一种高效率无桥双谐振功率因数校正变换器

在无桥Flyback功率因数校正(PFC)变换器中引入二次侧谐振电路,提出一种无桥双谐振PFC变换器。该变换器利用变压器二次侧漏感与谐振电容的谐振,减小了开关管关断电流,从而降低了开关管的关断损耗。同时,二次侧二极管实现零电流关断,有效抑制二极管的电压尖峰和振荡。接着分析变换器工作于临界连续模式(CRM)的工作原理和工作特性,给出变换器关键参数的设计原则。最后通过实验验证了理论分析的正确性。     

基于隔离升降压变换器的单级软开关功率因数校正变换器

提出一种基于隔离升降压变换器的单级隔离软开关功率因数校正(power factor correction,PFC)变换器及其控制方法。通过采用优化的双重移相控制策略,变换器在半个工频周期可以分别工作于升压模式和降压模式,从而同时实现输入功率因数校正和输出电压调节,且变换器中所有开关管和二极管可在宽范围内实现软开关、开关损耗低。文中详细分析了变换器的工作原理、工作特性以及参数优化设计考虑,实验验证了所研究的单级隔离软开关PFC变换器及其控制方法的正确性和有效性。     

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。     

一种基于辅助网络的软开关二次型Boost高增益变换器

在基于减少冗余功率(R~2P~2)原理的二次型Boost变换器基础上,通过引入辅助网络单元,提出一种基于辅助网络的软开关二次型Boost高增益变换器。该变换器在减少功率传输损耗的同时,实现了全部开关管的零电压导通(ZVS)和输出二极管的零电流关断(ZCS),降低了开关器件的开关损耗。辅助网络与二次型Boost变换器输出串联,提高了变换器电压增益,减小了开关管电压应力。因此,可选取低电压等级、低导通电阻的MOSFET管,进一步提高变换器的效率,降低成本。研究变换器的工作原理和工作特性,分析开关管ZVS条件和占空比丢失问题,设计了一台100W的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。     

交错并联双向Buck/Boost集成LLC谐振型三端口直流变换器

将交错并联双向Buck/Boost电路与全桥LLC谐振电路通过共用全桥开关单元集成在一起,提出了一种新型的三端口直流变换器,实现了器件共享,降低了体积和成本。该三端口变换器包括两个双向端口和一个隔离的单向输出端口,通过PWM+PFM的混合调制策略,可实现端口间功率流的灵活控制。与传统的移相全桥集成型三端口直流变换器相比,提出的变换器输入电流纹波小,可在宽电压和功率范围内实现一次侧开关管的零电压软开关(ZVS)和二次侧整流二极管的零电流软开关(ZCS)关断,开关损耗小,而且不存在占空比丢失、变压器直流偏磁等问题。研究了该三端口变换器的工作原理、工作模式和端口功率传输模式,并对其增益、软开关等特性进行了深入分析,最后搭建了一台500W的实验样机,实验结果验证了变换器的实用性和理论分析的正确性。     

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。     

基于双向零电流开关的分布式储能变换器研究

为提高电池利用率及安全性,分布式储能系统采用高频隔离储能变换器实现低压电池模组到高压直流母线的能量双向传输.为使储能变换器在正反两个方向下均具有较高效率,低压大电流一侧在双向运行时可采用零电流开通和零电流关断,以实现零开关损耗.在分析传统双向全桥DC/DC变换器和LLC谐振变换器存在问题的基础上,提出了一种双向零电流开关储能变换器,通过采用非对称占空比控制,可以实现低压侧在正反向时均具有零电流开关特性,有效减小开关损耗,提高变换器的双向运行效率.分析了变换器的功率传输及电压增益特性,推导了软开关实现条件,并对拓扑结构进行改进以改善电流波形,进一步减小损耗.最后通过仿真和实验验证了拓扑结构及双向零电流开关控制方式的有效性.     

