基于TL494芯片的高效DC/DC变换器的研究与设计

本文针对一种新型的DC/DC变换器拓扑结构,采用电流控制型脉宽调制芯片TL494构成了变换器的控制电路。TL494芯片功能强,工作频率高,通过外扩简单的硬件电路即可实现输出电压电流的双闭环控制。实验结果表明,该系统效率高,动态性能较好。     

一种适用于燃料电池车的高升压比DC/DC变换器

基于传统的半桥LLC谐振变换器,提出一种适用于输入低压大电流、输出高电压小电流的高升压比DC/DC变换器。变换器初级采用输入倍流结构,次级采用倍压输出结构,相比于传统拓扑,谐振电容电流应力和输出电容电压应力均减小一半。同时变换器增益增加了一倍。详细分析了变换器的工作原理,给出一套可行的设计方法。并基于TMS320F28335实现了变换器的数字控制。最后研制了一台额定频率为200 kHz的500 W样机,满载效率为95.8%。     

带有源浮充平台的新型电压调整模块

多相交错型同步整流降压式变换器广泛地应用于微处理器电压调整模块(voltage regulator module,VRM)设计中。针对基本Buck变换器在输入、输出电压相差悬殊时,占空比过小问题,提出了一种新型电压调整模块--带有源浮充平台Buck变换器。该文对新拓扑进行了稳态和动态分析,并对拓扑结构进行了探讨。与传统两相交错型同步整流Buck变换器实验结果对比表明,由于新拓扑在基本Buck变换器中加入了有源浮充平台单元,不仅具有大变比的电压转换能力和实现电感电流的交错并联,而且无需采取任何均流措施实现自动均衡各相电感电流,简化了控制电路。同时新拓扑具有开关应力小,效率高的特点。     

一种新型交错并联ZVS电流型推挽变换器

电流型推挽变换器适用于低压输入高压输出场合,但传统拓扑结构功率管工作在硬开关状态,开关损耗大、电压应力高,所需变压器匝比大。文中提出了一种新型的交错并联零电压开关(ZVS)电流型推挽变换器。所提出结构在传统拓扑基础上只需增加一个简单的箝位支路即可实现所有功率管的ZVS开通,箝位电路可有效吸收变压器漏感能量,输入并联输出串联结构可以减小原边功率管的电流应力、副边二极管的电压应力、滤波器的大小及变压器匝比。文中详细讨论了所提出变换器的工作原理、关键设计,搭建了一台800 W原理样机验证了所提拓扑的有效性。     

变占空比控制二次型Boost功率因数校正变换器

与传统电流断续模式(DCM)Boost功率因数校正(PFC)变换器相比,定占空比控制二次型DCM-DCM Boost PFC变换器的输出电压纹波明显减小,然而,其功率因数(PF)低于传统DCM Boost PFC变换器,并随输入电压的增大而下降。针对此问题,提出了变占空比控制二次型DCM-DCM Boost PFC变换器,研究了其PF和输出电压纹波的表达式,通过占空比的拟合,给出了相应的控制电路。在90~220V输入电压范围内,变占空比控制二次型DCM-DCM Boost PFC变换器的PF均接近于1,且具有较小的输入电感电流纹波和较低的输出电压纹波,实现了高功率因数与低输出电压纹波特性。实验结果验证了理论分析的正确性。     

一种新颖的Buck-PFC变换器研究

提出了一种新型高功率因数降压变换器的拓扑结构,分析了变换器工作在主储能电感电流连续(CLCM)和高频滤波电容电压断续状态(DCVM)时实现PFC的机理,推导出了保证电路实现功率因数接近1的公式.在主储能电感续流回路中串入一并联谐振回路,既改善了传统降压变换器功率因数校正电路中输入电流波形畸变的问题,又有效平滑了输出直流脉动电压的波形.该变换器的拓扑结构简单,控制方便,仿真和试验结果都证明了该方法的正确性.     

