基于LCC负载谐振的DC/DC开关电源研究

此处以LCC负载谐振拓扑为基础,实现了变换器软开关DC/DC开关电源,深入讨论了LCC负载谐振情况下实现DC/DC电源的工作原理、工作过程、系统输出与输入关系以及实现方法.探讨了谐振槽路参数对变换器特性的影响,并据此设计了电路参数.构造了基于DSP的闭环控制系统,给出了仿真和实验结果,验证了该DC/DC开关电源的可行性...     

基于LLC谐振变换器的双向DC/DC变换器

在储能系统中,谐振型双向DC/DC变换器因为其优异的特性而得到广泛应用。提出一种基于LLC谐振型双向直流变换器,不仅具有LLC变换器高效率等优点,而且具有能量双向传输的能力。在电路中增加一个辅助电感,实现变换器在正向工作与反向工作时拓扑完全相同。变换器结构简单,无需任何辅助缓冲电路便能实现软开关,适合储能系统中能量双向流动的场合。在采用时域分析与基波分析对变换器的电压增益与软开关条件进行分析的基础上,对变换器的参数进行优化设计。搭建一台5 kW的实验样机,实验验证了变换器结构与设计方法的可行性以及运行效率的优越性。     

具有短路限流能力的大变比DC/DC变换器

提出了一种具有短路自动限流和功率双向流动特性的大变比DC/DC变换器,该变换器适合作为接口电路用在高、低压直流线路之间。该DC/DC变换器以三电平方式工作,通过调节占空比和相移,可以改变其传输功率,并且可以实现功率的双向流动;电路以梯形波电流工作,实现了部分软开关,效率较高;在发生直流短路的情况下,流过开关管的电流峰值与正常工作时相等,实现了自动的短路保护。基于以上特点,设计了一个输入电压为12 kV、输出电压为1 kV、传输功率为100 kW的变换器,通过仿真研究验证了理论分析的正确性。     

一种隔离式双向全桥DC/DC变换器的控制策略

针对传统的LC串联谐振式双向DC/DC变换器,在负载加重时开关管的开关损耗增加,带来系统效率的下降的问题,以一种LC串联谐振式带变压器隔离的双向全桥DC/DC变换器为研究对象,建立该变流器的近似等效电路模型。通过对变换器的工作原理和控制特点进行分析,提出一种在宽范围负载变化下,DC/DC变换器逆变侧和整流侧的开关器件均能实现软开关的控制策略,并提高了系统的效率。仿真和实验结果都验证了文中所提出方法的正确性和可行性。     

基于三半桥拓扑的双向DC/DC变换器软开关条件研究

为了实现三半桥双向DC/DC变换器的零电压导通和关断,进一步提高变换器的性能,本文探讨了三半桥拓扑双向DC/DC变换器的软开关条件。通过理论分析和仿真验证,研究了影响三半桥双向DC/DC变换器的软开关条件的因素。结果表明,三半桥双向DC-DC变换器的软开关条件与其控制变量有关。     

中长距离高压传输DC/DC变换器的研究

在中长距离直流电力传输过程中,采用性能良好的直流变换器可以避免传输线上谐波的影响,降低线路功率损耗。在电力电子领域高压直流传输技术中,需满足的要求有:脐带电缆要求较细、变换器要求体积小、重量轻等等,所以将半桥三电平直流变换器应用于电力电子中高压传输中,并且对开关器件中的高频化软开关技术进行了研究。针对传统半桥三电平电路中出现的占空比丢失以及实现开关器件的零电压开关(ZVS)的条件,在采用移相控制方法的基础上,在电路拓扑中加入了隔离电容,采用倍流整流电路,并将其应用于中高压传输中,对传统与改进的DC/DC变换器分别进行了Matlab/Simulink仿真对比,最后通过实验验证了改进型的DC/DC变换器拓扑结构的可行性。     

基于基波分析法的车载充电机CLLC谐振变换器参数设计方法

研究一种CLLC直流双向谐振变换器,适用于宽电压增益范围、宽负载范围场合应用。文中从基波分析法的角度,对CLLC谐振变换器的增益特性和阻性边界进行研究。针对传统设计方法在面对非阻性有源负载时存在的不足,提出一种基于参数优化且能保证全局软开关运行的设计方法。搭建一台输入电压640～900V、输出电压200～400V,双向功率5k W的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性和参数设计方法的可行性。     

