的问题,在传统Sepic变换器的基础上,引入耦合电感单元和有源开关电感单元,提出了一种高增益耦合电感双管Sepic变换器拓扑结构。该变换器具有高电压增益,避免了变换器工作在极限占空比状态,降低了开关器件电压应力,实现二极管的零电流关断和开关管的零电流开通,缓解二极管的反向恢复问题,减小开关管的损耗,提高变换器的效率。详细分析该变换器的工作原理,推导变换器的电压增益和开关器件的电压应力大小,研究漏感导致的占空比丢失问题对变换器增益的影响,给出关键参数设计,与其他拓扑在电压增益、开关器件电压应力等方面进行性能对比分析,最后设计一台100 W的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。     

一种新颖的ZVT Boost变换器

脉宽调制（Pulse Width Modulation,简称PWM）Boost变换器被广泛用作DC/DC变换器和功率因数校正装置。提出了一种新颖的零电压转换（Zero Voltage Transition,简称ZVT）Boost变换器,利用能量反馈辅助电路实现了升压管的ZVT和升压二极管的软开关。辅助电路由辅助开关管、耦合电感（反激变压器）和反馈二极管构成。辅助开关管实现了零电流开通和近似零电压关断,变换器的效率较高,电磁干扰低。在辅助开关管关断时,耦合电感将谐振电路中的能量馈送至电源端,功率器件的电压电流应力较低,辅助电路的传导损耗较小。详细分析了该变换器的工作原理,并通过样机进行了验证。     

零电流准谐振Buck变换器的磁集成研究

以零电流准谐振Buck变换器为例,引入谐振电感和谐振电容与变换器中的功率开关管组成谐振开关.通过谐振,使流过功率开关管的电流呈正弦波形,为功率开关管创造了零电流开关条件.对分立的谐振电感和滤波电感进行磁集成,阐述集成后Buck变换器工作原理.用Saber软件对集成后的电路进行仿真.分析谐振电感和滤波电感的耦合系数对谐振...     

基于耦合电感的新型高增益软开关直流变换器

针对升压直流变换器的高增益问题,以一种带有泵升电容的Boost变换器为基础,提出一种基于耦合电感的新型高增益软开关直流变换器。讨论该变换器的工作原理、性能对比分析、关键参数设计,并且通过仿真验证了理论分析的正确性。该变换器通过引入耦合电感和倍压电容不仅拓展了调控电压增益的自由度,突破了仅由占空比来提升电压的局限,还减小了输出二极管的电压应力,且耦合电感中的漏感缓解了二极管反向恢复问题。利用有源钳位的方法减小了开关两端的应力,并使所有开关管实现软开通,使电路损耗得以降低。     

软开关三电平DC/DC变换电路的发展及分析

介绍了三电平直流变换器的突出优点及其与软开关技术相结合的发展趋势、各发展时期有技术代表性的典型电路拓扑结构及其主要性能特点。针对零电流技术中因引入储能电容而引起的副边高电压应力问题,提出了一种新型的零电压零电流软开关三电平直流变换电路拓扑:通过耦合电感实现电流回零,通过改变耦合电感的变比来方便地设定原边环流置零时间,降低环流损耗,实现内管的零电流关断。实验样机验证了这种电路的主要性能,电压电流实验波形显示了三电平的低电压应力特点和零电压开通、零电流关断的软开关性能。     

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。     

耦合电感单级升压逆变器

传统的两级式升压变换器通常由Boost变换器作为前级,以提升输入电压至合适的母线电压,防止输入电压较低时无法输出所需的交流电压。当升压比要求很高时,Boost变换器的占空比就会接近极限,过大的占空比会恶化Boost变换器的二极管反向恢复问题,增加开关管的开关损耗,降低效率。提出一种新型单级升压逆变器,在典型三相桥前加入包括耦合电感在内的无源网络,通过对耦合电感的设计和逆变桥直通时间的控制,可以使逆变器在直流输入电压较低时仍实现中间母线电压幅值的较大提升,输出稳定的交流电压。理论分析和实验结果表明该单级升压逆变器具有良好的性能。     

Analysis and design of a push–pull DCM boost power factor corrector

A novel power factor corrector (PFC) composed of two‐phase discontinuous conduction mode (DCM) boost PFCs and a coupled inductor is proposed in this paper. By coupling the two‐phase boost inductors into the same magnetic core, both the circuit volume and the input ripple current are reduced. Therefore, the power factor (PF) value and the power density are improved. In addition, the output capacitor size can be smaller. The proposed topology distributes the input current and output current equally for the two phase modules. A cut‐in‐half duty cycle can decrease the conduction losses of the switches, and both the turns and diameters of the inductor windings, which help more in the reduction of the circuit volume. The advantages of a DCM boost PFC, such as natural zero‐current‐switching (ZCS) of the output diode, a natural PFC function and the simplified EMI filter design, are maintained. Detailed analysis and design of the proposed topology and the experimental results on a prototype with a 380‐V output voltage and a 200‐W output power are provided. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

