电压调整模块（VRM）拓扑综述

电压调整模块（VRM）是分布式电源系统（DPS）中的核心部件。本对近几年提出的VRM拓扑作一综述,主要介绍了准方波（QSW）工作方式同步整流Buck电路、有源箝拉电感耦合Buck电路、推挽正激变换器等三种拓扑及它们的改进型拓扑结构和工作特点,同时介绍了交错并联（Interleaving）和内置输入滤波器（Built-in Input Filter）等新的概念和技术。     

1 MHz软开关同步Buck变流器的研究

实现了一种新型的软开关同步Buck电路,即采用耦合电感的方法.比较了该电路和准方波（QSW）的损耗分析.通过一台开关频率为1 MHz样机的效率测试,证明其适用于高频应用,也为两级电压调整模块（Voltage Regulator Module,简称VRM）的前级电路提供了一种候选拓扑.     

交错并联反激式三电平逆变器

传统Flyback逆变器应用在高电压、大功率场合时常会存在电压应力过大等问题。为此,在传统反激逆变器拓扑中引入二极管箝位多电平技术,提出了一种交错并联反激式三电平逆变器。分析了该拓扑的工作原理,推导了输入与输出的关系,并分析了该逆变器的外特性,给出了电路中主要参数的计算方法。仿真和实验结果验证了所提拓扑的可行性。     

准单级单向Buck直流变换器型高频链并网逆变器

提出准单级单向Buck直流变换器型高频链并网逆变器电路结构与拓扑族。其电路结构是由单向隔离Buck直流变换器和极性反转逆变桥级联构成;其拓扑族包括推挽正激式、双管正激式、并联交错双管正激式、半桥式和全桥式电路。深入分析研究类逆变器的电路拓扑、电流瞬时值控制策略、稳态原理特性和关键电路参数设计准则。以推挽正激式拓扑为例,设计并研制出1kW48VDC/220V50HzAC并网逆变器样机。研究结果表明,此类逆变器具有高频电气隔离、电路结构简洁、准单级功率变换、变换效率高、极性反转逆变桥功率开关电压应力低且为ZVZCS、并网电流质量高等优点。     

推挽正激式准单级高频环节光伏并网逆变器

分析研究了推挽正激式高频环节光伏并网逆变器的电路拓扑、开路电压法与变步长扰动观察法相结合的双模式最大功率点跟踪(MPPT)控制、输入电压外环和输出电流内环的双环PWM控制策略,给出了关键电路参数设计准则。该电路拓扑是由推挽正激式直流变换器和极性反转逆变桥级联构成,属于准单级电路结构。DC 1 kVA 48 V/220 V 50 Hz光伏并网逆变器样机的设计、仿真与实验结果表明,该光伏并网逆变器具有高频电气隔离、准单级功率变换、MPPT准确、极性反转逆变桥功率开关电压应力低且为零电压零电流开关(ZVZCS)、变换效率高、并网电流质量高等优点,在中小容量光伏并网逆变场合具有重要应用价值。     

用于电压调整模块的改进型双频Buck变换器

分析了各种电压调整模块(Voltage Regulator Module,简称VRM)拓扑电路的特点及用途,针对传统的变错并联Buck变换器和双频Buck变换器用于VRM中时出现的问题,提出了一种新的VRM电路,它采用低频电感变错并联的双频Buck变换器,结合了交错结构和双频结构各自的优势.分析了低频电感的优化方法,提出了新型VRM电路的控制策略,最后给出了实验结果,证明了珲论分析的止确性.     

三相交错并联VRM的状态反馈线性化控制

以三相非隔离式交错并联VRM为研究对象,应用微分几何理论实现三相VRM的非线性解耦控制.首先在统一的开关脉冲函数下,建立三输入三输出仿射非线性模型;基于微分几何理论得到三相VRM的状态反馈线性化解耦控制规律;最后给出了仿真对比实验,结果表明基于状态反馈线性化控制的交错并联VRM有良好的动态品质和稳态特性.     

