软开关技术在磁悬浮轴承功率放大器中的应用

传统的磁悬浮轴承功率放大器在硬开关工作状态时存在开关损耗和纹波干扰严重等问题,为有效克服这些缺点,采用了一种新的用于磁悬浮轴承的谐振直流环节三电平功率放大器电路。基于三电平控制方法,在传统的开关功率放大器的直流环节增加辅助谐振电路,实现了电路中所有的开关器件均在零电压开关(ZVS)或零电流开关(ZCS)的条件下工作。文中详细分析了软开关三电平功率放大器各个工作模态的工作原理,给出了相应的电路工作方程。对提出的软开关三电平功率放大器进行仿真与样机试验研究,结果表明软开关三电平功率放大器同样具有输出电流纹波小的优点,开关损耗和纹波电流干扰有效减小,验证了电路是可行、有效的。     

具有对称辅助电路的谐振直流环节三电平软开关逆变器

为了降低三电平逆变器在高开关频率下的开关损耗,提高其效率,提出一种具有对称辅助电路的谐振直流环节三电平软开关逆变器的拓扑结构,通过在三电平硬开关逆变器的直流环节设置对称辅助谐振电路,利用辅助电路的谐振将直流母线之间谐振电容的端电压周期性下降到零,使三电平逆变器的主开关在直流母线之间的谐振电容端电压为零时完成切换,以实现零电压开关。文中依据不同工作模式下的等效电路图,详细分析该软开关逆变器的工作过程。制作3?kW的谐振直流环节三相三电平软开关逆变器的样机,实验结果表明,逆变器的主开关和辅助开关都实现了软开关切换,效率相比于三电平硬开关逆变器有明显提高。因此所提出的拓扑结构可有效降低三电平逆变器的开关损耗,具有工程实用性。     

谐振直流环节电流型软开关整流器

为降低硬开关整流器开关损耗、提高效率,提出一种谐振直流环节电流型软开关整流器的拓扑结构,其辅助谐振电路与直流母线并联,无辅助器件串联在直流母线上。通过辅助电路的谐振使直流母线电流从整流器桥臂换流到辅助电路的支路上,当流过整流器桥臂上的电流为0时,整流器桥臂上的主开关可以实现零电流开关,同时辅助开关也实现了软开关。依据不同工作模式的电路图,分析电路各个工作模式的工作过程,完成一个工作周期的相平面分析,讨论电路设计规则以及辅助电路损耗与谐振参数之间的关系。实验证明整流器的开关器件完成了软切换。因此,该新型谐振直流环节电流型软开关整流器能处于高效率运行。     

变压器辅助换流的谐振直流环节软开关逆变器

为提高逆变器的变换效率,提出一种新型并联谐振直流环节软开关逆变器,它利用高频变压器的等效电感与谐振电容之间的谐振,使直流母线电压周期性下降到零,实现逆变桥开关器件在零电压条件下完成切换,辅助开关器件也可以实现零电压开关或零电流开关,二极管的反向恢复损耗也被有效降低。此外,电路中所有开关器件承受的电压都不超过直流电源电压,而且辅助谐振电路在每个开关周期内只工作一次,降低了辅助谐振电路的损耗。对其工作原理进行分析,给出不同工作模式下的等效电路图和逆变器的控制方法。制作一个5 kW的实验样机,实验结果表明逆变器的主开关可以实现零电压开关。该并联谐振直流环节软开关逆变器能有效改善效率,降低开关损耗。     

具有简单辅助电路的并联谐振直流环节软开关逆变器

为克服传统硬开关逆变器存在的缺点,提出了一种新型并联谐振直流环节软开关逆变器,其辅助谐振电路含有耦合谐振电感,结构相对简单,有利于降低硬件成本。通过辅助电路的谐振使直流母线电压下降到零时,逆变器的主开关可以完成零电压开关,同时辅助开关也可以在辅助谐振电路的工作过程中完成软开关,而且直流母线零电压持续时间可以自由选择,与负载电流和谐振参数无关。文中依据不同工作模式下的等效电路图,对其工作原理进行了分析,给出了软开关的实现条件和逆变器的控制方法。制作了一个140W的实验样机,实验结果表明逆变器的主开关和辅助开关器件都实现了软开关,所以该软开关逆变器能有效地降低开关损耗和提高效率。     

