高频开关电源功率变压器的漏感

随着开关电源的日益广泛应用,电源的高频化、小型化等导致电磁干扰(EMI)问题在大多数应用环境中十分突出。作为开关电源核心部件的功率变压器的漏感是高频开关电源的主要干扰源之一。论述了高频开关电源中与功率变压器漏感有关的电磁干扰,分析了漏感产生的原因,讨论了漏感的计算方法,并给出了测量漏感的常用方法。     

一种基于解析法的高频铜箔变压器漏感精确计算方法

高频变压器作为直流变换器中的核心功率部件,其漏感值的精确性对变换器工作模态及控制具有重要影响,尤其在高频工作条件下更为突出。目前针对高频变压器漏感计算,常用的一种方法是考虑高频效应的磁场能量解析法,基于磁场能量计算求解漏感。但由于该方法在计算磁场能量时采用了平均匝长的方案,磁场能量计算不准确,使得在匝比不为1的高频铜箔变压器中,漏感计算精度不够高。为此,文中提出了一种基于精确匝长的高频铜箔变压器漏感计算方法,在径向方向考虑实际匝长的变化,以此计算获得磁场能量,进而计算变压器漏感。该方法不受变压器匝比约束,在不同匝比下均可保证漏感计算精度。最后基于Ansys进行建模仿真,仿真结果验证了所提出漏感计算方法的正确性和有效性。     

反激变压器漏感和分布电容的影响分析

针对反激变压器工作在高频情况下寄生参数不可忽略的事实,详细分析了变压器漏感和分布电容给反激变换器带来的影响。首先,分析了理想变压器情况下电流断续模式反激变换器的工作过程;其次,分析了理想变压器中只加入漏感、只加入分布电容、同时加入漏感和分布电容3种情况下寄生参数对反激变换器工作过程的影响;最后,设计了一台反激变换器实验样机对寄生参数的影响进行了验证。实验结果表明,漏感会在开关管关断瞬间的漏源电压上产生一个电压尖峰,分布电容会在开关管开通瞬间的漏极电流上产生一个电流尖峰,同时开关管截止期间漏感和分布电容之间以及励磁电感和分布电容之间产生的谐振会在开关管的漏源电压上叠加相应的振荡。     

基于高频变压器一维模型漏感产生与减少研究

通过反激变换器的拓扑结构图与等效模型得到高频变压器漏感变化对开关管耐压的影响,并以平面卧式变压器为例建立一维模型,且进行了高频变压器漏感定量计算和研究,阐述了高频变压器漏感的危害。从高频变压器的一维模型出发,通过建立匝间距离ha、透入深度δ、线圈窗口在X轴上的宽度w等因素的数学表达式,利用关系曲线确定出影响高频变压器漏感大小主要因素。经过实验与研究分析,提出了增大绕组宽度、增大绕组高宽比、增加绕组之间的耦合程度新的减少高频变压器漏感的方法,实现了减少高频变压器漏感的目的,并以实验验证了该方法的可行性。     

高频变压器漏感计算方法及优化设计研究

在电力电子变压器应用中,高频变压器漏感对所连接变换器的电压、电流应力及整个装置的性能具有重要影响,因此准确计算与设计高频变压器的漏感显得尤为重要。为了更准确地计算高频变压器漏感,此处考虑高频变压器实际绕线工艺,提出一种新的漏感解析方法,该方法结合了理论解析计算和实际高频变压器绕线结构,通过有限元仿真和实测,验证了该计算方法的有效性。在此分析了频率变化对漏感的影响,可将计算过程进一步简化,节省计算时间。研究了绕组匝数、绕组高度以及高低压绕组之间的绝缘距离等因素对高频变压器漏感的影响,为高频变压器优化设计提供理论依据。     

基于开关瞬态波形提取高频隔离变压器漏感参数

双有源桥(DAB)DC-DC变换器中的高频隔离变压器是电能路由器的核心器件之一,在整个系统中承担着电气隔离、电压变换和功率双向传输的功能,对高频隔离变压器的漏感参数进行精确提取具有重要意义。而基于传统变压器实验的漏感测量方法不能很好地匹配变压器的实际工作波形,为此,提出一种基于DAB移相控制实验的提取漏感方法。基于该方法,在不同的工作频率和电压条件下,对待测变压器进行了多组实验,实验结果证明了该方法的有效性。最后分析总结了变压器漏感和工作频率、电压幅值、移相比等因素的变化关系。     

CLTLC多谐振变换器的磁集成方法

基于印制电路板(PCB)绕组及平面变压器技术,提出一种仅包含单一磁件的磁集成设计方案,可有效解决多谐振变换器中磁性元件数量过多的问题,并将其成功应用到CLTLC多谐振变换器中.该变换器的所有磁性元件,包括两个谐振电感和两个高频变压器,都可集成到EIE型磁心结构中.为实现变压器励磁电感和漏感的解耦控制,利用矩阵变压器思想...     

