输出本质安全型Buck-Boost DC-DC变换器的分析与设计

在RL-Ui平面上,根据电感取值的不同,将Buck-Boost 变换器划分成4个工作区域。对变换器的输出短路释放能量进行了分析,指出Buck-Boost变换器的输出短路释放能量为短路后电源和电感向负载转移的能量与电容的储能之和,且如果变换器在负载电阻最小和输入电压最低时处于连续导电模式(continuous conduction mode, CCM),则该时的输出短路释放能量就是变换器在其整个动态工作范围内的最大输出短路释放能量,将其与对应的最小引爆能量相比较作为变换器输出本质安全的判断依据。根据电气指标要求,得出了电感及输出滤波电容的最小设计值;以满足输出本质安全要求作为限制条件,得出了电感和电容的最大设计值。给出了设计实例,实验结果验证了理论分析的正确性和设计方法的可行性。     

Buck DC/DC变换器的输出纹波电压分析及其应用

为使Buck变换器以较小的电感达到期望的输出纹波电压指标并满足本质安全要求,在输入电压?负载构成的平面上,按电感的取值将Buck变换器划分成四个工作区域,求出其在各个区域的输出纹波电压极大值;指出在变换器输出电流最大的情况下,如果电感的取值使得变换器在输入电压最低时处于连续导电模式(CCM),而在输入电压最高时处于不连续导电模式(DCM),则输出纹波电压极大值最高;最小负载电阻和最高输入电压所对应的CCM和DCM的临界电感,即为整个工作范围内使输出纹波电压极大值最低的最小电感.实验结果验证了理论分析的正确性.     

Boost变换器的能量传输模式及输出纹波电压分析

分析了Boost变换器在开关关断期间的能量传输模式，根据流经电感的最小电流与输出电流的比较，将其分为完全电感供能模式（CISM）和不完全电感供能模式（IISM），得出了CISM和IISM的临界电感和临界条件。指出工作在连续导电模式（CCM）的Boost变换器，既可能工作在CISM也可能工作在IISM；而在不连续导电模式（DCM）的Boost变换器，必定工作在IISM。指出对于给定负载、电容和开关频率的Boost DC-DC变换器，CCM-CISM模式的输出纹波电压最小且与电感无关；CCM-IISM模式的输出纹波电压较大且随电感减小而增大；DCM模式的输出纹波电压最大且亦随电感减小而增大；CISM和IISM的临界电感即为使得变换器的输出纹波电压最低的最小电感。文中给出了实例，并用实验结果验证了理论分析的正确性。     

设计内部本质安全型Boost变换器电感的设计

分析了Boost变换器工作于连续导电模式（CCM）和不连续导电模式（DCM）时的峰值电感电流.指出在给定开关频率、输入和输出电压时,变换器工作在CCM下的最大峰值电感电流就是该变换器在整个负载范围内工作时的最大电感电流,并将其与最小点燃电流相比较作为变换器在该工作模式下内部电感本质安全的判断依据.文中给出了实例,仿真结果验证了理论分析的正确性.     

一种改进的电压跟随PFC Cuk AC／DC变换器

提出了一种改进的电压跟随PFC Cuk AC/DC变换器,其输入电感工作在不连续导电模式（DCM）,从而实现功率因数校正（PFC）功能。在本电路中,采用由两个储能电容组成的开关电容网,从而使电容的电压应力减小,并且提高了变换器的功率因数校正能力,其输出电感工作在连续导电模式（CCM）,从而降低了器件的应力,同时减小了开关损耗和输出电流波纹。论述了输入电感工作在DCM模式的Cuk变换器的功率因数校正能力及所提出的电路的工作原理;推导出了其输入与输出电感工作的临界条件,MATLAB仿真与实验结果证实了理论分析的正确性。     

内部本质安全型Boost变换器电感的设计

分析了Boost变换器工作于连续导电模式(CCM)和不连续导电模式(DCM)时的峰值电感电流。指出在给定开关频率、输入和输出电压时,变换器工作在CCM下的最大峰值电感电流就是该变换器在整个负载范围内工作时的最大电感电流,并将其与最小点燃电流相比较作为变换器在该工作模式下内部电感本质安全的判断依据。文中给出了实例,仿真结果验证了理论分析的正确性。     