基于DSP的Boost PFC软开关变换器研究

详细分析了一种新颖的Boost软开关变换器,在传统的Boost变换器基础上加上缓冲元件电感和电容,从而实现开关管的零电流开通和零电压关断。提出了基于DSP的新型控制算法,该算法仅需在一个开关周期内采样负载电流和输入电压来计算占空比,实现功率因数校正(PFC)的目的,控制简单,实时性好。实验结果表明,该新型的变换器工作在软开关模式下,并且实现输入侧的单位功率因数。     

带零电压转换软开关的新型单相单级隔离式Cuk开关电源

针对Cuk变换器在硬开关工作模式下开关损耗大、传输效率低、di/dt和du/dt较大以及电磁干扰严重等不足,研究了一种基于零电压转换(ZVT)软开关技术的隔离式Cuk变换器系统。详细分析了隔离式Cuk变换器的软开关工作过程,计算了变换器和ZVT软开关电路的参数,研制了一台额定输出功率为500W的带ZVT软开关的新型单相单级隔离式Cuk高频开关电源样机。实验结果表明:变换器中的开关管均工作于软开关模式,与硬开关工作模式相比,有效减少了开关损耗,减小了di/dt和du/dt,降低了电磁干扰,提高了开关变换器的效率,从而验证了本文提出的方法和参数设计的合理性。     

无损软开关无桥Boost PFC变换器的研究

针对无桥Boost功率因数校正(PFC)变换器在高频工作时功率器件开关损耗大、电压电流应力高,提出了一种无源无损软开关Semi-bridgeless Boost PFC变换器,用于实现开关管和功率二极管的软开关,减小二极管反向恢复电流造成的电压尖峰,有效提高转换效率。详细分析了该软开关无桥Boost PFC变换器的工作原理,制作实验样机对电路的有效性进行了验证,实验结果表明所提软开关无桥变换器能有效减小开关损耗,降低元器件的电压电流应力和电磁干扰,效率高于硬开关无桥Boost PFC变换器。     

对称控制全桥谐振PWM软开关变换器

针对传统对称控制全桥变换器不能实现软开关而导致变换器效率较低的现状,提出了对称控制全桥谐振PWM(FB-RPWM)变换器,详细分析了FB-RPWM变换器的工作模式及其稳态特性。分析结果表明:FB-RPWM变换器虽然采用对称控制,却仍在全负载范围内实现了所有桥臂开关管的零电压开通(ZVS)和输出二极管的零电流关断(ZCS),且其输入输出电压传输比与负载、开关频率和占空比无关,呈现出直-直变压器(DCX)的工作特性。与移相全桥(PSFB)变换器相比,FB-RPWM变换器减小了两个开关管的关断电流,且变压器一次侧采用隔直电容,实现了励磁电感电流的零直流偏量,降低了变压器损耗,进一步提高了变换器的效率。最后,搭建了一台400V输入、50V/10A输出的实验装置,验证了理论分析的正确性。     

新型无源无损软开关boost变换器研究

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。该文分析和实现了一种最小电压应力的无源无损软开关boost变换器。其无源无损软开关电路仪由电感、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。文中对电路的各种工作模态进行了详细分析,并给出了软开关环节中的参数设计方法：250W的样机实验表明,该变换器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。具有较为广阔的应用前景。     

一种适用于新能源中压直流汇集的无环流零电流软开关三电平谐振式复合全桥变换器

直流变换器是中压直流（MVDC）汇集系统中的关键部分，起着升压、隔离、电能传输等功能。相比传统的中压交流汇集方案中体积巨大的变压器，中压直流方案中的变换器由于采用中高频控制可大幅减少装置体积。为适应新能源发电端口电压越来越高的发展趋势，该文提出一种无环流零电流软开关（ZCS）三电平复合全桥变换器，其由一个半桥三电平电路和全桥电路共同复用2个开关管而构成，从而所有开关管的电压应力只有输入电压一半，不仅有利于该变换器应用于高输入电压场合，同时还保留所有开关管的软开关特性且消除一次侧环流。为进一步降低所有开关管的峰值电流和辅助开关管的关断电流，又引入了LC串联谐振技术，可大幅降低辅助开关管的关断电流，从而使其开关损耗得到进一步降低。该文对变换器中关键参数进行分析设计，通过PLECS进行仿真，并制作了一台150 V/750 V/1 kW的样机进行了实验验证。     