一种双向谐振型高频直流变压器通用参数设计方法

交流微电网和直流微电网之间多通过电力电子变压器(PET)构成交直流混合微电网以减少额外的电能转换环节。但是PET中高频变压器的谐振参数常常限值了效率的提升,且谐振拓扑的细微变化也会进一步加剧参数设计的难度。针对该问题,提出一种面向交直流混合微电网(HADM)的双向谐振型高频直流变压器(HFT)通用型参数设计方法,明确只有在谐振电流与输入方波电压基频部分同频同相时传输的平均功率最高。并指出当变压器励磁电感与漏感之比大于一定值时,CLLC、LLC和CLL谐振型高频变压器均可工作在双向功率传输状态,且获得的标幺化增益和效率均满足HADM系统要求,CLLC更有利于功率的有效传输。最后,搭建了一台采用SiC器件的6 kW实验样机,实验结果进一步验证了所提设计方法的可行性和有效性。该样机在双向工作模式下的最高效率大于97%。     

矩阵变压器在LLC直流变压器中的应用

随着中转母线变换器的发展,其对于输出功率和功率密度的要求不断提高,然而传统变压器由于其漏感和绕组交流损耗等原因在高频时很难保证变换器的高效率,因此矩阵变压器的概念被提出。本文针对LLC直流变压器(LLC-DCX),应用了矩阵变压器以减小变压器绕组阻抗和漏感,为减小变压器损耗,提出了基于效率优化的矩阵变压器设计方法。同时,本文针对矩阵变压器副边PCB绕组在低压大电流输出场合,通过优化绕组的布局方式,减少连接点损耗和高频下的漏感,实现效率优化的目标。最后,研制了一台1.4k WLLC-DCX原理样机,对理论论证和设计进行了验证。     

基于多目标遗传算法的大功率高频变压器优化设计

随着大功率高频变压器容量的增加和工作频率的提高,变压器设计需要综合考虑变压器效率、寄生参数、绝缘和散热等问题。讨论了高频变压器损耗和寄生参数的相关计算,基于有约束的多目标遗传优化算法,提出一种在高频变压器设计中兼顾变压器绝缘、损耗和漏感大小等约束条件和优化目标的绕组结构优化设计方法,通过非支配排序遗传算法Ⅱ(non-dominated sorting genetic algorithm Ⅱ,NSGA-Ⅱ)进行优化设计。根据此优化方法设计一台220V/3.52kV,功率为3.52kW、工作频率为20kHz的高频变压器样机,实验验证变压器损耗和漏感计算结果的正确性和优化方法的有效性。     

ZVS E类逆变器的磁谐振无线输电系统参数分析和设计

E类逆变器用作磁耦合谐振式无线输电MCR-WPT系统的激励源时,其等效负载由线圈参数和系统负载决定,由此导致E类逆变器的优化设计较为困难。为此,研究了两螺线管线圈间的互感算法,分析了互感随线圈间距变化的特性,并探讨了MCR-WPT系统两螺线管线圈的传输效率、输出功率及E类逆变器的等效负载与线圈间距的解析关系,给出E类逆变器实现零电压开关ZVS(zero voltage switch)的参数设计方法,仿真验证了互感算法和系统参数设计方法的精确性。实验结果表明,当线圈间距为26 cm时可实现ZVS,且系统效率达到86.3%,验证了理论和仿真分析的有效性和准确性。     

受杂散电感影响的大容量变换器中IGCT关断特性研究

集成门极换流晶闸管(IGCT)是大容量变换器高效可靠运行的重要元件。电路杂散电感会严重地影响IGCT的关断特性，增大器件的电压应力和关断损耗，甚至导致器件损坏。以基于IGCT的12 50 kW/6 kV三电平变频器为例，通过理论分析、仿真和实验，深入研究杂散电感对IGCT关断特性的影响。通过引入影响因子的概念，评估不同支路杂散电感影响的严重程度，据此提出杂散电感的设计原则。结合变换器柜上的单管IGCT测试方案，使得杂散电感和IGCT关断特性的准确预估成为可能，为基于IGCT的大容量变换器的设计和优化提供了重要的指导。     

电能表检验台用标准电源新型逆变器

将新型逆变器应用于电能表检验台用标准电源设计以克服传统线性功放电路的缺点,提出一种由上、下两对称的Cuk变换器基本单元和双向开关组成的逆变器,并且在直流电源端并联大电容以提高逆变器感性驱动能力.逆变器采用正弦脉冲宽度调制(SPWM)技术,调制率取以0.5为中心;使用锁相技术对调制信号频率进行精确锁相并应用输出滤波电容器电流反馈内环和输出电压反馈外环构成输出电压双重反馈.分析和测试表明,该逆变器输出波形实现了平滑过零,波形失真度得到有效控制,输出电压频率、幅值稳定度较为理想.可达到电能表检验台装置对电压源的相应要求.     

