反激式变换器的变压器线圈涡流损耗机制分析与新型损耗模型

反激变换器的变压器线圈涡流损耗为高频功率磁元件线圈技术的研究热点之一。在已有研究基础上,应用电磁场有限元仿真以及通过分解线圈电流分析了反激变换器的变压器线圈涡流损耗机制,发现其线圈窗口磁场兼有电感器和变压器磁场的特征。据此机制,研究了减小其线圈涡流损耗的方法,指出该方法的有效性取决于线圈窗口磁场的构成。通过研究其线圈窗口磁场的正交性,进一步提出一种新型反激变换器的变压器线圈损耗解析模型。有限元数值仿真验证了研究结果的正确性。     

开关电源集成磁元件线圈交流损耗机理及双电阻模型

本文根据开关电源集成磁元件的电路工作特征,将其线圈电流分解为变压器分量电流和电感器分量电流,从理论上论证了两分量在频域上的正交性,指出了集成磁元件的线圈交流损耗为变压器分量损耗和电感器分量损耗之和,建立了表征线圈交流损耗的双电阻新模型,应用于集成电感功能的变压器和集成变压器功能的电感,并采用有限元仿真软件分析了集成磁元件线圈损耗的特点     

正激变换器磁集成分析与设计准则

磁集成技术能有效地减小磁件体积,降低磁件损耗,减小电流纹波,提高变换器的动态响应。该文将正激变换器的滤波电感与变压器进行磁集成,利用数学方程分析耦合电感实现电流纹波减小的条件,并将其应用于正激变换器,根据变换器的工作模态给出占空比的取值,利用磁路分析给出减小电流纹波的集成磁件耦合度设计区域与正激变压器次级绕组及输出电感匝数关系,并分析磁集成后开关管的电压与电流应力。利用磁路电路等效变换方法建立集成磁件等效电路,给出集成磁件的设计准则,对设计实例进行仿真及实验验证,结果验证了理论分析的正确性与设计准则的有效性。     

集成耦合电感升压-反激变换器的性能研究

集成升压-反激变换器(Integrated Boost-flyback Converter——IBFC)可在较小占空比条件下实现高电压增益,与传统升压电路相比,避免了因占空比处于极限状态而对电路造成较高功率损耗。在此基础上本文提出新型集成耦合电感升压-反激变换器(Intergrated Coupled-inductor Boost-flyback Converter——ICBFC)通过引入耦合电感代替IBFC中的储能电感,可有效抑制二极管反向恢复电流,减小反向恢复损耗并减小输出电容电压纹波,提高功率器件可靠性。本文着重研究了ICBFC中寄生参数、电路工作效率间的影响,并对两种拓扑进行比较。相同升压环境下,ICBFC效率更高,器件承受电流应力更小。在理论研究的基础上,用两台25 W实验样机验证了该拓扑的优点及理论分析的正确性。     

基于反激变换器的低纹波LED驱动电源研究

提出一种基于反激变换器的低纹波发光二极管(LED)驱动电路拓扑及其控制策略。该电路由反激变换器和Buck变换器组成,反激变换器主输出与Buck变换器输出并联为LED负载供电。通过调节Buck变换器输出电流低频纹波,使其与反激变换器主输出的低频电流纹波等幅反相,抑制了LED电流低频纹波,实现了LED无频闪工作。通过仿真和实验验证了该方案的合理性和可行性。     

输出纹波最小化有源箝位正激磁集成变换器

传统有源箝位变换器存在输出电流脉动较大的缺点。利用磁集成技术将电感和变压器的交变磁通正向耦合,以减小有源箝位变换器的输出电流脉动。该文提出磁集成有源箝位正激变换器,并对其工作原理进行分析。通过将零纹波点设定在0.5占空比处,使变换器同时得到最小输出电流纹波和最低原边开关管的电压应力。给出集成磁件的设计公式以及原边电流脉动和输出电流脉动的表达式。通过2台100 W磁集成和传统式的有源箝位正激变换器的实验对比,验证了理论分析的正确性。实验表明,与传统变换器相比,磁集成有源箝位变换器具有更高的变换效率和更小的输出纹波。     

磁集成有源箝位正激变换器小信号建模分析

电感和变压器的集成可以有效地减小正激变换器电感电流纹渡,提高输出品质.为了对该变换器进行系统研究,论文提出小信号建模分析的一般方法,着重研究控制-输出传递函数的影响参数.研究表明:由于变压器和输出电感绕组耦合,在控制-输出传递函数中额外引入动态极点和动态零点,并且传递函数以输出零纹波为临界条件出现右半平面零点.     