48V输入电压调节模块的现状及未来

分析了48V输入电压调节模块(VRM)设计的难点，系统地介绍在主电路拓扑选择、同步整流器选择、输出滤波器的设计中应遵循的原则。同时简要讨论了VRM设计时在电路布局、控制环设计及变压器设计时应注意的问题。     

并联反激式高频环节单相逆变器研究

研究了适合于低压输入且实现电气隔离的并联反激式高频环节单相逆变器,并对构成这种逆变器的电路拓扑、SPWM控制策略以及关键电路参数的设计进行了深入的分析研究。这种高频环节逆变器的前级为两路并联的反激式DC/DC变换器,其后级为全桥DC/AC逆变。前级采用SPWM控制技术,其输出电压为馒头波,使得后级全桥逆变电路基本上工作在低频开关状态。实验结果表明,该单相逆变器具有结构简洁、开关损耗低、电气性能好等优点,适合中小功率输出逆变器的理想拓扑。     

准单级隔离Buck-Boost型多输入逆变器

提出一类准单级隔离Buck-Boost型多输入逆变器电路结构与拓扑族,及具有不同供电模式平滑无缝切换的主从功率分配能量管理正弦脉宽调制(SPWM)控制策略,并对这类多输入逆变器的电路结构与拓扑、稳态原理特性、多输入源占空比之间的关系、能量管理控制策略和关键电路参数设计准则等进行深入的理论分析,并获得重要结论。该电路结构是由带多输入选择开关串联电路的双向隔离Buck-Boost直流变换器和极性反转逆变桥级联构成,包括单管式等4个拓扑。该主从功率分配能量管理SPWM控制策略是由n-1个输入电压环、具有n路功率分配、带功率独立控制的输出电压瞬时值反馈环三部分构成,能实现不同供电模式的平滑无缝切换。设计并研制的500V·A、DC 80V~110V/AC 220V(50Hz)多输入逆变器样机,具有变换效率高、输出波形质量高、带载能力强、不同供电模式间平滑无缝切换等优良性能。     

基于谐振式三电平半桥直流变换器的电力变压器拓扑结构

针对现有的几种典型电力电子变压器(PET)拓扑结构对电网电压暂升骤降的变化抑制能力较弱,无法保证负载电压的恒定,提出一种基于谐振式双侧三电平半桥直流变换器的电力变压器拓扑结构。该系统输入级使用三相三电平PWM变换器,有效确保了交流电网输入的电流和电压维持波形正弦及直流侧电压恒定,功率因数可调,降低了电路元件的耐压等级。隔离级采用LC谐振式的半桥三电平DC-DC变换器,该变换器可有效降低电路损耗,提高电能质量。在此基础上,结合系统的工作特征在本系统输入级、隔离级和输出级引入闭环控制策略,提高了电路的稳定性,保证了系统的输出电压的恒定,抑制了输入级电压突变对输出的影响。仿真结果验证了该方案的可行性和有效性。     

基于谐振式三电平半桥直流变换器的电力变压器拓扑结构

针对现有的几种典型电力电子变压器(PET)拓扑结构对电网电压暂升骤降的变化抑制能力较弱,无法保证负载电压的恒定,提出一种基于谐振式双侧三电平半桥直流变换器的电力变压器拓扑结构.该系统输入级使用三相三电平 PWM 变换器,有效确保了交流电网输入的电流和电压维持波形正弦及直流侧电压恒定,功率因数可调,降低了电路元件的耐压等级.隔离级采用 LC谐振式的半桥三电平 DCＧDC变换器,该变换器可有效降低电路损耗,提高电能 质量.在此基础上,结合系统的工作特征在本系统输入级、隔离级和输出级引入闭环控制策略,提高了电路的稳定性,保证了系统的输出电压的恒定,抑制了输入级电压突变对输出的影响.仿真结果验证了该方案的可行性和有效性。     

宽适应性驱动电源电路研究

本文研究并设计了一种宽适应性的驱动电源电路。该电路由隔离式推挽电路和降压电路组成。可以将输入电压通过隔离式推挽电路变换为两路独立的隔离输出电压,两路隔离输出电压再分别经过降压电路变换为驱动系统所需的正负电压值。该驱动电源电路具有输入电压范围宽、输出电压稳定、两组输出相互独立、峰值功率大、隔离电压高等优点。经实际测试证明,该驱动电源电路具有较宽的适应性,可以应用到大部分驱动系统。     

电压调节模块的现状与发展

由于计算机和通信技术的发展,微处理器的工作电压越来越低,容量成倍增加,负载调整率也不断提高,这就促使电压调节模块的设计要不断出新。电压调节模块(VRM)主要分为非隔离型和隔离型两类,本文介绍了两种类型电压调节模块主要的拓扑结构,分析了电路的特点以及电路本身的优缺点,并简单介绍了电压调节模块的发展趋势。     

基于移相全桥的两级式交错并联DC/DC拓扑研究

针对电动汽车的快速、安全、高效充电等热点问题,提出了并联型DC/DC全桥与降压型变换器拓扑相结合的控制策略,利用移相全桥控制技术和交错并联控制技术,实现高频磁隔离功能,提高电流控制性能,提升整个系统效率.详细介绍了两级式DC/DC变换器的拓扑结构和工作原理,前级移相全桥电路通过移相控制实现软开关功能,并降低开关损耗,而后级降压电路可以实现闭环控制,输出固定电压.由此表明交错并联技术能够使输出电流纹波得到有效抑制,从而输出更高功率.本系统基于TMS28335进行软件设计,研制出一台最大输入电压为700 V,输出电压为250～550V的5 kW变换器,验证了所提出控制策略的可行性.     