一种差动型高增益DC-DC变换器分析与设计

针对传统DC-DC变换器电压增益低、开关管电压应力较高、输入电流和输出电压纹波较大等问题,提出一种由两个多电平升压变换器差动连接而成的DC-DC变换器。首先,详细分析了所提变换器的拓扑结构、工作状态以及电路参数设计。理论分析结果表明,在占空比为0.5时,该新型变换器输入电流和输出电压的纹波相互抵消,具有明显的纹波抑制功能。同时,当电容器以互补开关方式运行时,电容器纹波的减少降低了电容器的尺寸。此外,该新型变换器无需添加额外的开关管,驱动及控制电路设计简单。然后,对所提变换器与其他类似变换器在电压增益、元件器数量以及半导体器件的电压应力等方面进行了对比分析,进一步说明了所提变换器的优越性能。最后,通过仿真研究和样机实验验证了理论分析的正确性,以及所提拓扑结构在降低元器件电压应力、提高电压增益方面的有效性。     

输入并联输出串联的半桥变换器研究

在高输出电压、大功率的应用场合,单个变换器模块很难满足高输出电压、大功率设备的要求,存在变换器输入端功率器件电流应力过大,变换器次级电压偏高、整流二极管电压应力大和反向恢复时间长等问题。为此,以半桥变换器为基本单元,提出了一种适合于高输出电压、大功率应用场合的输入并联输出的串联半桥组合式变换器。该拓扑结构中各模块共用一对电容桥臂,这样大大减少了主电路中电容的数量,结构简单。分析了该组合式变换器的特点和规律,对其产生不均压不均流的因素进行了探讨并提出了相应的均压均流控制方案;进行了控制回路的设计,同时引进交错控制技术。仿真结果表明,它具有很好的均压均流效果及良好的输出特性,证明了该半桥组合式拓扑结构及其相应控制方法的正确性。     

输入电压前馈型三环控制Buck变换器研究

为了提高Buck变换器的输入与输出电压响应速度、稳压精度和抗干扰能力,提出了输入电压前馈+平均电流反馈+输出电压反馈型三环控制方式。在基于峰值电流反馈型的V~2C三环Buck变换器基础上修正了拓扑结构:引入输入电压前馈环节,修正双电压反馈型为电压前馈+电压反馈型,改进峰值电流反馈型为平均电流反馈型,形成了新的三环控制方式的Buck变换器拓扑结构;通过分析工作原理和推导有源-无源开关对等效模型,构建了整体小信号模型,获得了传递函数;采用Pspice软件搭建模块与编程,将新型三环控制方式与峰值电流型V~2C三环控制方式进行时域、频域对比仿真分析验证,表明提出的三环控制方式其输入与输出电压响应速度、稳压精度和抗干扰能力均优于后者。     

新型电压调整模块——带有源浮充平台的Buck变换器

针对基本Buck变换器在输入、输出电压相差悬殊时占空比过小问题,提出了一种新型电压调整模块--带有源浮充平台Buck变换器.该拓扑在基本Buck变换器中加入了有源浮充平台单元,不仅具有大变比的电压转换能力,输出电感电流的交错并联,而且具有自动均衡各相电感电流的能力,无需采取任何均流措施,具有控制电路简化、开关应力小和效率高等特点.对新拓扑进行了详细的稳态和动态分析,仿真和实验结果证明了对新拓扑理论分析的正确性.     

一种新型的单开关、输出电流纹波接近零的高功率因数AC-DC变换器

本文提出一种新型的高功率因数AC-DC变换器。该变换器在不需要消磁回路和输出滤波电感的情况下实现电隔离和输出电流纹波接近零的工作状态；其无源箝位电路能有效地减少开关管上的电压应力，并能吸收回放变压器漏感上的能量；此外，该电路具有很高的功率因数。文章先给出电路拓扑，然后介绍电路的工作原理，最后给出仿真和实验结果。     

一种输入端自然均流/高电压增益组合式变换器研究

针对航空电源高可靠性和高功率密度的要求,本文提出了一种新颖组合变换器.该组合变换器以双管正激变换器为基本构成单元,具有输入端自然均流、高频变压器一次侧无桥臂直通现象、输入输出电压增益高、高频变压器二次侧输出续流二极管电压应力低、以及控制上保证输入端交错并联而输入和输出滤波器体积小等优点.本文对新颖组合变换器进行分析和仿真,表明该变换器适合应用于输入中高电压、输出高电压和大电流场合;最后成功应用于某型号航空电源,各项技术指标均达到设计要求.     

