《软开关电源原理与应用》

软开关电源是相对于硬开关电源而言的。人们通常所说的开关电源，指的是硬开关电源。这种电源，开关器件（开关管）是在承受电压或电流的情况下膁通或断开电路的，因此在接通和关断的过程中会产生较大的损耗，即所谓开关损耗。     

零电压零电流谐振极型软开关逆变器

提出一种新型的零电压零电流谐振极型软开关逆变器,可在主功率器件开通和关断时,同时实现零电压和零电流,因此对于内部电容不能忽略的器件,减小了其容性开通损耗,当IGBT作为主功率器件时,亦减小了其拖尾电流引起的损耗,主功率器件真正实现了无损耗换相.此外,续流二极管的反向恢复损耗被降低到最小,辅助开关也实现了零电流开关.对其工作原理进行了分析,给出了不同工作模式下的等效电路图.制作了一台1 kW的实验样机,实验结果验证了该软开关逆变器的有效性.     

大功率H桥逆变器损耗的精确计算方法及其应用

大功率H桥逆变器中广泛采用IGBT作为开关器件,传统的IGBT开关损耗计算是基于供应商提供的开关能量曲线,而该曲线上所提供的开关能量与逆变器实际运行时的数据有较大出入。为此,提出了一套完整的大功率H桥逆变器的损耗分析与精确计算方法。逆变器损耗主要包括IGBT损耗和电解电容损耗,而IGBT损耗又包括导通损耗、开通损耗、关断损耗和反向恢复损耗。给出了各类损耗的定量计算方法,并且采用了双脉冲测试方法获得实际开关能量曲线,因此计算结果更加精确。搭建了一台3.45kVA的实验样机,1kHz开关频率下满载运行时,计算损耗为218W,实测损耗为210W。实验结果验证了所提出的分析与计算方法的准确性。     

一种基于di_C/dt反馈控制的大功率IGBT驱动保护方法

针对大功率IGBT提出一种新型的有源门极驱动保护方法。在IGBT正常开通与关断过程中,利用di_c/dt反馈控制,设计软开通及软关断电路,有效缩短IGBT的开通与关断时间,提高IGBT的开关频率,减小器件功率损耗;在IGBT发生短路时,结合di_c/dt反馈技术,设计改进型有源钳位保护电路,实现IGBT软关断,防止关断时产生较大的过冲电压损坏IGBT,同时有效减小门极触发电阻R_g上的损耗。利用Saber软件进行电路仿真,并基于大功率IGBT模块YMIF1200-33实验平台,验证方案的可行性,结果表明,相对于传统控制方案,正常开关情况下,开通时间缩短了26.5%,关断时间缩短了52.6%;短路情况下,相对于传统有源钳位方法,改进方案在有效钳住V_(CE)电压的同时,关断期间门极电阻上的电流减小到原来的35.4%,并能在短路发生的第一时间迅速可靠地关断IGBT。     

零电压零电流谐振极型软开关逆变器

提出了一种新型的零电压零电流谐振极型软开关逆变器。在主功率器件开通和关断时,实现零电压和零电流,减小了电路损耗。同时,续流二极管的反向恢复损耗被降低到最小,辅助开关也实现了零电流开关。对其工作原理进行了分析,给出了不同工作模式下的等效电路图。制作了一个1 k W的试验样机,结果验证了该软开关逆变器的有效性。     

PWM零电直流变流器中一种新型的压零电流转换软开关单元

提出了一种新型的零电压零电流转换(ZVZCT)软开关单元，并基于该开关单元，构造了BuckZVZCTPWM变流器。该变流器实现了主开关管的零电压零电流开关，辅助开关管的零电流开通、零电压零电流关断，以及续流二极管的零电压零电流关断、零电压开通：不但适合于少子器件，而且适合于多子器件，同时保持PWM控制的特点。同时，该ZVZCT软开关单元可以推广到其它变流器之中，构造出新型ZVZCTPWM变流器族。进行详细的稳态分析、仿真分析和实验验证。实验结果完全验证了理论分析的正确性。     

新型零电压开关谐振直流环节逆变器

为提高逆变器的转换效率,提出一种新型零电压开关谐振直流环节逆变器。通过在传统硬开关逆变器的直流环节添加辅助谐振单元,使直流母线电压周期性地归零,实现逆变桥开关器件在零电压条件下完成切换,而且辅助谐振单元中的开关器件也可以实现零电压开通和零电流关断。此外,辅助谐振单元中的开关器件和谐振电感都没被设置在直流母线上,降低了辅助谐振单元的损耗。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回路的参数设计原则。制作一个10kW的实验样机,通过实验结果验证该谐振直流环节逆变器的有效性。     