双向开关辅助换流的并联谐振直流环节逆变器

为提高逆变器的效率,提出一种新型并联谐振直流环节软开关逆变器的拓扑结构。直流环节电压可以周期性下降到零,使逆变器的主开关完成零电压切换,同时辅助开关也实现了零电压开关或零电流开关。此外,辅助谐振电路中有2个辅助开关相串联,构成了双向开关。控制该双向开关的通断可以调节逆变器直流环节的零电压持续时间,以方便应用各种灵活的脉宽调制策略。依据不同工作模式下的等效电路图,分析电路的工作原理,给出设计规则,建立辅助谐振电路中各器件的功率损耗和分压电容的电压变化量的数学模型。制作了1台功率为3k W的实验样机,实验结果表明逆变器的主开关和辅助开关都实现了软开关。因此该软开关逆变器可以有效降低开关损耗。     

磁悬浮轴承系统三电平开关功率放大器的研究

介绍了三电平开关功率放大器的典型结构和工作原理,采用三电平采样/保持控制技术对开关功率放大器进行仿真和电流跟踪实验,首先从输出电流纹波、电流响应速度和电流跟踪特性方面对仿真结果进行了分析;然后对三电平采样/保持开关功率放大器从单位阶跃响应、频率响应、电流跟踪特性和总谐波失真等方面进行了实验;最后通过磁悬浮轴承系统的高速旋转实验,验证所研究的开关功率放大器具有良好的稳态和动态性能,且可以满足磁悬浮轴承系统的要求。     

高频并联谐振直流环节软开关逆变器

针对硬开关逆变器运行在高开关频率时,开关损耗较大,不利于效率提高的问题,提出一种适用于高开关频率的并联谐振直流环节软开关逆变器的拓扑结构。该拓扑结构的辅助谐振电路相对简单,通过辅助电路的谐振使直流母线电压下降到零时,逆变器的主开关可以完成零电压开关,同时辅助开关也可以在辅助谐振电路的工作过程中完成软开关,而且分压电容没有串联在逆变器的直流母线之间,因此该逆变器没有中性点电位的变化问题。依据不同工作模式下的等效电路,对其工作原理进行了分析,给出了软开关的实现条件和逆变器的控制方法,并制作了一个5 kW的实验样机。实验结果表明,逆变器的主开关和辅助开关器件都实现了软开关,该软开关逆变器能有效地降低开关损耗和提高效率。     

耦合电感辅助换流的并联谐振直流环节逆变器

为克服传统硬开关逆变器存在的缺点,提出一种新型并联谐振直流环节软开关逆变器,其辅助谐振电路含有耦合谐振电感,结构相对简单。通过辅助电路的谐振使直流母线电压下降到零时,逆变器的主开关可以完成零电压开关,同时辅助开关也可以在辅助谐振电路的工作过程中完成软开关,而且直流母线零电压持续时间的变化范围取决于谐振电流设定值和谐振参数。依据不同工作模式下的等效电路图,分析电路的换流过程和设计规则,并建立起辅助谐振电路损耗的数学模型,讨论谐振参数对辅助电路损耗的影响。制作了一个140W的实验样机,实验结果表明逆变器的主开关和辅助开关器件都实现了软开关,所以该软开关逆变器能有效地降低开关损耗和提高效率。     

直流母线串联辅助电路的谐振直流环节逆变器

为实现一种结构简单,控制方便,高效率,高功率密度的逆变器,提出了一种新型谐振直流环节软开关逆变器的拓扑结构。通过在传统硬开关逆变器的直流环节添加串联在直流母线上的辅助谐振单元,使直流母线电压周期性地归零,可以实现逆变桥主开关器件的零电压开关,而且辅助开关器件可以实现零电流开通和零电压关断。此外,辅助谐振单元只有一个辅助开关,硬件成本低。分析了电路的换流过程和设计规则,并建立起辅助谐振电路损耗的数学模型,讨论了谐振参数对辅助电路损耗的影响。制作了一个1 k W的实验样机,实验结果表明逆变器的主开关和辅助开关器件都实现了软开关,所以该软开关逆变器能有效地降低开关损耗和提高效率。     

无中性点电位变化的并联谐振软开关逆变器

为了实现逆变器的高效率和高性能运行,提出一种新型直流母线并联谐振零电压过渡软开关逆变器,通过在传统硬开关逆变器的直流环节添加辅助谐振单元,实现了逆变桥开关器件的软开关动作,同时,辅助谐振单元的开关也为软开关动作。此外,电路中避免了使用大电容,没有中性点电位的变化问题。该电路对谐振元件和辅助开关的功率要求较低,控制简单且不依赖于负载条件。对其工作原理进行分析,给出不同工作模式下的等效电路图和回路的参数设计方法。制作一个10kW的实验样机,通过实验结果验证该软开关逆变器的有效性。     

