1 MHz软开关同步Buck变流器的研究

实现了一种新型的软开关同步Buck电路,即采用耦合电感的方法.比较了该电路和准方波（QSW）的损耗分析.通过一台开关频率为1 MHz样机的效率测试,证明其适用于高频应用,也为两级电压调整模块（Voltage Regulator Module,简称VRM）的前级电路提供了一种候选拓扑.     

新型ZVS软开关直流变换器的研究

介绍了几种新型零电压(ZVS)DC/DC变换器,分析了它们的优缺点,研究了一种新型MOSFET作为开关器件的三电平ZVS变换器,并分析了这种变换器一个周期的工作状态.该变换器用耦合电感代替常规电感,耦合电感通过变压器反射到原边,使变换器在零状态时的环流减小到零,实现了外管零电压开通,内管零电流关断.由于不存在一次侧环流,减小了通态损耗.     

一种新颖采用磁集成技术大功率组合式高增益Boost变流器研究

为满足规模化储能系统及直流母线型分布式发电系统对大功率、高增益、高效率和高功率密度直流升压变换器的要求,提出了一种适用于大功率应用场合的组合式双输入高增益磁集成Boost变流器,并研究了该拓扑组合复用和控制策略。首先详细介绍了所提出的新型变流器的电路结构、工作模态和电气性能,推演出变流器电压增益、开关管应力及电感电流纹波特性,并分别讨论了组合拓扑的交叉控制和互补控制策略,通过与传统双输入Boost变流器的电压增益对比,该拓扑在两种控制模式下均具备更大电压增益和更小的电流纹波;其次推导了静态等效电感和暂态等效电感,以及耦合电感下稳态电流纹波和暂态电流响应速度的关系,给出耦合电感设计准则;最后制作实验样机进行测试,结果证明了理论分析的正确性。新拓扑较之传统高增益大功率升压变流器具备高增益、高功率密度、低应力和低纹波的优势,具备极大的研究价值和实用潜力。     

谐振复位双管正激变流器软开关研究和优化

在对谐振复位双管正激变流器软开关原理进行深入分析的基础上,提出一种优化的饱和电感磁复位方法.在原有电路上附加一种电流型复位电路,借助其对饱和电感提供复位电流,可减小饱和电感体积.该复位电路构造简单,只需一个三极管,一个二极管及一个相应的电阻即可实现,无需电感电容等储能元件.通过对该变流器优化后的软开关部分电路工作状态的分析描述,以及一台250～400V输入,54V/5A输出样机的实验验证,电路改进后的变流器整机总体积与原先相比有可观缩小,从而提高了功率密度,为其在系统集成中电源模块小型化的应用创造了条件.     

一种用耦合电感实现零电压零电流开关的移相全桥变换器

在高压大功率场合,通常用IGBT作为开关器件。由于其关断的电流拖尾现象,IGBT零电流关断能有效减小开关损耗。提出一种新型移相全桥零电压零电流开关(ZVZCS)方案,通过1个双绕组的耦合电感和2个二极管实现滞后臂开关管在宽负载范围的零电流关断(ZCS)。所增加的二极管可以实现软开关,耦合电感的漏感并不会对增加的二极管产生附加的电压应力。为减小耦合电感的励磁电流对ZCS的影响,通过在所增加的2个二极管上各并联一个小电容,在不增大耦合电感尺寸的条件下增加复位电压的作用时间,保证滞后臂开关管的ZCS。在理论分析的基础上进行了计算机仿真,并设计了一台开关频率为68 k Hz、输出为100 V/10 A的样机进行实验验证。仿真和实验结果证明了所提方案的有效性。     

PWM直流变流器中一种新型的零电压零电流转换软开关单元

提出了一种新型的零电压零电流转换(ZVZCT)软开关单元,并基于该开关单元,构造了Buck ZVZCT PWM变流器.该变流器实现了主开关管的零电压零电流开关,辅助开关管的零电流开通、零电压零电流关断,以及续流二极管的零电压零电流关断、零电压开通;不但适合于少子器件,而且适合于多子器件,同时保持PWM控制的特点.同时,该ZVZCT软开关单元可以推广到其它变流器之中,构造出新型ZVZCT PWM变流器族.进行详细的稳态分析、仿真分析和实验验证.实验结果完全验证了理论分析的正确性.     