二次型Boost变换器工作模式及输出电压纹波分析

根据二次型Boost变换器输入电感和储能电感的工作模式,划分了二次型Boost变换器的工作模式区域,并分析了不同能量传输模式时输出电压的纹波特性。根据储能电感电流谷值与输出电流的关系,分析了二次型Boost变换器在开关管关断期间的能量传输模式:完全电感供能模式(CISM)和不完全电感供能模式(IISM),得出了CISM与IISM的临界电感值和临界工作条件。当储能电感工作于连续导电模式(CCM)时,二次型Boost变换器既可以工作于CISM,也可以工作于IISM;当储能电感工作于不连续导电模式(DCM)时,二次型Boost变换器只能工作于IISM。对于给定输入电感、负载、电容和开关频率的二次型Boost变换器,当储能电感工作于CCM-CISM模式时,输出电压纹波最小,输出电压纹波仅由开关管导通期间输出电容电压的下降幅度决定,与储能电感无关;而当储能电感工作于DCM-IISM模式时,输出电压纹波最大,输出电压纹波随着储能电感的减小而增大。最后,通过试验装置验证了理论分析的正确性。     

基于MC33063的降压式开关电源的设计

通过对Buck型变换器工作于连续导电模式（CCM）和不连续导电模式（DCM）时的情况进行分析,得出输出纹波电压和电感峰值电流的表示式．推导出了Buck变换器在输入电压、负载电阻的整个动态范围内均工作在CCM时的输出纹波电压最大值和电感峰值电流最大值,得出当输入电压为最大值并且负载电阻为最小值时,变换器的输出纹波电压和电感峰值电流均取得最大值;运用MC35065芯片设计降压开关电源,使电源电路输出电压为0～18V可调,最大电流达到1A,纹波小于3％．稳压系数小于5×10^-3。对样机进行了实验测试,测试结果验证了理论分析的正确性和设计方法的可行性。     

交错并联磁集成Buck变换器的本安特性分析及优化设计

对交错并联磁集成变换器的最大电感电流和最大输出短路释放能量进行分析计算.指出采用交错并联磁集成电路能在更好的保证本质安全的前提下实现变换器输出功率的成倍提高.得出了交错并联磁集成Buck变换器的非爆炸性本质安全判据和使得其最大输出短路释放能量最小的最佳电感、电容设计参数.实验结果证明分析方法的可行性.     

二次型CCM Boost变换器能量传输模式

为了分析二次型CCM Boost变换器输出电压纹波特性,研究其能量传输模式.根据电感电流谷值与负载输出电流的关系,分析二次型CCM Boost变换器在开关管关断期间的能量传输模式,即完全电感供能模式(CISM)和不完全电感供能模式(IISM).分析在忽略输出电容等效串联电阻和存在输出电容等效串联电阻两种情况下,工作于CISM和IISM模式的二次型CCM Boost变换器的输出电压纹波特性,得出CISM与IISM模式的临界电感值和临界工作条件.分析结果表明,当二次型CCM Boost变换器工作于CISM模式,且忽略输出电容等效串联电阻时,输出电压纹波仅由开关管导通期间输出电容电压的下降幅度决定,与电感无关;而当存在输出电容等效串联电阻时,工作于CISM模式比IISM模式具有更小的输出电压纹波.实验结果验证了理论分析的正确性.     

开关变换器的本质安全特性分析与设计

通过分析开关变换器的最危险故障状态,得出了判断其内部本质安全的等效电感电路.根据开关变换器的最大输出短路释放能量,得出了变换器的输出短路等效电容.以电容、电感电路的点燃曲线作为依据,得出了开关变换器内部和输出本质安全的判断方法.以变换器同时满足本质安全和期望的输出电压纹波要求作为限制条件,得出了电感、电容的设计范围.以Buck变换器为例进行了分析和试验,结果验证了所提方法的可行性和理论分析的正确性.     

Two‐switch flyback PWM DC‐DC converter in continuous‐conduction mode

The two‐switch flyback DC‐DC converter is an extended version of the conventional single‐switch flyback converter. An additional switch and two clamping diodes serve as a simple, but an effective way to limit the switch overvoltages, which occur in the conventional single‐switch flyback converter due to the ringing of the resonant circuit formed by the transformer leakage inductance and the transistor output capacitance. The clamping diodes in the two‐switch flyback topology clamp the maximum voltage across each switch equal to the DC input voltage. This paper presents a detailed steady‐state analysis and design procedure of the diode‐clamped two‐switch flyback converter operated in continuous‐conduction mode (CCM). The power loss in each component of the two‐switch flyback converter is compared with those of the single‐switch flyback converters with and without RCD clamp, and is presented in a tabular form. The two‐switch flyback converter was bread‐boarded to validate the theoretical analysis. Experimental results from a 10 V/30 W, 100 kHz laboratory prototype verified that the maximum switch voltage is limited to the DC input voltage. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

