单电感双输出Buck-Boost变换器低频控制方法

针对传统单电感双输出(SIDO)Buck-Boost功率因数校正(PFC)变换器的主开关和分时复用控制开关均工作在高频而导致变换器开关损耗大、效率低、电磁兼容差的问题,提出一种新型电感电流低频分时复用控制方法,并分析分时复用频率对各支路输出电压纹波的影响。该控制方法将变换器的主开关管和复用开关分别控制,在保证输出电压纹波变化不大的同时降低分时复用控制开关的工作频率,减小开关损耗,提高变换器的工作效率。最后,通过实验结果验证该方法的有效性。     

新型宽输出电压PFC电路的设计分析

通常有源功率因数校正电路(PFC)具有恒定的输出电压,但HID灯在启动过程及整个寿命期,灯电压的变化很大。为了提高逆变电路输入输出的转换效率,减少逆变电路中电感的损耗,简化逆变电路的控制,需要PFC的输出电压跟踪灯电压的变化,因此设计新型宽输出电压范围的PFC电子镇流器是十分必要的。该镇流器结合Buck开关变换器和Boost开关变换器各自的特点,采用了分段变电路结构控制方法。为了减少开关损耗和功率二极管的反向恢复损耗,采用零电流开通的临界电流控制策略,实现了高输入功率因数。采用PFC级输出电压与灯特性匹配,且转换效率高的新型电子镇流器,具有电压应力低,使用开关器件少,电感导通损耗小,电感尺寸小的优点。实验结果验证了理论预期的正确性。     

相移控制双向变换器能量传输电感的优化设计

提出了一种相移控制双向DC／DC变换器中能量传输电感的设计方法。通过这种设计方法，可使变换器在一定输出电压范围内平均电流应力最小，并且使变换器在一定输出电压范围内基本实现软开关。详细介绍和分析了能量传输电感的设计方法，给出了实验结果。     

一种混合开关电感和开关电容的高增益DC/DC变换器

针对传统Z源DC/DC变换器存在的输入电流不连续、输出电压增益不够高和功率器件电压应力较高等不足,利用开关电感和开关电容技术,提出了一种混合开关高增益DC/DC变换器。该变换器主电路中只用到1个储能电容,结构简单,与现有典型的高增益阻抗源DC/DC变换器相比,所提出的混合开关电感和开关电容的DC/DC变换器可以实现更高的输出电压增益,同时电容和开关器件的电压应力较低。详细分析了所提变换器的工作原理,通过在实验室中所建立的输入电压16～40 V、输出电压26～107 V和输出功率7～114 W的原型验证了其性能。     

等离子切割电流源平波电感直接储能控制研究

目前对于大功率等离子切割机。首选输出并联的Buck DC/DC变换器作为等离子切割电源,它具有电流精度高、稳定度好的特点。设计了一种独立直流电压供电、输出并联的两组Buek DC/DC直流电流源,每组DC/DC变换器连接成两级交错结构。给出了两级DC/DC变换器之间自动均流的移相驱动方式和平波电感直接储能闭环控制策略,并进行了基于Matlab/Simulink仿真分析和实验验证,实验装置的输入功率45 kW,支持输出直流电流260 A和输出电压150 V。结果表明,这种功率电路和控制策略使得电源系统响应加快,静态误差减少,有利于降低功率器件的开关损耗和分摊输出功率,提升输出功率等级,以此提高开关频率,从而降低平波电感尺寸,改善输出电流精度和提升稳定度。     

