副边双谐振软开关全桥直流变压器研究

提出了一种副边双谐振软开关全桥直流变压器(SDR-FB DCX)。其原边利用励磁电感储存能量在全负载范围内实现了开关管的零电压开关,同时副边采用谐振电路,实现了整流二极管的零电流关断,从而减小开通损耗和反向恢复损耗,提高了SDR-FB DCX的效率。SDR-FB DCX消除了整流二极管的电压尖峰与振荡,将整流二极管电压箝位于输出电压,减小了整流二极管的电压应力。详细分析了SDR-FB DCX的工作模态及稳态特性,分析结果表明其输入/输出电压增益比表现为直流变压器的工作特性,电压增益比与负载、开关频率和占空比无关。给出了SDR-FB DCX软开关的实现条件。最后通过搭建一台1 kW、400 V/48 V的实验样机,验证了理论分析的正确性。     

不对称控制全桥副边双谐振DC-DC变换器

提出一种全桥副边双谐振(full-bridge secondary-dual-resonance,FB-SDR)DC-DC变换器。变换器无需添加辅助电路即可在全负载范围内实现开关管的零电压开关和副边整流二极管的零电流关断,减小了开通损耗和反向恢复损耗;同时,采用不对称控制策略,消除了传统移相全桥变换器的环流损耗,提高了变换器的效率;有效抑制了整流二极管的电压尖峰和振荡,将整流二极管电压箝位在输出电压,减小了电压应力,进一步提高了变换器的性能。详细研究FB-SDR变换器的工作原理及稳态特性,并对电路关键参数进行设计。最后,通过搭建一台1 kW、400 V/48 V的实验样机,验证理论分析的正确性。     

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.     

有源钳位正激二次侧谐振PWM Buck-Boost型变换器

针对传统有源钳位正激(ACF)变换器存在输出二极管反向恢复损耗,以及轻载时不能实现软开关的问题,提出了ACF二次侧谐振(SSR)PWM(ACF-SSR-PWM)Buck-Boost型变换器,分析了ACF-SSR-PWM Buck-Boost型变换器的工作模式及其稳态特性。分析结果表明:ACF-SSR-PWM Buck-Boost型变换器可以在全负载范围内实现主开关管、辅助开关管的零电压开通(ZVS)和输出二极管的零电流关断(ZCS),其电压传输比与负载、开关频率和占空比无关,呈现出DC-DC变压器(DCX)的工作特性。与二次侧谐振ACF变换器相比,ACF-SSR-PWM Buck-Boost型变换器减小了辅助开关管的电流应力和主开关管的关断电流。最后,搭建了一台200V输入、50V/1.6A输出的实验装置,验证了理论分析的正确性。     

基于充电机的3kW移相全桥变换器

为了抑制输出整流二极管反向恢复引起的电压振荡,采用初级二极管箝位的电路拓扑设计移相全桥零电压开关(ZVS)变换器。通过改变移相角稳定输出电压,将开关管的结电容和外并电容与串接的电感作为谐振元件,实现开关管的ZVS。实验表明,该方案在实现软开关的同时,可以较好地抑制输出整流二极管上的电压振荡,减小输出整流二极管的电压应力。     

带箝位辅助谐振支路的改进型变换器研究

移相控制零电压全桥变换器利用变压器漏感和开关管的寄身电容可实现开关管的零电压开关,为了抑制整流输出寄生振荡,可以在初级加入一个谐振电感和两个箝位二极管构成辅助谐振支路,本文将辅助谐振支路与变压器交换位置,使辅助支路与超前臂相连,不仅抑制了次级寄生振荡和电压过冲,使整流管和箝位二极管工作在软开关条件下,而且减小了箝位二极管上电流有效值,减小了次级占空比丢失和初级通态损耗。分析了改进后变换器的工作原理,并对改进前后的变换器进行了比较。实验结果验证了电路的正确性。     

一种改进的ZVZCS全桥PWM变换器

针对当前零电压、零电流全桥DC/DC变换器需要在辅助电路中增加有源或有损器件及二次侧整流二极管电压应力增大的问题,提出一种改进的电路拓扑结构并对工作过程进行了分析。电路超前臂零电压工作的实现方法与其他传统电路相同,采用外加辅助电容实现;滞后臂的零电流工作条件由2个二极管和1个电容构成的辅助电路实现。辅助电路中不含有源、有损器件,不会增加电路的额外损耗,相比其他拓扑结构,具有更高效率。由于与变压器二次侧抽头并联的钳位电容数值较大,将变压器副边的电压钳位,所以不会增加二次侧的整流管的电压应力。仿真结果验证了电路分析的正确性和设计的可行性。     