一种新型双向软开关DC/DC变换器及其软开关条件

提出了一种新型的隔离型双向软开关DC/DC变换器。变换器中的开关元件能够在全负载范围内实现软开关并且二极管实现零电流关断。上述措施有效地减少了开关损耗,电磁应力和电磁干扰。在简要介绍变换器工作原理的基础上,本文着重分析了电压、电流的变化规律,特别是推导出各开关元件实现软开关的条件及其数学表达式,并得到了实现软开关的通用条件。试验结果证明根据该通用条件设计的实验样机能够在大负载范围内实现软开关。     

适用于ISOS拓扑的高压DC/DC变换器研究

在电力电子变压器和直流配电网等领域,需要采用DC/DC变换器双向传输能量。为了适用不同电压等级电网,研究适用于ISOS拓扑的双向DC/DC变换器,采用双向LLC谐振实现能量双向流动时开关器件的ZVS和准ZCS,使用均压电阻实现系统的稳态均压。首先描述双向LLC谐振变换器的工作波形,然后采用基波分析法对电路的增益特性进行分析。将适用于ISOS拓扑的增益特性及软开关的实现条件作为双向LLC谐振网络设计的依据,并对高频隔离变压器和ISOS拓扑的均压电路进行分析与设计。最后研制2个6.25 kW的变换器,对所提出的设计方法进行验证。试验证实变换器能够实现能量双向传输时开关器件的ZVS和准ZCS,并且能量双向流动时变换器具有相同的增益特性,同时变换器的串联不均压度小于3%。     

软开关高增益Buck-Boost集成CLLC型直流双向变换器

研究一种Buck-Boost集成CLLC直流双向变换器,适用于输入输出共地且宽输入电压范围场合应用。直流双向变换器通过Buck-Boost与CLLC电路原边集成、CLLC副边母线电容叠加到原边母线电容上实现高增益。半桥CLLC电路与Buck-Boost电路集成,通过定频PWM同步控制;有助于开关管在较宽输入电压和负载范围实现软开关、高功率密度。该文分析了变换器的拓扑结构及工作模式,理论推导出变压器匝比取n_1:n_2=1:1即可获得高增益,减小了高频谐振变压器的体积和原边的谐振电流。此外,研究Buck-Boost电感L_b对变换器的软开关特性影响,给出了软开关实现的工作条件。搭建了一台低压侧适用电压20~80V、高压侧适用电压100~400V,双向功率600W的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性及方案的可行性。     

一种双向谐振型高频直流变压器通用参数设计方法

交流微电网和直流微电网之间多通过电力电子变压器(PET)构成交直流混合微电网以减少额外的电能转换环节。但是PET中高频变压器的谐振参数常常限值了效率的提升,且谐振拓扑的细微变化也会进一步加剧参数设计的难度。针对该问题,提出一种面向交直流混合微电网(HADM)的双向谐振型高频直流变压器(HFT)通用型参数设计方法,明确只有在谐振电流与输入方波电压基频部分同频同相时传输的平均功率最高。并指出当变压器励磁电感与漏感之比大于一定值时,CLLC、LLC和CLL谐振型高频变压器均可工作在双向功率传输状态,且获得的标幺化增益和效率均满足HADM系统要求,CLLC更有利于功率的有效传输。最后,搭建了一台采用SiC器件的6 kW实验样机,实验结果进一步验证了所提设计方法的可行性和有效性。该样机在双向工作模式下的最高效率大于97%。     

不平衡工况下CLLC型交直流母线接口变换器控制策略

针对交流微电网电压不平衡工况下直流微电网母线电压二倍频脉动问题,提出一种适用于CLLC直流变压器的两级式双向隔离AC/DC母线接口变换器控制策略。首先,对不平衡工况下交直流母线接口变换器功率传输特性进行分析,并设计抑制交流侧负序电流的控制策略。其次,建立CLLC直流变压器的基波等效模型,并分析其电压增益和输入阻抗特性。在此基础上,考虑不平衡工况下CLLC直流变压器输入电压脉动特点,对CLLC直流变压器进行了参数优化设计并提出了基于脉动电压前馈的控制策略以抑制直流母线电压脉动。最后,通过Matlab/Simulink进行仿真,结果表明,采用所提控制策略,在交流母线电压平衡及不平衡工况下均能保证三相电流平衡的同时抑制直流母线电压脉动。     

用于混合动力汽车的三电平双向DC/DC变换器

将三电平技术应用到双向DC／DC装置中，可以提高混合动力汽车驱动系统中双向DC／DC装置的开关频率，为此提出了一种新的三电平双向DC／DC变换器拓扑。通过三电平拓扑和传统两电平拓扑电路的对比分析,得出了相同先决条件下这两种拓扑中开关管电压应力和电感电流可减小的幅度。最后通过仿真试验验证了分析结果。     