Two‐switch flyback PWM DC–DC converter in discontinuous‐conduction mode

The two‐switch flyback DC–DC converter is an extended version of the conventional single‐switch flyback converter. An additional switch and two clamping diodes serve as a simple, but an effective way to limit the switch overvoltages, which occur in the conventional single‐switch flyback converter due to the ringing of the resonant circuit formed by the transformer leakage inductance and the transistor output capacitance. The clamping diodes in the two‐switch flyback topology clamp the maximum voltage across each switch equal to the DC input voltage. This paper presents a detailed analysis and design procedure of the diode‐clamped two‐switch flyback converter operated in discontinuous‐conduction mode (DCM). A comparison of power losses of the two‐switch and the single‐switch flyback converters is given. The two‐switch flyback converter was bread‐boarded to validate the theoretical analysis. Experimental results from a 20‐V/30‐W, 100‐kHz laboratory prototype verified that the maximum switch voltage is limited to the DC input voltage. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

交错并联磁集成Buck变换器的输出本质安全研究

为了使电路能以较小的最大输出短路释放能量满足本质安全要求,提出将交错并联磁集成技术应用到传统Buck变换器中,交错并联能有效减小输出总电流纹波,磁集成能有效减小单通道电流纹波。以双通道交错并联磁集成Buck变换器为例进行研究,分析了电路的工作原理和临界电感,CCM和DCM下的电感电流纹波,并进行了输出本质安全判据;最后对所设计的电路进行仿真证明理论分析的正确性,并用试验加以验证。     

Analysis and Implementation of an Interleaved ZVS Converter with High Input Voltage

An interleaved half‐bridge converter is presented for high input voltage application. The features of the proposed converter are zero voltage switching (ZVS) turn‐on for all active switches, ripple current reduction at output side, load current sharing and load voltage regulation. Two half‐bridge converters connected in series and two split capacitors are used to limit the voltage stress of each power switch at one‐half of input DC bus voltage. Thus, active switches with low voltage stress can be used at high input voltage application. On the other hand, the output sides of two half‐bridge converters are connected in parallel to share the load current and reduce the current stresses of the secondary windings and the rectifier diodes. Since two half‐bridge converters are operated with interleaved pulse‐width modulation (PWM), the output ripple current can partially cancel each other such that the resultant ripple current at output side is reduced and the size of output inductors can be reduced. In each half‐bridge converter, asymmetrical PWM scheme is used to regulate the output voltage. Based on the resonant behavior by the output capacitance of MOSFETs and the leakage inductance (or external inductance) of transformers, active switches can be turned on at ZVS during the transition interval. Thus, the switching losses of power MOSFETs are reduced. The proposed converter can be applied for high input voltage applications such as three‐phase 380‐V utility system. Finally, experiments based on a laboratory prototype with 960‐W rated power are provided to demonstrate the performance of proposed converter. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

一种最小电压应力的无源无损软开关技术

电力电子变换器开关频率的提高,减小了变换器的体积,提高了功率密度,但同时也增加了变换器的损耗。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。本文探讨和实现了一种最小电压应力的无源无损软开关拓扑结构。该结构由电感、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一个开关周期内转移到负载端,从而实现无源无损软开关。文中对电路进行了工作模态分析,给出了软开关环节中电感和电容的参数设计方法,并搭建了一个功率为250W 的实验样机,对理论分析进行了验证。实验结果表明,该结构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。     

一种高增益交错耦合电感DC/DC变换器

提出了一种高增益交错耦合电感DC-DC变换器,采用二极管、电容和电感构建无源吸收网络,回收再利用漏感能量,开关管的开关电压尖峰得到抑制,进而减小了开关管的电压应力;选用导通阻抗低的MOSFET,降低开关损耗,改善变换器效率。将2个电容和2个耦合电感副边相结合,1个导通周期内,当电容并联导通时,储存在耦合电感中的能量给电容充电;当电容串联导通时,将能量释放给输出端,从而获得高增益。此外,二极管的反向恢复问题得到有效抑制;交错并联控制抑制了输入电流纹波,变换器性能得到改善。对电路的操作原理和模态变化作了详细分析,最后搭建了1台300 W、20 V/240 V的实验样机,验证了理论分析的正确性。