一种新的低压大电流DC/DC变换器的研究

在低压大电流DC/DC变换器的各种拓扑结构中,倍流整流结构有着良好的性能。在倍流整流结构中,由于滤波电感电流的相互抵消,而极大地减小了输出电流纹波。如果保持输出电流纹波一定,还能减小所需的滤波电感值,从而减小整个变换器的尺寸,提高变换器的功率密度。为了进一步减小输出电流纹波,利用交错并联技术在减小输出纹波方面的特性,提出了将若干个倍流整流结构交错并联的方法,并给出了相关的电路图及开关控制信号图。最后,用Pspice仿真软件对整个方案进行了仿真,并通过实验验证了方案的可行性和优异性。     

交错并联磁集成双向DC/DC变换器的工作相数控制

在采用四相交错并联双向DC/DC变换器(BDC)拓扑的基础上,将变换器的4个分立电感磁集成为两个反向耦合电感,以减小开关器件及电感器的电流幅值和纹波,从而减小有源和无源损耗,消除局部过热点;分析了变换器的开关损耗和耦合电感损耗,提出了变换器的工作相数控制方法。实验验证了交错并联磁集成BDC损耗计算公式的正确性及工作相数控制方法的有效性。     

交错并联磁集成软开关双向DC/DC变换器的研究

交错并联磁集成软开关技术可以减小变换器输出电流纹波,提高动态响应,减小开关损耗。介绍了一种交错并联磁集成双向DC/DC变换器电路拓扑结构,该变换器具有开关器件电压应力低,输入输出电压变比大的优点。分析了变换器在Boost和Buck模式下的工作模态,并推导了稳态工作时的基本方程,获得了稳态电压增益,通过等效电感分析了输出稳态纹波与动态响应和集成电感耦合系数的关系,并给出了设计范围,利用阵列式磁芯设计了耦合电感,并给出了设计方法。采用交错并联磁集成技术,减小了输入输出电流纹波;给出了软开关的实现条件,可以实现所有开关管的零电压开关(ZVS)导通,减小了开关损耗。研制了原理样机,通过实验验证了理论分析的正确性。     

用于电动汽车的双向交错式DC/DC变换器的设计

针对燃料电池动态响应上的不足和燃料电池电动汽车对低压大电流DC/DC变换器的特性需求,选择了一种双向交错并联DC/DC变换器拓扑,其使用的交错技术能以较低的开关频率实现高频输出电压波动,具有纹波互消、相间分流等优点.分析了双向交错并联DC/DC变换器的电流和电压纹波,阐述了关键元件的参数和控制器的设计,研制了500W双向交错并联DC/DC变换器样机.实验结果表明系统具有良好的静动态性能和较高的功率密度.     

数字控制双向全桥DC/DC变换器分析设计

数字控制双向DC/DC变换器采用有源箝位抑制开关管的电压尖峰,实现了电压型全桥开关管的零电压零电流开关(ZVZCS),减小了电流型全桥开关管的开通损耗。分析了双向全桥DC/DC变换器的工作原理,给出了数字控制系统设计,调试出一台250 V/5 A的实验样机。实验结果表明,该双向全桥DC/DC变换器效率高,控制方案有效可行。与传统的模拟控制相比,数字控制调试方便,单片机外围控制电路简单,具有良好的应用价值。     

基于断续导通模式下的PCS中双向DC/DC变换器的研究

为获得较高的功率密度和减小开关损耗,将PCS中双向DC/DC变换器设计在断续导通模式(DCM)下,并采用交错并联结构弥补DCM下电压电流纹波较大的缺陷。分析研究变换器采用不添加额外半导体器件的控制型软开关技术,实现开关软通断,减小开关损耗。最后推导了实现软开关的死区时间、电容、电感等设计公式。通过实验,验证了理论分析的正确性。     

交错并联磁集成开关电感双向DC/DC变换器

提出一种具有开关电感的交错并联磁集成双向DC/DC变换器,利用开关电感替代传统双向DC/DC变换器中的储能电感,并将所有电感集成为一个耦合电感,充分减小了磁性器件的体积,优化了变换器暂稳态性能。分析了变换器的工作模态,推导得到了变换器电压增益表达式,通过对变换器暂稳态电感的研究对其暂稳态性能进行了深入探讨,并通过推导得出该类变换器耦合电感耦合度的设计准则,同时提出了一种该变换器耦合电感的设计方法。交错并联磁集成开关电感双向DC/DC变换器Boost模式的电压增益是传统变换器的(1+D)倍,使输入输出电流纹波得到减少,同时提高了变换器的动态响应速度。     