新型ZVS软开关直流变换器的研究

综述了几种新型的零电压(ZVS)DC/DC变换器,并分析了变换器的优缺点,研究了一种新型MOSFET作为开关器件的三电平ZVS变换器,并分析了这种变换器一个周期的工作状态。该变换器用耦合电感代替常规电感,耦合电感通过变压器反射到原边,使变换器在零状态时的环流减小到零,实现了外管零电压开通,内管零电流关断。由于不存在一次侧环流,减小了通态损耗。     

一种辅助电流可控的移相全桥零电压开关PWM变换器

提出了一种辅助电流可控的移相全桥零电压开关(Zero-Voltage-Switching,ZVS)PWM变换器,它在传统全桥变换器的基础上加入了由电感和开关管构成的辅助网络,从而可以在宽电压输入和全负载范围内实现一次侧开关管的ZVS。和传统的ZVS技术相比,该变换器实现滞后桥臂ZVS的辅助能量是受负载电流控制的:辅助电感的电流值随着负载电流值的变化而变化,使得变换器在全负载范围内不但实现了滞后桥臂ZVS,还明显减小了辅助网络的导通损耗,优化了电路效率。本文阐述了电路的工作原理,详细地讨论了辅助网络的参数设计,并通过一台1kW/54V,100kHz的样机进行了实验验证。     

一种适用于高压输出的软开关多谐振直流变流器

将倍压整流技术和LLC多谐振变流器结合起来,构造出倍压整流LLC多谐振变流器.该变流器的变压器结构简单,副边只需要一个绕组;输出电容电压应力是输出电压的一半,无需额外的均压电路;只需要两个整流二极管,二极管的电压应力等于输出电压,电流应力等于输出电流,所以该变流器非常适合用于高压输出中小功率的DC/DC电源.另外,该变流器的所有功率半导体器件都工作于软开关状态,所以适用于高频高功率密度的场合.详细分析了该变流器的工作原理,软开关过程,输出电容的自动均压机理,并给出了关键的参数设计方法,采用该变流器技术的500V输出直流电源的实验结果验证了以上分析的正确性,满载效率达92.3%.     

两电平自然软开关AC/DC/AC变流器

一种单相交流输入三相交流输出的两电平可升压自然软开关AC/DC/AC交流器.与传统采用不可控整流的AC/DC/AC变流器相比,主电路中增加了一个电感和一个辅助可控开关.采用以锯齿载波调制为基础的电压空间矢量法之后,可以提高电网输入的功率因数,有效提升直流电压,辅助可控开关软开关动作以及大部分逆变器开关软开关动作.详细介绍了以锯齿载波调制为基础的电压空间矢量法的基本实现原理,并通过实验加以验证.     

双向DC/DC变换器中耦合电感的应用研究

为了保证双向DC/DC变换器在降压模式的高效率、低损耗、节约能源等条件下,满足大功率负载的要求,将耦合电感应用到变换器中。对不同工作状态下电感电流的状态方程进行了分析,给出了耦合电感的最大电感电流脉动和最大磁通密度的数学表达式。采用耦合电感后电感储能能力变大、磁芯体积降低,使变换器能够满足"大电流-大功率"负载的要求。最后进行仿真验证,仿真结果验证了理论分析的正确性和可行性。     

耦合电感低电压应力Boost变换器

提出了一种可应用于光伏发电系统的含耦合电感低电压应力Boost变换器。因传统的Z 源Boost变换器开关元件直接与负载相连而具有较高的电压应力,所提出的变换器通过耦合电感将开关元件与负载进行了隔离,可以有效减小开关元件的电压应力。新的变换器不仅保留原Z 源网络优点,同时可以在占空比相同的情况下通过调节耦合电感匝比来获得更高的电压增益。简要分析了所提拓扑的运行流程,并通过仿真验证了所提拓扑的可行性。     

基于耦合电感的新型Buck软开关的研究

针对传统Buck软开关变换器开关损耗大和轻载条件下效率低的缺点,提出了一种新型Buck软开关拓扑结构。通过在传统Buck软开关的拓扑结构中增加一个小电感、一个二极管和与主电感反向耦合的电感,实现了主开关在ZCS下的导通和关断,减小开关损耗,从而提高变换器的效率。最后对新拓扑结构的工作过程做了详细分析,并通过实验对分析过程进行了验证。     

基于拓扑组合的交错并联耦合电感高增益DC-DC变换器

针对分布式发电系统、航空航天、电动汽车等领域高电压传输比的应用场景,文章提出一种新型交错并联耦合电感高增益DC-DC变换器。所提电路结构采用拓扑组合的形式进行交错并联,一方面扩大了变换器的容量;另一方面降低了输入电流纹波。同时,当匝数比相等时,两相变换器耦合电感处理的功率相等,不存在功率失衡问题。通过集成倍压电容进一步提高了电压增益,降低了功率器件的电压应力,因此可以采用低电压等级、高性能的功率器件来提高变换器的工作效率。采用无源箝位电路吸收并利用耦合电感的漏感能量,降低了开关管的电压尖峰。此外,漏感缓解了二极管的反向恢复问题,提高了变换器的可靠性。详细地分析该变换器的工作原理、稳态性能,并搭建1000W的样机进行验证,实测最高效率为97.2%,满载效率为94.5%,实验结果验证了理论分析的正确性及所提变换器拓扑的可行性。     