基于IGBT开关过程的变流器杂散电感分析方法

在IGBT关断的瞬态过程中,变流器杂散电感会使IGBT的集、射极之间产生较高的电压尖峰,从而造成较大的电磁干扰,甚至导致IGBT损坏。若能测量变流器杂散电感,则可在一定程度上预估该电压尖峰,并设计适当的缓冲电路。本文分析了IGBT开通和关断瞬态过程中各阶段的电压和电流,提出了一种优化的基于IGBT开关过程的大功率变流器杂散参数分析方法。通过双脉冲测试方法对西门康功率器件SKM400GAL176D的开关过程进行测试,获取其开通和关断瞬态过程曲线,利用前述方法计算出母排杂散电感。将计算结果与仿真软件提取结果、E4980A阻抗分析仪测试结果进行对比,验证了该方法的准确性与实用性。     

基于抗频率偏移电感辨识的并网逆变器模型预测控制

电感参数对实现并网逆变器高精度模型预测控制至关重要,而传统电感辨识方法易受到电网频率偏移的影响,且在有功功率为零时无法使用。为提高模型预测控制中电感参数的频率鲁棒性,提出了一种基于模型参考自适应的电感在线辨识方法。首先,设计了一种二阶滑模观测器观测电网电压。其次,在不补偿低通滤波器造成观测电压幅值和相位偏差的情况下,令实际电网电压也产生相同的幅值和相位偏差,而后利用二者之间的误差与电感误差的关系建立电感辨识模型,从而克服了电网频率偏移对电感辨识结果的影响,且在有功功率为零时也可实现电感辨识。最后,将辨识出的电感参数代入模型预测控制算法,即可实现对逆变器更准确地控制。实验研究验证了所提电感辨识方法的有效性和准确性。     

单相风电并网逆变器的研究与设计

介绍了风电并网系统的组成及工作原理。依据风力发电并网逆变器的电压矢量关系,给出了逆变器输出电流的控制方法及输出滤波电感的计算方法。为了保证输出电流能实时跟踪电网电压的相位,设计了软件锁相环（SPLL）;最后,通过实验验证了设计的可行性。     

Z源逆变器母线电压振荡的仿真分析与抑制

Z源逆变器由直通状态到非直通状态转换时逆变桥母线电压会产生振荡。针对上述现象,在考虑Z源逆变器主回路杂散电感的基础上,建立了等效分布参数模型,并通过仿真分析了杂散电感对母线电压的影响规律。在此基础上,采用低感性的平面母线技术并选择低感电容来抑制母线电压振荡。在一台5 kW基于Z源逆变器电动汽车电机控制器上进行实验。实验结果表明,所提方案对抑制Z源逆变器母线电压振荡具有有效性。     

并网逆变器的改进无差拍控制策略

在分析无差拍控制工作原理的基础上,给出基于无差拍电流控制的推导过程,针对无差拍控制对系统参数敏感的局限性,提出一种逆变器交流侧滤波电感在线计算方法.该方法可消除电感参数变化对系统造成的逆变输出电流不稳定和相位偏移的影响.通过仿真分析和实验结果验证了该方法的可行性与正确性.     

不平衡运行工况下并网逆变器的阻抗建模及稳定性分析

实际运行中,并网逆变器常工作在电网电压、电网阻抗和逆变器滤波电感均不平衡的复杂工况下。文中研究了在此复杂不平衡工况下并网逆变器的阻抗模型及其和电网互联系统稳定性分析策略。在并网逆变器公共耦合点电压不平衡和逆变器滤波电感不平衡运行工况下,推导了电压不平衡分量及滤波电感不平衡和各谐波分量之间的关系,建立了并网逆变器在正、负序坐标下的输出导纳模型,得出了导纳矩阵的解析表达式,并分析了正、负序及耦合导纳的特性。依据广义奈奎斯特判据和逆变器不平衡导纳表达式,给出并网逆变器在不平衡运行工况下也适用的阻抗稳定性运行判定方法。最后,对不平衡工况下所研究的系统稳定性判据的有效性进行了实验验证。     

Buck型LED驱动电路中电感器的选择

介绍了BuckLED驱动电路对该电路中电感器的要求,分析了电感器损耗的组成及磁饱和现象产生的原因,讨论了工字型电感器参数对电感量的影响,从而给出了LED驱动电路中电感器的选择方法。