交错并联Boost PFC电路的应用研究

详细论述了电感电流断续模式下的Boost PFC交错并联电路,该控制电路能有效减小输入电流纹波和开关器件的电流应力、减小单个电感容量和前级EMI滤波器尺寸,提高PFC电路的功率等级和效率。分析对比了电感电流断续模式下,交错并联Boost PFC电路中分立电感和耦合电感的工作原理。由分析可知,采用电感直接耦合的PFC电路存在电感峰值电流增大,输入电流谐波含量高,功率因数低等问题。采用一种新颖的耦合电感绕线方式,并利用Gyrator-Capacitor法对该耦合方式建立模型,仿真和实验证明这种新颖的电感绕线方式能很好地克服电感直接耦合存在的缺点。     

基于移相全桥的两级式交错并联DC/DC拓扑研究

针对电动汽车的快速、安全、高效充电等热点问题,提出了并联型DC/DC全桥与降压型变换器拓扑相结合的控制策略,利用移相全桥控制技术和交错并联控制技术,实现高频磁隔离功能,提高电流控制性能,提升整个系统效率.详细介绍了两级式DC/DC变换器的拓扑结构和工作原理,前级移相全桥电路通过移相控制实现软开关功能,并降低开关损耗,而后级降压电路可以实现闭环控制,输出固定电压.由此表明交错并联技术能够使输出电流纹波得到有效抑制,从而输出更高功率.本系统基于TMS28335进行软件设计,研制出一台最大输入电压为700 V,输出电压为250～550V的5 kW变换器,验证了所提出控制策略的可行性.     

基于Boost拓扑的双重PFC系统的设计

介绍了基于Boost拓扑的功率因数校正技术原理、升压电感的计算,给出了双重Boost PFC的控制方案,设计了一种双重Boost PFC系统。交错式双重PFC,可以大大减小因高频开关引起的电压、电流纹波的输出,降低电感、功率管的电流应力以及滤波器的体积。     

集散控制直流电源系统设计

介绍了以高频开关电源模块和铅酸免维护蓄电池组构成各独立的直流电源,以嵌入式系统芯片为控制核心,CAN总线为通信网络的集散控制直流电源系统.该系统中高频开关电源采用移相全桥零电压开关PWM变换器及高频变压器组成;中央控制器和节点控制器采用基于LPC2478的嵌入式系统,并配以人机界面;节点控制器对直流电源现场信息进行采集与控制,并通过CAN总线与中央控制器通信,以达到对直流电源的集中监视、操作、管理和对现场电源分散控制相统一的新型控制.系统的软件设计包括中央控制器和节点控制器的软件设计,软件设计是在μC/Linux环境下编写应用程序和驱动程序,驱动程序加栽到系统中通过设备注册实现;各软件模块的功能通过中断服务程序来完成.     

基于耦合电感的低纹波数字DC/DC电源

针对数字开关电源比模拟电源输出纹波大的问题,介绍了一种降低数字开关电源输出纹波的有效途径.利用耦合电感滤波网络,达剑低纹波的要求,同时不会破坏原开关电源的动态性能.基于AFS600混合信号FPGA搭建了数字DC/DC电源平台,实现了片上控制系统.实验证明,输出纹波得到了有效抑制,纹波降低了50%.     

一种用于数控功率因数校正的占空比控制算法

功率因数校正技术存在开关周期内需要大量运算操作的问题,受数字控制器计算速度的影响,开关频率的提高受到限制;当负载和输入电压变化时,其调整能力不强.针对此问题提出一种应用于Boost功率因数校正电路中的占空比控制算法.该算法不仅可以使电流环和电压环两方面的计算同时进行,而且运算操作大大减少.当负载和输入电压发生阶跃变化时,算法通过引入输出纹波电压和前馈输入电压来补偿每个开关周期的占空比,保证了输入电流仍是良好的正弦波形,并保证功率因数校正系统具有较快的动态响应速度和较高的稳定性.仿真结果表明,电路工作在开关频率为100 kHz的情况下,功率因数达到0.998以上,能够达到功率因数校正的目的.     