交错并联双向DC/DC变换器Buck模式下的耦合电感设计规则

针对目前交错并联双向DC/DC变换器中耦合电感设计规范不全面这一问题,以三相交错并联双向DC/DC变换器为例,在Buck模式下占空比在1/3~2/3范围内,研究变换器采用分立电感和耦合电感,对稳态电流纹波及暂态电流的响应速度的影响。通过对比,证明采用耦合电感具有减小稳态相电流纹波或者增大暂态总输出电流响应速度的作用,且占空比越接近1/3和2/3,耦合越强,效果越明显。给出一个耦合电感的设计规则,在这一规则下选择电感的耦合系数,既能减小变换器的稳态相电流纹波,又能提高暂态总输出电流响应速度。最后,通过实验证明了耦合电感具有提高暂态总输出电流响应速度和减小稳态相电流纹波的作用,从而证明了设计规范的正确性。     

交错并联磁耦合双向直流变换器中多相耦合电感的设计准则

四相并列式排布的非对称耦合电感因其结构特点,运行于磁耦合交错并联双向直流变换器的输出结果与对称耦合电感有所不同。通过分析四相非对称耦合电感应用于磁集成交错并联双向直流变换器的工作模态,研究了对称度、占空比以及耦合系数的变化对变换器稳态性能和暂态性能的影响,给出了四相非对称耦合电感的设计准则,即在对此类非对称耦合电感进行设计时,利用给出的设计公式确定参数的选择区域,进而进行相关参数的选取。最终,通过对此类结构的耦合电感进行设计与实验,验证了理论分析的正确性。     

大功率直流系统六相磁耦合非隔离型双向DC-DC变流器研究

针对大功率电力电子系统对高效率、高功率密度、高可靠性双向变流器的需求,采用交错并联磁集成技术,深入研究了适用于大功率系统的六相交错型非隔离全耦合双向功率变换器,同时研究了适用于该变换器的、具备多自由度可变耦合度的阵列式对称化六相耦合电感器。首次提出了可实现六通道变换器主电感之间对称化全耦合的磁集成理论;通过对主电感全耦合理论和变换器的工作模态的详述分析,推导了不同占空比区间下静态及动态等效电感,采用归一化的处理方法,给出最佳耦合系数设计准则,并同时给出了通用扩展型阵列式耦合磁件的设计方法;最后通过仿真和实验,对采用非耦合与全耦合电感的变换器进行性能对比测试,证明了理论分析的正确性。六相非隔离磁耦合技术能够降低每个通道的电流应力、增大功率输出容量、降低总电压电流纹波,并同时改善变换器每相电流纹波和动态响应特性,进一步提高功率密度,更适用于大功率直流变换系统。     

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。     

Mitigation of harmonics in three-phase ac system using current injection technique for ac-to-dc converter

This paper presents a new approach to eliminate harmonics and to improve power factor of a three phase front-end uncontrolled rectifier. A high-power-factor is achieved by injecting high-frequency triangular current from the output of three-phase inverter. The high frequency (HF) current modulates the rectifier input voltage resulting in conduction of diodes into each switching cycle. The resulting ac input line current is continuous and sinusoidal in shape with significant reduction in current harmonics. All the switches are operated at zero-voltage switching (ZVS). The diodes of the rectifier are also operated with soft switching at turn-on as well as at turn-off. Varying switching frequency with fixed duty ratio regulates the output voltage. The proposed ac-to-dc converter also maintains high-power-factor even for unbalanced input supply voltages. The analysis of the converter is carried out on a single-phase basis, using different operating modes in one switching cycle of injected current. Theoretical results based on analysis are verified initially through digital simulation, and confirmed by using an experimental prototype of 2.5 kW.     

A new interleaved bidirectional dc/dc converter with zero voltage switching and high voltage gain: analyses,design and simulation

In this paper, a new interleaved non‐isolated bidirectional dc–dc converter with capability of zero voltage switching and high voltage gain is proposed. In the proposed converter by using two coupled inductors and one capacitor, the voltage gain is extended. Moreover, by using only an auxiliary circuit that includes an inductor and two capacitors, the zero voltage switching (ZVS) of two used switches in the first phase of converter can be achieved. The ZVS operation of two used switches in the second phase is always obtained without using any extra auxiliary circuit. This converter similar to other interleaved converters has low input current ripple and low current stress on switches. In this paper, the proposed converter is analyzed in all operating modes, and also the voltage gain, required conditions for ZVS operation of switches, voltage and current stresses of all switches, and the value of input current ripple in both boost and buck operations are obtained. Finally, the accuracy performance of the proposed converter is verified through simulation results in EMTDC/PSCAD software. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.     

带辅助网络的倍流整流式全桥ZVS三电平变换器

针对传统全桥三电平零电压变换器存在的缺点,提出了一种新型的全桥三电平零电压变换器拓扑.在电路拓扑中,变压器一次侧加入了一个由耦合电感和电容组成的辅助网络,而在输出端采用了倍流整流电路.耦合电感和输出滤波电感中储存的能量使得变换器可在宽负载范围内实现每个开关管的零电压开关,而倍流整流电路可以使两个整流二极管在零电平的时候实现自然换流,从而克服变压器二次侧占空比丢失和电压过冲的问题.本文详细分析了此电路的工作模态以及其零电压、实现自然换流的条件,并通过一台24V/5A,50 kHz样机进行了实验,验证了理论分析的正确性.