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。     

新型零电流转换移相全桥DC/DC变换器

提出了一种新型零电流转换(ZCT)移相全桥DC/DC变换器拓扑。该变换器通过在原边增加一个由电容和电感构成的有源辅助电路,在开关管状态发生变化时,控制辅助电路的谐振电流,可实现主功率开关管和辅助开关管的零电流开关(ZCS),消除IGBT拖尾电流引起的开关损耗,同时减小了二极管的反向恢复损耗。辅助电路结构不会增加开关管的导通损耗,还能一定程度上克服传统零电压开关(ZVS)全桥变换器原边环流损耗大和占空比丢失严重的缺点。详细分析了该新型全桥变换器的工作原理以及实现零电流开关的条件,给出了主电路拓扑结构及相关参数选取,根据所选取参数对主电路进行仿真研究,给出了主要仿真波形,结果验证了电路分析的正确性和设计的可行性。     

基于ARM的移相全桥ZVZCS变换器设计

针对传统全桥移相式零电压零电流开关(ZVZCS)PWM DC/DC变换器在实现滞后桥臂开关管零电流开关(ZCS)过程中,存在着辅助谐振电路附加损耗较大,软开关实现方式复杂,功率开关管电压应力和电流应力高等缺点,介绍了一种通过输出耦合电感实现软开关的全桥ZVZCS PWM DC/DC变换器。分析了该变换器实现软开关的原理,并采用LPC2214型ARM芯片作为控制器,设计了变换器数字控制系统。通过一台1kW,50kHz样机验证了这种软开关变换器相关理论的正确性。     

新型ZCS-PLL控制的大功率逆变电源的研究

提出一种基于数字锁相环(PLL)控制的零电流软开关(ZCS)新型中频感应加热电源。系统的主电路由三相AC/DC不控整流桥、Buck鄄DC/DC功率调节变换器和串联谐振DC/AC逆变桥构成。主电路的功率开关器件全部采用IGBT,并由一套TMS320LF2407数字信号处理器(DSP)控制。利用DSP丰富的硬件和软件资源,设计了智能数字功率调节器和数字锁相环,分别控制Buck变换器的直流输出功率和逆变器的工作频率,解决了感应加热电源中输出功率大范围地平滑调节和负载谐振电流、电压的同步锁相控制的难题,使逆变器IGBT在整个功率调节范围内均处于ZCS软开关状态。此外,逆变器输出电流始终工作于电流连续的CCM模式,功率转换效率高,开关损耗小,适应负载变化能力强。研制的实用电源功率调节范围为0.2～30kW,频率锁相跟踪有效范围为15～35kHz。     

一种最小电压应力的无源无损软开关技术

电力电子变换器开关频率的提高,减小了变换器的体积,提高了功率密度,但同时也增加了变换器的损耗。软开关技术能够有效改善功率开关管的工作环境,降低开关损耗,提高变换器的效率。本文探讨和实现了一种最小电压应力的无源无损软开关拓扑结构。该结构由电感、电容和二极管组成。它利用电感和电容的谐振工作实现能量的传递,并将开关瞬态的能量在一个开关周期内转移到负载端,从而实现无源无损软开关。文中对电路进行了工作模态分析,给出了软开关环节中电感和电容的参数设计方法,并搭建了一个功率为250W 的实验样机,对理论分析进行了验证。实验结果表明,该结构实现了主功率开关管开通时的零电流开通和关断时的零电压关断,开关管上的电压应力最小,其值与输出电压相等。     

基于交错控制的三电平升压型DC/DC光伏控制器研究

提出了一种应用于非隔离光伏并网系统的前级DC/DC三电平升压型变换器及其控制方法。该变换器采用Boost三电平(Boost Three-level,Boost-TL)拓扑结构,分析了其工作原理,推导并建立了系统的数学模型。为了减小输出电压和电感电流纹波,提出了采用两开关管移相180°的交错控制策略。同时,针对直流母线中点电位不平衡问题,通过采取一种调整开关管导通时间的方法,实现了两输出电容电压的平衡。该变换器具有体积小、器件电压应力低和转换效率高的优点。最后,搭建了23 kW的实验平台,通过仿真和实验验证了所提控制方法的正确性和有效性。     