电机驱动用新型谐振直流环节电压源逆变器

为了实现电机控制系统的高功率密度和高性能运行,必须提高逆变器的工作频率以提高功率变换器的效率和增强性能。然而,较高的工作频率会引起严重的电磁干扰和开关损耗从而导致系统整体效率降低。软开关技术被认为是解决上述问题的有效方法,结合软开关技术的优点和脉宽调制(pulse width modulation, PWM)控制的特点,提出了一种新的用于电机驱动系统的谐振直流环节软开关电压源逆变器,通过在传统硬开关逆变器的直流环节添加辅助谐振单元,实现了逆变桥开关器件的PWM软开关动作,同时,辅助谐振单元的开关也为软开关操作。文中阐述了该软开关逆变器拓扑的动作时序和动作模式,并对软开关动作时序的瞬态过渡过程进行了数学分析。对提出的新型软开关逆变器驱动无刷直流电机进行了仿真和实验研究,结果验证了电路结构和理论分析的正确性与可行性。     

变压器辅助换流的谐振极型软开关逆变器

为提高逆变器的运行效率,提出了一种变压器辅助换流的谐振极型软开关逆变电路拓扑结构。该拓扑结构用高频变压器来辅助换流,没有设置串联在直流母线间的均压电容,解决了中性点电位变化问题。该逆变器的主开关和辅助开关均能完成软开关动作,并且所承受的电压都不高于直流电源电压。给出了一个开关周期内逆变器在不同工作模式下的等效电路图,详细阐述了该逆变器的工作过程,给出了软开关实现条件,并建立起了辅助电路损耗的数学模型,讨论了谐振参数对辅助电路损耗的影响。最后制作了一台4 k W的单相实验样机,实验结果表明逆变器中的开关器件都工作在软开关条件下。该有源谐振极型软开关逆变器可以有效提高效率,减小开关损耗。     

用于无刷直流电机驱动的谐振极软开关逆变器

用硬开关逆变器来驱动无刷直流电机会产生逆变器的开关损耗大和运行效率低的问题。为降低开关损耗,提出一种用于无刷直流电机驱动的新型谐振极软开关逆变器的拓扑结构,通过在传统硬开关逆变器的三相输出端添加辅助谐振电路,利用辅助电路中的高频变压器的等效电感与主开关并联的缓冲电容之间的谐振,实现逆变器主开关器件的零电压开关和辅助开关器件的零电流开关。依据不同工作模式下的等效电路图,分析了电路的换流过程和设计规则,并建立起了辅助谐振电路损耗的数学模型,讨论了谐振参数对辅助电路损耗的影响。制作了1台实验样机,实验结果表明逆变器的主开关和辅助开关都实现了软开关。该谐振极软开关逆变器能有效改善效率,降低开关损耗。     

辅助电路无储能电容的谐振直流环节软开关逆变器

多数谐振直流环节软开关逆变器在直流母线间串联分压储能电容来为谐振电路提供能量,其缺点是分压电容所形成的中性点电位可能发生变化。针对这个问题,提出了一种新型谐振直流环节软开关逆变器拓扑电路。该拓扑电路不需要在直流母线之间串联储能电容来均分直流电源电压,没有中性点电位的变化问题,提高了软开关逆变器的可靠性,并且辅助电路结构相对简单,有利于降低硬件成本和简化控制策略。详细分析了逆变器在不同工作模式下的工作原理,给出了软开关的实现条件,建立了辅助电路的功率损耗数学模型,并制作了一台3 k W的实验样机,实验结果表明该新型软开关逆变器的开关器件实现了软开关。该新型软开关逆变器能有效降低开关损耗和改善效率。     

一种新型软开关BUCK变换器

磁耦合谐振式无线电能传输采用直流斩波调压控制传输功率,传统的直流斩波电路开关损耗大,因此提出了一种新型的软开关BUCK变换器的改进电路,在电路中添加耦合电感、辅助电感和二极管,可以实现零电流开通和零电压关断。变换器结构简单,便于控制。介绍了电路工作原理和过程,设计了电路参数,进行了仿真和实验研究,最后给出了仿真和实验波形。     

新型谐振直流环节软开关逆变器

为了提高开关变换器的效率和增强性能,提出了一种新的谐振直流环节软开关电压源逆变器,通过在传统硬开关逆变器的直流环节添加辅助谐振单元,使直流环节电压周期性出现零电压凹槽,实现逆变桥开关器件在零电压条件下的切换,减小了开关损耗和二极管的反向恢复损耗。同时,辅助谐振单元的开关也为零电流或零电压条件下的软开关操作。详细阐述了该软开关逆变器拓扑的工作原理和动作模式,并对软开关动作时序的瞬态过渡过程进行了数学分析。最后,对提出的新型软开关逆变器驱动三相R-L负载进行了仿真研究,仿真结果验证了电路结构和理论分析的正确性与可行性。