具有开关电容的隔离型交错并联Boost变换器

提出一种具有开关电容的隔离型交错并联Boost变换器。由于开关电容的存在,此变换器的变压器可交替工作在反激与正激模态,从而将部分输出能量存储在开关电容中,因此,这种变换器的功率等级有了一定提高,磁芯的体积可有效减小。开关电容内在的倍压能力提高了电路的电压增益,因此降低了变压器的匝比和副边二极管的电压应力。开关电容的充放电平衡使得输出各相之间的电流自动均衡。开关管的非对称连接方式,使得并联运行的2个支路只需要一个有源钳位电路就可吸收2个变压器原边的漏感能量,因此,主开关管和钳位管都实现了零电压开通和零电压关断。由于二极管的电流下降率受到变压器漏感的限制,因此反向恢复问题得到抑制。一台1 kW 48 V/380 V的实验样机的实验结果验证了理论分析的有效性。     

一种带辅助支路的移相全桥变换器的改进研究

简单介绍传统移相全桥零电压开关变换器,设计出一种带钳位二极管和阻容元件的辅助谐振换流网络的移相全桥零电压开关变换器,该移相全桥零电压开关变换器是将一钳位二极管辅助支路置于后臂桥与变压器之间,不仅很好地实现了ZVS,而且还能有效地抑制二次侧整流二极管上的寄生振荡,使二次侧整流二极管和钳位二极管均工作在软开关状态下,提高了整机效率。本文从工作原理方面对电路进行了详细的分析,给出了二极管钳位辅助支路参数的设计和选取,并介绍了所设计的一台220V/10A的样机,给出了主要实验波形,验证了该电路的正确性。     

一种改进的零电压零电流倍流整流变换器

提出一种改进型的移相全桥零电压零电流倍流整流变换器.采用变压器和隔直电容串联,滞后桥臂串联二极管,使其超前桥臂实现零电压开通,滞后桥臂实现零电流关断,与滞后桥臂串联的二极管也实现零电流关断,二次侧整流二极管也是自然关断,变换器所有的功率器件都有较大的软开关范围,文中还简单讨论了软开关范围和参数设计.最后,采用峰值电流控制,电压外环、电流内环的控制方案,研制2.5kW的软开关全桥变换器,并给出实验结果.     

280W移相全桥软开关DC/DC变换器设计

移相全桥变换器是最常用的中大功率DC/DC变换电路拓扑之一,它利用开关管的结电容和原边串联电感作为谐振元件,使开关管能进行零电压开通和关断,但传统移相全桥变换器输出整流二极管的反向恢复会引起电压振荡,二级管上存在很高的电压尖峰。280W移相全桥软开关DC/DC变换器采用了一种新的拓扑结构,在变压器原边加了2个箝位二极管,在实现开关管零电压开通和关断的同时,有效地抑制了电压振荡,消除了电压尖峰,减小了输出整流二极管的电压应力。分析了主电路的工作原理,给出了主电路参数和实验结果。     

一种新颖的ZVS全桥变换器寄生振荡抑制方法

在对整流二极管寄生振荡产生机理深入解析的基础上,提出基于超前换流的电压振荡抑制新对策,进而推出一种原边加换流电容和LC辅助电路的新型零电压开关(zerovoltage switching,ZVS)脉宽调制(pulse width modulation,PWM)移相全桥变换器,很好地抑制了副边整流二极管的寄生振荡,没有占空比的丢失,实现宽负载范围开关管的零电压开关。阐述该变换器的工作原理,给出关键参数的设计原则,并通过一台650W/28V、开关频率为100kHz的原理样机验证该变换器的优点。     

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。     

加钳位二极管的零电压全桥变换器改进研究

移相控制零电压开关脉宽调制(PWM)全桥变换器利用变压器的漏感和开关管的结电容可以实现开关管的零电压开关。为了消除输出整流管的电压尖峰,可以在原边加入一个谐振电感和两个钳位二极管。文中将谐振电感和变压器交换位置,使变压器与滞后桥臂相连,这样钳位二极管在一个开关周期中只导通一次,同时零状态时谐振电感电流较小,有利于提高变换效率和减小占空比丢失。分析了改进后变换器的工作原理,并将改进前后进行对比,讨论了隔直电容在不同位置对变换器工作的影响,以确定一种最佳方案。最后进行实验验证,并给出了实验结果。     