基于耦合电感的零电压开关同步Buck变换器

在传统同步整流Buck变换器中,主开关管的硬开关和同步整流管体寄生二极管的反向恢复问题会导致严重的开关损耗和电磁干扰(EMI)。为避免上述缺点,提出一种基于耦合电感的新型同步Buck变换器,在全负载范围内实现了所有开关管的零电压软开关。详细分析该变换器的工作原理和特性,同时,采用变频调制方法以减小导通损耗,进一步提高变换器效率。最后,结合变换器的特性给出主电路参数的设计考虑,并通过原理样机实验验证了新型变换器的优点和理论分析的正确性。     

零电流准谐振Buck变换器的磁集成研究

以零电流准谐振Buck变换器为例,引入谐振电感和谐振电容与变换器中的功率开关管组成谐振开关.通过谐振,使流过功率开关管的电流呈正弦波形,为功率开关管创造了零电流开关条件.对分立的谐振电感和滤波电感进行磁集成,阐述集成后Buck变换器工作原理.用Saber软件对集成后的电路进行仿真.分析谐振电感和滤波电感的耦合系数对谐振...     

一种混合耦合电感和开关电容的DC-DC升压变换器

为满足工业应用中高电压增益DC-DC变换器的要求,在基本boost变换器基础上,利用耦合电感和开关电容技术,研究了一种具有高电压变比的boost变换器。该变换器将耦合电感和电容混合连接,通过耦合电感对电容进行充电,提高升压变比,而且开关管和二极管等功率器件的电压应力能够得到有效降低,同时耦合电感漏感的能量可以回收和再利用,有利于提高变换器的效率。详细分析了该变换器的工作原理和稳态特性,最后通过搭建一个实验样机,验证了理论分析的正确性。     

两相“IHHI”形耦合电感的设计与应用

为了适应多相交错并联磁耦合变换器对耦合电感的要求,降低耦合电感对其它元器件的电磁干扰,降低电感加工难度和材料成本,提高电感效率,提出了一种适用于两相交错并联磁耦合变换器的"IHHI"形耦合电感结构。分析了其改变电感耦合度的原理,给出了相关铁芯设计的数学表达式,并通过有限元仿真和实验验证了所提"IHHI"形耦合电感结构的有效性及其磁路模型的可行性。将"IHHI"形耦合电感用于交错并联磁集成双向DC/DC变换器,具有输出电压纹波小、电感电流波形平滑、毛刺少、开关管开通和关断时的电流尖峰小、效率高等优点。     

基于LTCC技术的耦合电感

耦合电感已被广泛应用于负载点电源(Point of Load,POL),以提高其稳态和动态性能。为了进一步提高系统的集成度和功率密度,耦合电感的封装集成技术近年来引起了广泛的关注。在这样的研究背景下,本文对基于低温共烧陶瓷工艺(Low Temperature Co-fired Ceramic,LTCC)的耦合电感的封装集成技术进行了研究。首先,针对低温高烧陶瓷工艺的特点,本文提出了四种不同的耦合电感结构并对它们进行了分析、仿真;其次推导出估算电感值的简单有效的数学模型,并通过仿真表明模型的准确性;然后,为了更好的测试低温共烧陶瓷耦合电感的特性,本文制作了一个超薄的易于三维集成的耦合电感样品,并给出了其电感值特性的测量结果;最后,耦合电感样品被应用于一台1MHz、12V输入、1.2V/45A输出的两相交错并联降压斩波电路中,测试其在功率电路中的性能。     

A New High Step-Up DC/DC Converter Structure by Using Coupled Inductor with Reduced Switch-Voltage Stress

In this paper, a new high step-up DC/DC converter for renewable energy systems is proposed, which provides high voltage gain by using a coupled inductor without having to have high-duty cycle and high-turn ratio. Moreover, the voltage gain increased by using capacitors charging techniques. In the proposed converter, the energy of leakage inductors of the coupled inductor is recycled to the load. This feature not only reduces stress on main switch but also increases the converter efficiency. Also, due to the configuration of the proposed structure, the voltage stress on the main switch is significantly reduced. Since the stress is low in this topology, low voltage switch with small ON-state resistance value can be used to reduce the conduction losses. As a result, losses decrease and the efficiency increases. Meanwhile, the main switch is placed in series with the source and it can control the flow of energy from source to load. The operating principles and steady-state analysis of the proposed converter are discussed in details. Finally, the prototype circuit with 12 V input voltage, 300 V output voltage, and 60 W output power is operated to verify its performance.