输出纹波最小化有源箝位正激磁集成变换器

传统的有源箝位变换器存在输出电流脉动较大的缺点。文中利用磁集成技术、将电感和变压器的交变磁通正向耦合，来减小有源箝位变换器的输出电流脉动。文中提出了磁集成有源箝位正激变换器，并对其工作原理进行详细分析。通过将零纹波点设定在0.5占空比处，使得变换器同时得到最小的输出电流纹波和最低的原边开关管的电压应力。文中给出了集成磁件的设计公式以及原边电流脉动和输出电流脉动的表达式。最后通过2台100W磁集成和传统式的有源箝位正激变换器的实验对比，验证了理论分析的正确性。实验表明，与传统的变换器相比，磁集成有源箝位变换器具有更高的变换效率和更小的输出纹波。     

磁集成正激变换器输出电流纹波减小的分析和设计

基于集成磁件的等效电路模型,对现有磁集成正激变换器一的输出电流纹波减小特征加以研究,发现了电流纹波转移的内在作用机制。提出磁集成正激变换器二的输出电流零纹波设计方案,讨论零纹波设计对磁件磁通分布和绕组损耗的影响,并通过实验加以验证。     

基于噪声平衡原理的反激变换器CM传导噪声抵消方法研究

在反激变换器中,变压器绕组交错排布有助于减小漏感和绕组损耗,但相邻原、副边绕组间的耦合电容是传输共模(commonmode,CM)噪声电流的主要耦合路径,会引起严重的EMI问题。该文提出一种CM噪声抵消的方法,引入一组平衡绕组,设计平衡绕组与相邻副边绕组间的位移电相互抵消。建立反激变换器CM传导噪声电路模型,给出平衡绕组设计方法,以一台反激变换器为实验对象,测试并对比无屏蔽层、采用传统铜箔屏蔽及加入平衡绕组3种变压器结构下的CM传导噪声。实验结果表明,平衡绕组对CM噪声抑制效果优于无屏蔽层和传统铜箔屏蔽层结构,验证了平衡绕组抵消反激变换器CM噪声的可行性。     

两通道VRM耦合电感的模型分析和参数设计

为了适应电压调整模块(VRM)未来的发展趋势,满足功率日益增加的负载点电源(POL： point-of-load)的设计要求,同时为倍流整流输出电感的磁集成设计等提供参考,本文将以两通道耦合电感为例,详细讨论其在两通道交错并联开关变换器中应用的参数设计和对电气特性的影响;建立电路和磁路的对应关系,提出评价耦合电感的性能因子;分析通道电流纹波相互抵消的特点,结合电流谐波分量,说明耦合电感线圈损耗减少的机理;建立完整的交直流磁通分布,为耦合电感工作在直流不平衡的情况下提供理论依据,并对理论分析进行实验验证     

Isolated high voltage‐boosting converter derived from forward converter

A novel isolated high voltage‐boosting converter, derived from the traditional forward converter, is presented in this paper. As compared with the traditional forward converter, the demagnetizing winding of the transformer in the proposed converter is used not only to demagnetize but also to improve the voltage conversion ratio. Therefore, the duty cycle is not limited, and the utilization of the transformer, also called coupled inductor, can be increased also. Furthermore, the proposed converter maintains the advantage of possessing a non‐pulsating output current, leading to a small output voltage ripple. Moreover, by applying one additional voltage‐boosting winding to the transformer, the voltage conversion ratio can be significantly improved. In addition, an active clamp circuit is employed in the proposed converter to reduce the voltage stress of the main switch, caused by the leakage inductance in the transformer, and the switches can achieve zero‐voltage switching. Finally, the analysis of operating principles, choice of the turns, turns ratio, core size, and each wire size of the coupled inductor are described in detail, and the experimental results with a prototype with 12‐V input voltage, 100‐V output voltage, and 100‐W output power are provided to verify the feasibility and effectiveness of the proposed converter. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

A new non‐isolated free ripple input current bidirectional DC‐DC converter with capability of zero voltage switching