一种航天用Weinberg拓扑软开关变换器

此处针对传统Weinberg拓扑开关管应力大、整流二极管反向电压尖峰大的问题,在传统Weinberg拓扑基础上,添加辅助电感、辅助电容、二极管实现金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)零电压开通、二极管零电流关断,提出一种新型航天用Weinberg软开关变换器.详细分析了该软开关变换器工作原理,搭建了一台输入电压68～79 V,输出电压102～103 V,额定输出功率1000W,开关频率50 kHz的原理样机.实验表明,该变换器可以有效降低MOSFET电应力,在额定工况下,将其MOSFET开通时4A电流尖峰降低至零,降低整流二极管反向电压尖峰,将其反向电压尖峰从135 V减小至10 V,减小母线电压纹波,有效提高电源可靠性,验证了Weinberg软开关拓扑理论的正确性.     

基于新型箝位电路的低电压应力零电流开关半桥PWM变换器

提出一种基于新颖箝位支路的零电流开关半桥PWM变换器。与传统的不对称半桥变换器相比,该变换器在变压器的副边电路中增加了一条由辅助开关管与谐振电容串联组成的辅助支路。该变换器不仅能在整个负载范围内实现主开关管和辅助开关管的零电流开关以及所有二极管的零电压开关;而且通过无源箝位支路,消除了辅助开关管和整流二极管的电压尖峰;采用对称控制,因此变压器不存在电流偏磁,且主开关管的电压应力相等。详细分析箝位支路的工作原理和变换器的工作特性,并给出实现软开关的条件,实验结果验证了该变换器的可行性。     

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。     

一种适用于高压输入的零电压开关双管推挽直流变压器

提出了一种适用于高压输入的零电压开关双管推挽直流变压器。该拓扑用两只开关管串联代替传统推挽电路中的单只开关管，并引入了2只箝位二极管，将开关管的电压应力箝位在输入电压，利用变压器漏感和开关管的结电容实现了开关管的零电压开关。同时副边采用带箝位电容的全波整流电路，消除了采用传统全波整流时副边整流管反向恢复引起的电压尖峰和电压振荡，有效地降低了电磁干扰。该文详细分析了变换器的工作原理，讨论了变换器的输出特性、零电压开通条件和箝位电容的选取，最后在一台2kW的原理样机上进行验证，满载时效率高达95.8%。     

一种新型全桥移相PWM零电压零电流变换器

为了实现全桥软开关变换器能在很宽的负载变化范围内实现零电压零电流变换,提出了一种改进的电路拓扑结构,设计了一种新型的全桥移相脉宽调制零电压零电流变换器,该电路中,超前桥臂前面增加了一个辅助电路,使其超前桥臂能在轻载的情况下很好地实现零电压变换;在高频变压器的副边采用无源钳位电路,使其滞后桥臂能在满载的情况下很容易地实现零电流变换;此外,在辅助电路中的电容与变换器的输出滤波电容之间用一个钳位二极管连接,限制了变压器的二次侧电压。分析了该变换器的工作原理及各阶段的工作模态,研制了一台输出48V/20A的移相全桥零电压零电流软开关电源样机,通过试验验证了理论分析的正确性。     

宽电压范围双移相控制多倍压高增益软开关隔离升降压变换器

提出一种适用于宽电压范围、低电压输入应用场合的多倍压高增益软开关隔离升降压变换器及其控制方法。通过将倍压型双有源桥变换器与倍压整流电路相结合,实现了高增益隔离升降压变换。通过采用双移相控制策略,使得一次、二次侧开关管能够在宽电压和宽负载范围内实现软开关,且二极管都可以实现零电流关断、无反向恢复损耗。变压器漏感可以作为能量传输电感的一部分,不存在漏感引起的电压尖峰问题,且一次侧开关器件的电压应力钳位在输入电压,二次侧开关器件的电压应力仅为输出电压的一半,器件电压应力低。详细分析了变换器的工作原理、控制策略和特性,实验验证了所提出拓扑及其控制方法的正确性和有效性。