基于磁集成双Buck逆变器环流分析

传统双Buck逆变器在整个工作周期需要两个独立的滤波电感,且体积重量较大,引入磁集成的技术可以减小磁性元件的体积重量,但会导致逆变器出现额外的环流问题。在对己有从电感耦合方式角度入手的磁集成方案进行分析的基础上,提出一种无环流磁集成双Buck逆变器拓扑,与己有的磁集成拓扑相比,不但保留了传统双Buck逆变器的优点同时减小了滤波电感的体积与重量,而且避免了现有磁集成技术造成的环流问题,并通过一台1 kW实验样机验证了拓扑的可行性。     

双Buck逆变器的磁集成技术研究

双Buck逆变器(DBI)是一种高效可靠的逆变器拓扑,但需要两个电感,且每个电感仅工作半周期,磁芯利用率低,体积和重量较大.分析了共用磁芯直接耦合和双磁芯四绕组两种磁集成方案的基本原理,指出这两种方法在实际应用时存在相互影响.在此基础上提出了一种新型的共用磁芯集成方案,即完全解耦方案,并进行了理论分析.实验证明,该磁集成方案可以完全实现两个电感的解耦,是一种较理想、实用的方案.     

数模混合控制双Buck逆变器研究

对一种新颖数模混合控制双Buck逆变器(Dual Buck Inverter,简称DBI)进行了研究.该逆变器克服了传统逆变器的直通问题,功率开关管和功率二极管可分别得到最优设计.电压环采用瞬时值反馈数字控制,克服了模拟器件参数不一致,以及运放温漂等缺点,具有很好的稳定性;电流环采用半周期电流滞环模拟控制,使系统在正常工作下无偏置电流,进一步提高了效率,具有优良的动态性能.试验证明,滞环电流控制DBI可以工作在较高的开关频率下,在减小滤波器件体积重量的同时,仍可获得理想的输出波形和整机效率,因此具有广泛的工业应用价值.     

新型双Buck并网逆变器及其双二阶滑模控制

为了解决双Buck逆变器直流输入利用率低、磁件体积重量大的缺陷,提出一种新型双Buck全桥并网逆变器拓扑,所用器件较少,结构简单;且为使该新型拓扑输出高质量的并网电压和电流,采取以电容电压和电感电流双二阶的滑模控制策略.分析新型拓扑的工作模式和等效电路,给出双二阶滑模控制器的设计过程.仿真与实验结果表明,采用双二阶滑模控制策略下的新型双Buck全桥并网逆变器能够具有很好的动态和稳态性能,且输出的并网电压谐波畸变率小,对直流输入和电网电压扰动的抑制能力强,适应于新能源发电的并网.     

正激功率变换器的磁集成

正激功率变换器广泛应用于中小功率电源变换场合.磁集成技术有助于降低磁元件绕组电流纹波及器件开关损耗,提高电源效率.通过对磁芯内部磁通有效合成,可减小交流磁通和直流偏磁,降低磁元件体积和重量.这里比较了正激功率变换器中分立磁件、解耦集成磁件和耦合集成磁件,分析各自输出纹波电流与磁路磁阻的关系,建立了100W原理样机,得出...     

三相双降压逆变器中电感的磁集成方式比较与优化设计

三相双降压逆变器克服了传统桥式逆变器中桥臂功率管直通的问题,可靠性高,但输出滤波电感数量多、体积大,利用磁集成的技术可以减小磁性元件的体积重量,提高系统功率密度。针对该问题从电感耦合方式的角度入手分析不同磁集成方案,从电路原理上讨论各方案的可行性及电感对进网电流波形和电路运行特性的影响。据此提出一种同名端相连不完全耦合的电感集成方案,其等效的三电感形式和传统双降压拓扑中两电感在电路中工作特性一致。和已有的磁集成方案及不采用任何磁集成方案相比,该方案在电感体积和滤波效果等方面均得到优化。最后设计并搭建一台15 k V·A的三相双降压并网逆变器原理样机进行实验验证,实验结果与理论分析吻合。     