宽输入电压范围下隔离型全桥Boost变换器的高效率控制

本文提出了一族隔离型的Buck-Boost变换器以适应宽输入电压范围并要求隔离的应用场合,以全桥(Full-Bridge,FB)Boost变换器作为其典型电路之一在文中展开分析。考虑占空比的丢失,提出了基于移相控制的双沿调制策略以减小整个输入电压范围内的电感电流脉动。为实现变换器可靠高效的工作,提出了三模式双频控制策略。三模式双频控制策略下,输入电压被分为低、中、高三个电压区间,分别对应于FB-Boost变换器的Boost、FB-Boost和FB三个工作模式。由于FB-Boost模式下电感电流脉动较小,可以降低该模式下Boost单元的开关频率以减小开关损耗,进一步提高效率。为验证设计和控制策略的有效性,搭建了一台输入电压250～500V,输出电压360V,额定功率6kW的原理样机,整个输入电压范围内变换器都具有较高的效率,最高效率为97.2%。     

ZVS DC/DC converter with series half‐bridge legs for high voltage application

This paper presents a new DC/DC converter with series half‐bridge legs for high voltage application. Two half‐bridge legs connected in series and two split capacitors are used in the proposed circuit to limit the voltage stress of each active switch at one‐half of input voltage. Thus, active switches with low voltage stress can be used at high DC bus application. In the proposed converter, two circuit modules are operated with an interleaved pulse‐width modulation scheme to reduce the input and output ripple currents and to achieve load current sharing. In each circuit module, two resonant tanks are operated with phase‐shift one‐half of switching cycle such that the frequency of the input current is twice the frequency of the resonant inductor current. Based on the resonant behavior, all MOSFETs are turned on at zero voltage switching with the wide ranges of input voltage and load conditions. The rectifier diodes can be turned off at zero current switching if the switching frequency is less than the series resonant frequency. Thus, the switching losses on power semiconductors are reduced. The proposed converter can be applied for high input voltage applications such as three‐phase 380‐V utility system. Finally, experiments based on a laboratory prototype with 960‐W rated power are provided to demonstrate the performance of proposed converter. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于双输出反激变换器的LED驱动电源设计

针对LED灯输出电流恒定的工作特性,提出了DC／DC变换器电感电流工作在不断续模式（DCM）下的双输出反激变换器驱动LED的控制方法。主要分析了两路LED灯负载的工作过程,用一个磁性元件实现LED灯两路控制器恒流输出。通过小信号模型分析了系统的稳态、动态和高频干扰抑制能力,最后通过实验验证了所提出的拓扑电路结构和控制方法的可行性。     

Hybrid DC–DC converter with high efficiency,wide ZVS range,and less output inductance

In this paper, a new soft switching direct current (DC)–DC converter with low circulating current, wide zero voltage switching range, and reduced output inductor is presented for electric vehicle or plug‐in hybrid electric vehicle battery charger application. The proposed high‐frequency link DC–DC converter includes two resonant circuits and one full‐bridge phase‐shift pulse‐width modulation circuit with shared power switches in leading and lagging legs. Series resonant converters are operated at fixed switching frequency to extend the zero voltage switching range of power switches. Passive snubber circuit using one clamp capacitor and two rectifier diodes at the secondary side is adopted to reduce the primary current of full‐bridge converter to zero during the freewheeling interval. Hence, the circulating current on the primary side is eliminated in the proposed converter. In the same time, the voltage across the output inductor is also decreased so that the output inductance can be reduced compared with the output inductance in conventional full‐bridge converter. Finally, experiments are presented for a 1.33‐kW prototype circuit converting 380 V input to an output voltage of 300–420 V/3.5 A for battery charger applications. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