一种可工作于CCM模态的高效图腾柱无桥PFC变换器

提出一种具有零电压开通(zero-voltageswitching,ZVS)和零电流关断(zero-current switching,ZCS)的可工作于CCM腾柱式无桥功率因数校正(power factor correction,PFC)电路拓扑。该拓扑在传统图腾柱无桥PFC的基础上,通过增加辅助谐振支路来实现功率开关管(MOSFET)的ZVS导通,同时辅助谐振支路亦可有效地抑制其体二极管电流的di/dt,实现ZCS关断,极大地缓解了MOSFET体二极管反向恢复问题;工作在电流断续模态下的辅助谐振支路,其开关管均能实现零电流开通,变换器的所有开关管均工作在软开关状态。该拓扑克服传统硅基图腾柱无桥PFC的MOSFET体二极管反向恢复问题,以及只能工作在电流断续导电模式或临界导电模式的限制,拓宽其工作范围,与传统图腾柱式无桥PFC电路相比,有更高的效率和功率密度。基于对所提出变换器的工作原理和稳态特性的分析,设计一台实验样机,实验结果验证了该拓扑方案的可行性和有效性。     

小型风力发电软开关变换器研究

针对传统小型风电变换器工作在硬开关状态时,开关损耗较大、开关管电压电流应力大、转换效率低的缺点,将一种单管Boost软开关变换器应用于小型风力发电系统.通过增加谐振电感和电容,实现了主开关管和续流二极管的软开通与软关断.在此分析了软开关变换器的工作原理,搭建了仿真模型和实验平台.仿真和实验结果证明,开关管和续流二极管均...     

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。     

一种应用于电动汽车快速充电站的高频隔离双级功率变换器

提出了一种新型可应用于电动汽车直流快速充电站的高频隔离型(high-frequency-isolation,HFI)双级功率变换系统结构,该变换器结合了前端三电平Buck变换器与后端LLC谐振变换器的双重优点。三电平Buck变换器开关管承受的电压为直流母线电压的一半,适合应用在高压大功率的场合,后端采用LLC谐振变换器可以实现高频电气隔离,同时具有实现逆变桥开关管零电压开通(zero-voltageswitch,ZVS),二次侧整流桥二极管零电流关断(zero-currentswitch,ZCS)的优良特性。文章详细介绍了该新型系统结构的工作原理及特性,并介绍了该两级系统结合后的新特性,并提出了变换器的均流均压控制策略。最后,搭建了一套20 k W,输入电压760 V,输出电压200~500 V的实验装置。通过实验验证了系统结构的可靠性。     

PFC双管反激两级组合式软开关变换器研究

在传统Boost功率因数校正器(PFC)和双管反激两级变换器的基础上,增加了一条辅助支路,实现了两级变换器各开关管的软开关和PFC的整流二极管的受控关断.该方案可以有效地减小变换器的开关损耗和解决整流二极管的反向恢复问题,迎合了变换器高频化和高功率密度的发展趋势.最后,用Saber软件进行了仿真,验证了该方法的可行性.     

新型无源无损软开关Cuk变换器的研制

针对传统的无源有损(RLD/RCD)Cuk变换器开关损耗高、开关瞬间电流与电压尖峰大和系统转换效率低的不足,研究了一种新型的无源无损软开关Cuk变换器。分析了变换器的工作原理,详细阐述了各阶段工作模态,设计了电路的参数,并最终研制了一台400W的实验样机。实验结果表明,该变换器实现了开关管的零电流开通和零电压关断,可有效降低开关损耗,减小开关瞬间电流与电压尖峰和提高系统转换效率。     

准谐振式软开关变换器的设计

软开关变换器适合设计高频开关电源,其特点是功率开关管仅在电压过零时开启（或在电流过零时关断）,从而将开关噪声和开关损耗降至最低。准谐振式变换器属于软开关变换器的一种,它工作在恒定频率下,仅在开关周期的部分时间内产生谐振。介绍了准谐振式变换器的基本原理,重点阐述了利用SMPS Design Toolkit 1.6软件设计准谐振式变换器的流程和方法。