宽输入高增益隔离升压型DC/DC变换器

隔离升压型DC/DC变换器是一类可以将低压直流母线变换成高压直流母线并实现电气隔离的变换器的统称。该技术在新能源发电领域如燃料电池发电系统以及微逆变器系统中应用广泛,其研究热点是宽输入适应性、高增益和高效率功率变换。LLC谐振变换器很好地符合这些要求。为此,研究了基于全桥LLC谐振变换器的高增益隔离升压型DC/DC变换器,提出了单级式和两级式两种方案,单级式方案为输出稳压LLC谐振变换器,而两级式方案为Boost变换器级联输出不稳压LLC谐振变换器。分别提出了LLC谐振变换器在单级式和两级式方案中的基于最佳励磁电感的谐振腔参数设计方法,并且分别通过样机实验验证了所提出的设计方法的有效性。     

基于多谐波阻抗模型的CLLC谐振变换器轻载多移相控制分析与设计

CLLC谐振变换器具有双向功率传输、自然软开关、宽范围电压输出等优势,但轻载运行时,存在输出电压失调和传输效率降低等问题。文章基于多谐波阻抗模型,对CLLC谐振变换器的多移相控制进行分析,设计适用于轻载运行的双移相控制,有效解决轻载输出电压失调问题,提升轻载功率传输效率。首先,建立CLLC变换器的多谐波阻抗模型,求解多移相控制下的轻载输出电压增益与谐振电流有效值;然后,分析不同移相角对输出电压值和谐振电流值的影响,并据此设计双移相控制,实现可靠的轻载电压增益调节,同时降低轻载运行的损耗;最后,搭建一台21.5V/400V,200W的全桥CLLC谐振变换器实验样机,实验结果证明所提多谐波阻抗模型的正确性和轻载运行下双移相控制的有效性。     

直流微网系统用交错并联双向直流变换器控制方法

直流微电网系统的能量需要双向传输,为了解决双向交错并联变换器相间不均流的问题,本文研究了一种应用于直流微电网系统的交错并联双向Buck/Boost直流变换器的含有同步整流调制的带占空比分配的控制方法。本文描述了变换器的运行原理,然后对变换器的调制方式与控制方法进行了详细分析。该方法在传统的PI控制方法上引入了占空比再分配方法,根据每相电感电流的大小调节每相占空比,既能实现稳定的输出电压电流,也能自动实现两相均流,同时该方法可拓展到多相变换器,并且同步整流控制也使得变换效率更高。最后,搭建了低压侧为40~120 V,高压侧为200 V,输出功率为5 kW的仿真模型。仿真模型验证了理论分析的正确性。     

一种交错并联零电流软开关双向DC/DC变换器设计*

针对传统交错并联式双向DC/DC变换器在高频大功率工作时,开关管损耗大的问题,设计了一种零电流软开关交错并联式双向DC/DC变换器;通过在开关过程前后引入谐振,实现零电流开通和零电流关断,降低开关损耗;进一步分时段模态分析了Boost/Buck模式下的电路工作机理,并在其基础上提出了一种适用于特定占空比的改进型零电流软开关双向DC/DC变换器。最后,通过仿真对比,验证了所设计零电流软开关变换器能量转换效率得到了提高。     

一种并联输入并联输出的宽范围双向隔离DC/DC变换器

目前,DC/DC变换器广泛应用于新能源发电、电动汽车以及锂电池化成分容等领域。针对低压大电流双向功率传输应用场合,提出了一种输入并联输出并联的宽范围双向隔离DC/DC变换器。该变换器由2个相同的两级式DC/DC变换器组成,前级采用高效率LLC谐振变换器作为直流变压器,以实现电气隔离;后级采用交错式Buck/Boost变换器,保证宽范围电压输出和高动态性能。所提变换器能够实现功率的双向传输,且采用了一种功率方向改变时,无需进行功率流向判断与开关逻辑切换的调制策略,简化了系统的控制策略并提高可靠性。设计了1台3 kW的实验装置,实验结果验证了所提变换器及其控制方法的可行性和有效性。     

应用于混合动力汽车的三电平双向DC/DC变换器

为了提高混合动力汽车驱动系统中双向DC/ DC装置的开关频率,把三电平技术应用到该装置中,提出一种新的三电平双向DC/DC变换器拓扑。通过分析电路,在相同先决条件下,将三电平拓扑和传统两电平拓扑相比,得出前者的开关管电压应力和电感电流可减小的幅度,最后通过仿真试验验证了分析结果。