开关电感型单相五电平电流源逆变器

多电平电流源逆变器因具有高安全性、低输出谐波特性等优点得到广泛关注。提出了一种开关电感型单相五电平电流源逆变器,其直流控制单元采用Buck结构,为电感提供了独立的充放电回路,实现了电感电流控制与输出电流控制的完全解耦,使用较小电感即可控制电流稳定。所提逆变器采用开关电感结构形成多电平输出,减少了器件数目,利用其高度对称性可简化外围电路设计。针对于单相逆变器输入侧电感电流存在二倍频波动的问题,在传统比例积分控制的基础上,增加功率前馈控制,以储能电感在每个开关周期内实现电流恒定作为先决条件,折算不同状态下直流侧开关器件的占空比扰动量,在不增加电路复杂度的前提下,采用较少器件和小储能电感有效抑制了电感电流的二倍频波动,减小了输出电流中3次谐波含量和总谐波畸变率,提高了输出电能质量。最后,通过仿真和实验验证了所提拓扑和控制策略的可行性。     

A novel low‐loss control strategy for bidirectional DC–DC converter

Bidirectional DC–DC converter with phase‐shift control is commonly used for hybrid electric vehicle and fuel‐cell vehicle applications. This converter is characterized by simple circuit topology and soft‐switching implementation without additional devices. Despite these advantages, the efficiency is poor at light load condition because of high switching and conduction losses caused by high RMS inductor current. To achieve zero‐voltage switching (ZVS) for all power MOSFETs, a constant offset inductor current is maintained to conduct the antiparallel body diodes before MOSFETs turn on. A control strategy of combining duty ratio and phase‐shift modulation is proposed to reach the constant offset current. By reaching the constant offset current, the RMS inductor current can be reduced significantly, and ZVS can be achieved in all load variation ranges, resulting in high efficiency. A 2.5‐kW prototype is implemented to verify the control scheme, and a minimum efficiency of 97.3% is achieved at light load condition. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.     

Soft-switching PWM DC-DC converter with reduced circulating current

Soft-switching phase-shifted PWM converters have attracted much attention because of their low switching losses, constant frequency operation and simple control. However, a circulating current flows through the transformer and the primary bridge circuit during the free-wheeling interval, resulting in relatively high current stresses on the transformers and switching devices compared with those of conventional hard-switching PWM converters. This paper presents an improved soft-switching phase-shifted PWM DC-DC converter that can substantially reduce the circulating current by employing a tapped inductor for the output low-pass filter. The principle of operation and the role of the tapped inductor are illustrated. The effectiveness of the tapped inductor is evaluated through simulation analysis. Moreover, a 500 W-100 Hz prototype converter is implemented to demonstrate the excellent performances of both low switching and low conduction losses.     

应用于可再生能源系统的DAB变换器软开关调制策略

双有源桥(DAB)直流变换器是理想的大功率双向DC/DC变换器,是电能路由器系统与储能单元实现能量双向传输的核心装置。为实现变换器软开关以达到改善开关器件工作条件和提升功率传输效率,文中分析了采用三重移相(TPS)调制的工作原理。通过分析TPS调制方法下DAB变换器的开关模式及工作波形,得到变换器实现软开关的条件,并与已有的电感电流有效值最优化控制算法结合,提出了一种全功率范围内实现全部器件软开关的调制策略。最后搭建实验平台进行验证,实验结果证明了所提出调制策略的有效性。     

基于MMC的中压大功率直流配电方案及其控制方法

为了节省系统的体积,提出了一种新颖的中压直流配电方案,采用模块化多电平换流器(MMC)和二级管不控整流的结构。将MMC的输出交流电压、电流的基波频率设定在1kHz,与传统50Hz控制算法相比,可以在很大程度上减小变流器的体积。由于基波频率的提高,必须简化调制算法,提出了一种MMC方波调制策略,与传统MMC调制算法相比可以节约控制器资源。另外,为了测试整个系统额定运行工况,提出了一种电阻微循环的控制结构,可以实现功率的内部循环,仅从电网吸收电阻消耗的功率和系统的耗散功率,从而可以大大减小电网的压力。