In this paper, a new nonisolated free ripple input current bidirectional dc‐dc converter with capability of zero voltage switching (ZVS) is proposed. The free ripple input current condition at low voltage side is achieved by using third winding of a coupled inductor and a capacitor for the whole range of duty cycles. In the proposed structure, the voltage conversion ratio can be more increased by adding the turn ratio of the second winding of the coupled inductor for the whole range of duty cycles. By adjusting the value of an auxiliary inductor in the topology of the converter, according to the power, the ZVS operation of the implemented 2 switches can be achieved throughout the whole power range. The mentioned features of proposed converter are validated theoretically for both boost and buck operations. In this paper, the proposed converter is analyzed for all operating modes. Moreover, all equations of the voltages and currents of all components, voltage conversion ratio, the required conditions for ZVS operation of switches, and also required conditions for canceling input current ripple at low voltage side are obtained. Finally, the performance of the proposed converter is reconfirmed through experimental and EMTDC/PSCAD simulation results.     

变压器匝比不同的正反激组合式双向DC-DC变换器

改变正反激组合式双向DC-DC变换器中正激和反激变压器的匝比配置，可以改变正激变压器和反激变压器传输功率占输出功率的比例。减小反激变压器的匝比，可以减小耦合电感传输功率占总输出功率的比例，有助于功率的有效传输。文章研究了采用不同的正激、反激变压器匝比对传输功率的分配比例、电流纹波等影响，并进行了试验验证。     

一种新型零电压零电流开关三电平DC/DC变换器的研究

该文介绍了一种新型的带有简单辅助电路的零电压零电流开关（ZVZCS）三电平DC/DC变换器，它的辅助电路不含耗能元件和有源开关，可实现超前管的零电压开通和滞后管的零电流关断。耦合电感取代了常规滤波电感，它所感应出的电压由功率变压器反射到初级，使得变换器在零状态时的循环电流减小到零。通过改变耦合线圈的匝数比，可以任意设置用于电流回零的电压幅值的大小，调节电流回零的时间。文中介绍了该变换器的工作原理，讨论了设计参数。通过实验验证，该电路具有辅助电路简单、效率高、整流二极管承受的电压低和环流自动调节等优点，适用于高电压、大功率的应用场合。     

Analysis of the ZVS two‐switch forward converter with synchronous current doubler rectifier

A soft switching two‐switch forward converter is presented to achieve zero voltage switching (ZVS) turn‐on of switching devices. In the adopted converter, a buck‐boost type of active clamp is connected in parallel with the primary winding of transformer. The energy stored in the transformer leakage inductance and magnetizing inductance can be recovered so that the peak voltage stress of switching devices is limited. The resonance between the transient interval of two main and auxiliary switches is used to achieve ZVS turn‐on of all switches. The current doubler synchronous rectifier is used in the secondary side of transformer for reducing the root mean square value of output inductor current, transformer secondary winding current and output voltage ripple by cancelling the current ripple of two output inductors. First, the circuit configuration and the principles of operation are analyzed in detail. The steady‐state analysis and design consideration are also presented. Finally, experimental results with a laboratory prototype based on a 380 V input and 12 V/30 A output were provided to verify the effectiveness of the proposed converter. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

反激式平面变压器绕组交流损耗的分析

基于平面磁性元件绕组的一维模型,分析利用初、次级交叉换位技术减少反激式平面变压器绕组交流损耗的原理,进一步分析了绕组电流的上升(或下降)斜率与绕组交流损耗的关系.比较了CCM与DCM模式下绕组的交流损耗,得出在相同输出功率下,DCM比CCM的交流损耗更大.DCM和CCM两种工作模式下应用交叉换位技术减少绕组交流损耗的效果均很明显,且减少的比例相近.通过有限元分析软件和实验证实了分析结果的正确性和有效性.     

交错并联双向DC/DC变换器Buck模式下的耦合电感设计规则

针对目前交错并联双向DC/DC变换器中耦合电感设计规范不全面这一问题,以三相交错并联双向DC/DC变换器为例,在Buck模式下占空比在1/3~2/3范围内,研究变换器采用分立电感和耦合电感,对稳态电流纹波及暂态电流的响应速度的影响。通过对比,证明采用耦合电感具有减小稳态相电流纹波或者增大暂态总输出电流响应速度的作用,且占空比越接近1/3和2/3,耦合越强,效果越明显。给出一个耦合电感的设计规则,在这一规则下选择电感的耦合系数,既能减小变换器的稳态相电流纹波,又能提高暂态总输出电流响应速度。最后,通过实验证明了耦合电感具有提高暂态总输出电流响应速度和减小稳态相电流纹波的作用,从而证明了设计规范的正确性。