磁集成技术在Class E变换器中的应用

Class E变换器结构简单,变换效率高,有良好的发展前景。本文将磁集成技术应用到隔离型Class E变换器中,减小磁性元件的体积、重量、提高变换器的功率密度。本文详细分析了利用变压器漏感以及采用独立绕组两种磁集成方案,在此基础上,制作了输入12V,输出功率21W,输出电流0.43A的原理样机,通过实验验证了磁集成方案有效性,从实验结果可以得出采用磁集成技术后,变换器中磁件的体积和重量明显降低,且变换器的效率有所提高。     

磁集成开关电感交错并联Buck/Boost变换器

为了提高传统Buck/Boost变换器的电压增益、暂态响应速度同时减小电感支路的电流纹波和变换器的体积重量。将磁集成开关电感技术和交错并联技术应用到传统的Buck/Boost变换中,提出了磁集成开关电感交错并联Buck/Boost变换器。通过采用开关电感结构替换传统变换器中的电感的方式,使变换器正向功率变换的电压增益提高为原来的2倍。采用磁集成技术并合理设计耦合电感间的耦合系数能够减小该变换器电感支路的电流纹波、提高系统暂态响应速度、减小变换器的体积重量,进而提高变换器的电气性能。最后通过实验样机的结果验证了理论分析的正确性。     

LLC谐振换变器中平面集成磁件的研究

本文针对目前开关电源向小型化、轻型化、薄型化方向发展的趋势，介绍了平面集成磁件的概念．研究了一种用于DC-DC变换器的LLC谐振变换器，在集成磁件通用模型的基础上分析了用于谐振变换器的磁件集成．并设计了一个集成磁件。为了进一步减少集成磁件的高度和体积，本文又研究了平面集成磁件具体的设计方法，把该集成磁件转化成了平面集成磁件，并对转换前后的磁件做了电磁场仿真，结果表明转换前后磁件损耗也将减小。这样，就达到了进一步减小磁件体积、重量和高度的目的。     

卷首语

随着电力电子技术的发展,电子装置对其供电电源的体积、重量、效率等指标提出了越来越高的要求。电源中的磁性元件(电感、变压器)实现了能量的传输,但其体积、重量、损耗在电源的相对应指标中占了相当大的比例。磁件还影响着电源输出动态性能和输出纹波。磁集成技术则是可以满足电子装置对这些指标要求的重要途径。《多相交错并联Buck变换器的磁集成技术研究》一文研究了各种磁件对交错并联变换器动态性能和磁心损耗的影响,建立了磁集成器件等效电路的模型,并以两相交错并联的Buck变换器为例进行了实验验证,对读者有很大的启发。     

倍流输出电流型输入ZVS全桥变流器新型磁集成方案

提出了一种倍流输出电流型输入的零电压开关(ZVS)全桥变流器的磁集成方案.将输入电感和倍流输出电感集成在一个变压器磁心上,减小了变流器的磁元件数目和磁元件的损耗,但不影响电路的零电压开关特性,且输入和输出电流的纹波都很小.采用该集成方案后,由于变压器漏感的存在,加在变压器一次侧的输入电压和加载变压器二次侧的输出电压不平衡,需要增加一个很小的电感来平衡输入和输出电压的差.实验样机验证了理论分析的正确性.     

耦合电感三电平双降压式逆变器

双降压式逆变器是一种可靠性和转换效率均较高的新型逆变器,针对其直流电压利用率低、桥臂输出仍为双极性PWM调制波的缺陷,提出了一种新型三电平双降压式逆变器,充分利用双降压式逆变器的半周工作模式,使桥臂输出改进为三电平PWM调制波,并降低了功率器件的电压应力。但在电感电流断续区可能出现高的器件电压尖峰,通过将两电感耦合,可对桥臂电压进行钳位消除电压尖峰,同时也减小了磁件本身的大小。耦合电感三电平双降压式逆变器在减小体积重量的同时保持了高效率、高可靠性。试验结果验证了以上分析的正确性。     