组合双向升压直流变换器型高频链逆变器

提出了一类组合双向升压直流变换器型高频链逆变器电路结构与拓扑,它由两个隔离双向升压型直流变换器输入侧并联、输出侧反向串联构成。深入研究了互补和独立两种电压瞬时值反馈控制方案及关键电路参数设计准则等。研究表明,采用互补控制时占空比变化范围小、副边功率开关电压应力小、输入电流和输出电压纹波小等特点;采用独立控制时占空比变化范围大、副边功率开关电压应力大、输入电流及输出电压纹波大等特点。研制了单端式500VA 18-32VDC/115V400HzAC互补控制逆变器样机,给出了样机测试结果。     

一种兆赫兹级频率范围多相谐振电压整流模块的新颖控制策略

采用交错并联结构多相谐振型拓扑的DC-DC变流器具有更快的瞬态响应和更高的功率密度,因而非常适合作为电压整流模块(voltage regulator module,VRM)而为新一代微处理器提供电源,从而满足其飞速增长的高动态和高效率要求。为了解决交错并联结构多相谐振型VRM变流器在实际运用中遇到的控制难题,该文提出了一种新颖的控制策略思路。在任意情况下,该策略均能实现每一相驱动信号的频率自动跟踪一个中心频率而变化,并保持和该中心频率的相位角固定不变,从而在电路构造简单和低成本的优势下实现多相信号的调制。同时,该控制策略还具有极佳的可扩展性,易于构造成为任意相数从而配合主电路拓扑的需要。该文在给出了详细分析设计思路后,用频率高达1.1 MHz的实验结果和实际样机数据及波形验证了所提控制策略的有效性和实用性。因此,该新颖的控制策略非常有利于多相交错并联结构的谐振型VRM在新一代微处理器架构中的实际应用。     

基于AC-link的并联谐振高压电源的控制方法

介绍了一种基于AC-link技术的并联谐振高压电源的拓扑电路,该结构结合准谐振的工作模式能够实现高功率因数和高效率;采用了基于状态平面图对并联谐振电路的分析方法,该方法相比传统的基波等效分析法具有求解简单、直观、精确和负载适用范围大的特点,并给出了相应推导过程;给出了输出电压为25 k V,电流为1 A的变换器的分析和谐振参数设计。最后进行了仿真,仿真结果表明,基于高频交流链接并联谐振拓扑和基于状态平面图法的控制能够稳定输出电压(1%),实现零电流开关,三相输入电流谐波较低(THD12.5%)与三相电压基本同相位,功率因数为0.99。     

低共模噪声图腾柱SEPIC PFC变换器研究

传统图腾柱SEPIC功率因数校正(PFC)变换器具有低输入电流纹波、高效率、可实现升降压转换的优点,但由于电路在输入电压负半周工作时,其输出电压相对于输入电压开关周期浮动导致了严重的电磁干扰(EMI)问题,从而限制了该拓扑的应用。基于传统图腾柱SEPIC PFC变换器拓扑,分析了共模噪声的产生机理,并提出采用耦合电感以及隔离变压器结构来解决共模噪声以及输出浮动的问题,该变换器不仅实现了低共模噪声,且实现了图腾柱式单级隔离转换。最后搭建了一台200 W实验样机验证了理论分析的正确性与可行性。     

带有源浮充平台的新型电压调整模块

多相交错型同步整流降压式变换器广泛地应用于微处理器电压调整模块(voltage regulator module,VRM)设计中。针对基本Buck变换器在输入、输出电压相差悬殊时,占空比过小问题,提出了一种新型电压调整模块--带有源浮充平台Buck变换器。该文对新拓扑进行了稳态和动态分析,并对拓扑结构进行了探讨。与传统两相交错型同步整流Buck变换器实验结果对比表明,由于新拓扑在基本Buck变换器中加入了有源浮充平台单元,不仅具有大变比的电压转换能力和实现电感电流的交错并联,而且无需采取任何均流措施实现自动均衡各相电感电流,简化了控制电路。同时新拓扑具有开关应力小,效率高的特点。