一种高电压增益组合式变换器研究

针对航空电源高可靠性和高功率密度的要求，本文提出了一种新颖组合变换器。该组合变换器以双管正激变换器为基本构成单元，具有输入端电流自然均流、高频变压器原边无桥臂直通现象、输入输出电压增益高、高频变压器副边输出续流二极管电压应力低、以及输入和输出滤波器体积小等优点。本文对新颖组合变换器进行分析和仿真，表明该变换器适合应用于输入中高电压、输出高电压和大电流场合；最后成功应用于某型号航空电源，各项技术指标均达到设计要求。     

电流源高频交流环节AC/AC变换器研究

提出了基于反激F1yback变换器的电流源高频交流环节AC/AC变换器电路结构与拓扑族。该电路结构由输入周波变换器、高频储能式变压器、输出周波变换器以及输入、输出周波变换器构成，能够将一种不稳定畸变的交流电变换成问频率稳定的正弦交流电压；该电路拓扑族包括单四象限功率开关式、推挽式、半桥式、全桥式等四种电路。以单四象限功率开关式电路拓扑为例，分析研究了这类变换器工作模式、稳态原理与电压瞬时值反馈控制策略，给出了变换器的外特性曲线、关键电路参数设计准则。原理试验结果证实了这类变换器新概念的正确性与先进性。     

电流型高频链AC-AC变换器

提出电流(Boost)型高频链AC-AC变换器电路结构与拓扑族,它是由输入滤波器、储能电感、输入周波变换器、高频变压器、输出周波变换器和输出滤波器依序级联构成。深入分析研究了这类变换器的原理特性与控制策略,提出并有效解决变换器启动时储能电感的磁饱和问题及高频变压器漏感引起的电压尖锋现象,给出这类变换器的仿真和原理试验。研究结果表明,这类变换器具有电路拓扑简洁、高频电气隔离、双向功率流、变换效率高、网侧功率因数高、负载适应能力强、负载短路时可靠性高等优点。     

新型三相-单相交流发电系统拓扑结构及其控制策略仿真研究

针对传统三相-单相交流变换器拓扑结构复杂且需要额外的滤波器等的不足,基于永磁同步电机开绕组的特点,提出了一种新型三相-单相交流发电系统拓扑结构。分析了通过对双变换器直流侧电容电压的控制实现单相交流输出的工作原理,并在此基础上提出了一种通过永磁同步电机的正序电流和零序电流分别实现变换器直流侧的电容电压和单相交流输出电压解耦控制的新型控制策略。该策略采用MATLAB构建系统仿真模型,在不同发电机转速和负载情况下对系统进行了仿真分析,验证了该新型三相-单相交流拓扑无需使用额外的滤波电路即可实现高质量的单相交流电压输出,其幅值、频率均可以灵活调节,且具有优异的动态特性。     

一种新型有源箝位推挽倍压变换器分析与设计

提出了一种新型高压变换器拓扑--有源箝位推挽倍压变换器(Active Clamping Push-Pull Dual Voltage Converter,简称ACPDVC).该电路实现了开关管的零电压开通,适用于要求低电压输入、高电压输出、高效率的开关电源.在此,对该变换器的稳态过程及工作特性进行了分析和推导,给出了实验验证.     

一种输入低压大电流/输出高电压高频组合式直流变换器

针对飞机航空电源高可靠性和高功率密度的要求,提出并采用了一种输入低压大电流/输出高电压的组合式变换器.该组合式变换器以双管正激变换器为基本构成单元,输入端同时采用电路模块并联和功率开关管并联方式来提高输入导电电流能力,输出端采用电路串联的方式来提高输出电压能力.由于采用交错并联(interleaving)控制技术、以及利用功率MOSFET导通电阻的正温度系数特性,组合式变换器除具有双管正激变换器的内部桥臂抗直通能力强的优点外,还具有所有功率开关管自然均流、输入输出电压增益高、输出端二极管电压应力低、以及输入和输出滤波器体积小重量轻等特点.本文对该组合式变换器拓扑进行了详细的分析和仿真,并应用于某型号航空电源.     

基于双管反激变换器的全桥式高频交流环节AC/AC变换器研究

提出了以双管反激变换器为基础的全桥式高频交流环节AC／AC变换器拓扑。该拓扑由输入周波变换器、高频储能式变压器、输出周波变换器以及输入、输出滤波器构成，能够将不稳定劣质的交流电变换成同频率稳定的优质正弦交流电压。分析研究了这种变换器的工作模式、稳态原理特性与电压瞬时值反馈控制策略，给出了变换器的外特性曲线以及变换器内阻对外特性的影响、关键电路参数设计准则。理论分析与原理试验表明，这种变换器具有高频电气隔离、电路拓扑简洁、两级功率变换(LFAC／HFAC／LFAC)、双向功率流、网侧功率因数较高、负载适应能力强、音频噪音小、负载短路时可靠性高、适合于高压输入小功率变换场合等特点。