一种适用于两级DC/DC变换器的磁集成结构

针对48 V输入低压大电流输出的两级DC/DC变换器,提出了一种包含两个电感和一个变压器的磁集成结构。该结构的主要特点是实现了磁芯窗口面积利用率的最大化,可降低集成磁元件的铜损和改善其散热条件。以Buck级联半桥两级DC/DC变换器为应用实例,集成了磁元件并制成90 W的样机。实验结果表明,按提出的结构对磁元件进行集成,原有变换器电路的工作特性可得到保持。依据实验结果,对其中的集成磁元件进行损耗分析,并进一步提出了若干集成磁元件的优化措施。     

应用于四相电压调整模块的阵列式集成磁件

为了提高电压调整模块(VRM)的输出动态响应速度并降低其稳态电流纹波,利用多副磁心组合的方法,提出了一种应用于四相VRM的阵列式集成磁件。在不考虑漏磁通影响的情况下,分析了阵列式集成磁件参数对VRM性能的影响,建立了阵列式集成磁件的等效电路模型,并对磁件的平面化结构进行了电磁场有限元分析;在考虑漏磁通影响的情况下,对等效电路进行了修正;在稳态等效电感和动态等效电感相同的条件下,对阵列式集成磁件和分立磁件的等效电路进行了比较,并进行了电路仿真、实验。仿真结果验证了理论分析的正确性,实验结果表明使用阵列式集成磁件的四相VRM动态效果较好。     

三相电压调整模块中“EΠ”形耦合电感的建模与设计

为适应新一代微处理器低压、大电流和快速暂态响应的功率需求,提出一种用于三相电压调整模块(VRM)的"EΠ"形耦合电感结构,通过分析耦合电感的磁通分布,建立了磁路模型及包括气隙边缘磁阻和绕组外面空气磁阻的改进磁路模型,采用空间切割的方法得出空气磁阻的计算公式,从而得出自感、漏感和互感的计算公式,给出耦合电感的设计方法,并通过电感值的三维有限元仿真和实验验证了所提"EΠ"形耦合电感结构的有效性及其磁路模型和设计方法的正确性。     

Analysis and design of a push–pull DCM boost power factor corrector

A novel power factor corrector (PFC) composed of two‐phase discontinuous conduction mode (DCM) boost PFCs and a coupled inductor is proposed in this paper. By coupling the two‐phase boost inductors into the same magnetic core, both the circuit volume and the input ripple current are reduced. Therefore, the power factor (PF) value and the power density are improved. In addition, the output capacitor size can be smaller. The proposed topology distributes the input current and output current equally for the two phase modules. A cut‐in‐half duty cycle can decrease the conduction losses of the switches, and both the turns and diameters of the inductor windings, which help more in the reduction of the circuit volume. The advantages of a DCM boost PFC, such as natural zero‐current‐switching (ZCS) of the output diode, a natural PFC function and the simplified EMI filter design, are maintained. Detailed analysis and design of the proposed topology and the experimental results on a prototype with a 380‐V output voltage and a 200‐W output power are provided. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

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。     

交错并联磁集成开关电感/开关电容Cuk变换器

为了提高传统的Cuk变换器的电压增益、电压传输效率、输出电流纹波,同时减小电感支路的电流纹波和变换器的体积重量,将磁集成技术和交错并联技术应用到传统的Cuk变换中,提出了交错并联磁集成开关电感/开关电容Cuk变换器的拓扑。通过采用开关电感/开关电容结构替换传统变换器中的电感与电容的方式,采用磁集成技术并合理设计耦合电感间的耦合系数,能够减小该变换器电感支路的电流纹波、提高系统暂态响应速度、减小变换器的体积重量,进而提高变换器的电气性能。最后通过实验样机的结果验证了理论分析的正确性。     

滞环电流控制型双BUCK逆变器

研究了一种新颖的双BUCK逆变电路(DBI).该逆变电路克服了传统逆变器的直通问题,功率开关管和功率二极管可以分别得到最优设计.采用滞环电流控制的双BUCK逆变电路(HCDBI),消除了采用斜坡交截SPWM控制的DBI正常工作所必需的偏置电流,进一步提高了效率;且具有优良的动态性能.试验证明HCDBI可实现较高的效率和开关频率,稳态和瞬态性能比传统逆变电路都有很大的提高,具有广泛的应用前景.