变电站直流电源系统现状与展望

变电站直流电源系统从20世纪90年代开始采用高频开关电源装置,距今已经20多年历史,虽然目前已经有发展较为成熟的成套系统如GZDW系列高频开关直流电源,但是仍存在谐波含量大、充电模块故障率高和智能化程度不高等问题。而且目前半导体器件已经发展到第三代的宽禁带半导体器件,变电站直流电源系统却仍停留于第一代硅器件的应用阶段,总体发展进程缓慢。针对变电站直流电源系统及其各模块现状进行研究,具体分析了诸如高性能充电模块、均流技术、谐波与功率因数校正等关键部分所存在的问题,并结合当今技术的潮流提出了对新一代变电站直流电源系统的展望。     

一种新型不连续导电模式下的单级交错PFC

本文提出了一种新型交错单级功率因数校正电路(PFC)。为了实现功率因数校正和减小电感体积，boost电感工作在不连续导电模式。此单级PFC电路采用两个boost电路交错运行，减小了输入EMI滤波器的尺寸和开关电流应力，同时也减少了输出纹波。在介绍电路工作原理的基础上，对其输入电流进行了分析，给出了仿真与实验结果。     

Fast switch fault diagnosis for PWM DC–DC low power converters

In this paper, a fast switching fault diagnostic scheme is proposed for low‐power pulse width modulation (PWM) DC–DC converters operating in different conduction modes. The outstanding feature of the proposed scheme is that no additional sensing circuits are needed. This is achieved by using the differential of output ripple voltage and the switch gate driver signal for diagnosis. Since the output voltage has to be normally measured for control purposes and the PWM signals are known to the controller, no additional sensors are needed in the proposed scheme. Moreover, based on the real‐time output voltage measurement and switch gate driver signal, the characteristics of switch open‐ and short‐circuit faults can be rapidly extracted, specifically, in less than one switching cycle. Besides, the fault detection scheme can be implemented by a low‐cost logical hardware circuit, which can be integrated into the control unit. The fault diagnosis principle, design considerations, and implementation of the detection scheme are discussed in this paper. Experimental results show that the fault detection system can detect the switching fault in four‐tenths of the switching period. Besides, the proposed method can be used in the applications where the output voltage ripple rate is more than 4%, which covers most situations. © 2017 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

基于FPGA的DC/DC开关变换器的数字控制器

在DC/DC开关变换器的数字控制器设计中,数字信号处理器(Digital Signal Processor,简称DSP)和现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Arrays,简称FPGA)是两种主要的数字器件.在此,结合实际的数字控制DC/DC开关变换器,研究了在FPGA平台上实现DC/DC开关变换器的数字控制器,同时介绍了数字控制器中使用的各功能模块及其整个系统的时序.实验系统的测试结果证明了将FPGA用于DC/DC开关变换器的数字控制器是可行的.     

A new three-phase power-factor correction (PFC) scheme using twosingle-phase PFC modules

In this paper, a new three-phase power-factor correction (PFC) scheme is proposed using two single-phase PFC modules. In this approach, the "three" phase input is first transformed to "two" phase by means of a 0.14-pu-rated autotransformer. Two standard single-phase PFC modules are then employed to process the "two" phase power to DC output. Split inductors and diodes are employed to limit interaction between the two PFC stages. Due to cascade operation of two PFC stages, low-frequency (120 Hz) ripple in the DC-link capacitor is cancelled. Detailed analysis and simulation results are presented. A 220-V 1.5-kVA design example along with experimental results is shown     

全数字化双向DC/DC变换器的分析和设计

分析了电压和电流两种控制模式，基于电流模式提出一种具有恒压、恒流、恒功率控制等多种功能的控制器。详尽阐述了数字控制系统的采样速率、AD转换器位数、DPWM分辨率和开关频率的设计原则，提出了非同步采样检测方法。针对DC／DC变换器强的非线性、时变特性，提出一种新型变参数滞环PID调节器，改善系统稳定性。采用DSP-TMS320F243作为控制核心，设计了一台额定功率为5kW的双向DC／DC变换器装置。实验结果证明，系统性能优良，可有效用于电动汽车等领域。     

模块化移相谐振式DC/DC变流器和并联运行

模夫化电源的设计和并联运行是提高系统可靠性和扩大供电容量的重要手段。给出了移相式PWM变流器的小信号模型及实用的数学模型，介绍了移相谐振式DC／DC模块设计和并联，并给出了实验结果。