功率半导体应用专栏（连载）（十二）应用于反激变换器中的BIMOSFET的相关性能

反激变换器的一个典型应用场合是在逆变器中给IGBT的驱动提供辅助电源。此时反激变换器的开关管需要有比较高的击穿电压和快的开关速度。为了降低开关损耗，开通和关断的能量也要小。BIMOSFET的一个主要的优点就是它的开通损耗小，另外它的导通损耗也比较小。把MOSFET和BIMOSFET对比来看，BIMOSFET的损耗大概要小35％左右。     

自激式半桥零电压开关PWM变换器

提出了零电压开关变换的一种新型自激ＰＷＭ变换器，它完全摒弃了依靠变压器磁化曲线形成状态转换的传统方式。通过加入熄火区间实现了开关功率器件的零电压开通与关断。     

一种高增益软开关Boost-Forward变换器

提出一种高增益软开关Boost-Forward变换器。通过采用耦合电感提高了变换器的电压增益,开关管两端的并联电容限制了关断时的电压变化率,降低了关断损耗,合理设置开关驱动之间的死区,实现了开关管零电压开通。开关管的电压应力均低于输出电压,可采用低导通电阻的开关管降低导通损耗。合理设计漏感大小,解决了二极管的反向恢复问题。此外,耦合电感在开关导通和关断期间均向二次侧传递了能量,提高了耦合电感利用率。最后搭建了一台实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。     

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。     

开关-耦合电感DC-DC变换器

本文提出了开关-耦合电感DC-DC变换电路。在针对已经含有开关电感模块和耦合电感模块的DC-DC拓扑族的研究之上,将开关电感和耦合电感进行耦合,使其作为开关-耦合电感发挥作用,进而得到高电压增益、效率得到改善的新式软开关DC-DC变换器。该类变换器集成了含有开关电感模块和耦合电感模块的DC-DC变换器的升压功能,并且同时实现了有源器件的软开关,改善了效率。主要有源器件S在导通的时候实现了零电流导通（ZCS）,减少了它的损耗。关断时漏感能量通过嵌位二极管传递到输出侧,减少了能量损耗、改善了EMI环境。整流二极管能够在零电流（ZCS）情况下关断,此状态优化可以二极管的反向恢复特性,降低反向关断时的损耗。以开关-耦合电感Boost变换器为例进行了该类电路的研究,分别分析了电路的工作原理和周期工作模式,并推导了电压增益的数学公式。在理论指导下,采用200W开关-耦合电感Boost实验样机,证实所提电路理推理的可实施性和准确性。     

PWM直流变流器中一种新型的零电压零电流转换软开关单元

提出了一种新型的零电压零电流转换(ZVZCT)软开关单元,并基于该开关单元,构造了Buck ZVZCT PWM变流器.该变流器实现了主开关管的零电压零电流开关,辅助开关管的零电流开通、零电压零电流关断,以及续流二极管的零电压零电流关断、零电压开通;不但适合于少子器件,而且适合于多子器件,同时保持PWM控制的特点.同时,该ZVZCT软开关单元可以推广到其它变流器之中,构造出新型ZVZCT PWM变流器族.进行详细的稳态分析、仿真分析和实验验证.实验结果完全验证了理论分析的正确性.     

电动钻机大功率变频装置故障分析

分析中原油田电动钻机高压大功率变频器烧损故障,研究钻机变频供电高频谐振与变频器功率开关器件损坏之间的内在联系。分析故障时输出电流与器件触发脉冲波形,发现供电线路谐振造成功率开关器件强制高频开通、关断,器件损耗增大;同时高频谐振又导致功率器件的不完全导通和关断,器件内部发生局部过流和过热,烧损开关管。     

新型ZVZCT PWM直流变换器族的研究

提出了一种新型零电压零电流转换 (ZVZCT)软开关单元 ,并基于该开关单元 ,构造了BuckZVZCTPWM变换器和BoostZVZCTPWM变换器 ,形成新型ZVZCTPWM直流变换器族。详细分析了BuckZVZCTPWM变换器的工作原理 ,主开关管实现了零电压零电流开关 ,辅助开关管实现了零电流开通、零电压零电流关断 ,续流二极管实现了零电压零电流关断、零电压开通。该软开关单元不但适合于少子器件 ,而且适合于多子器件 ,同时保持PWM控制的特点。仿真分析和实验结果完全验证了理论分析的正确性     

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。     

一种新颖的ZVT Boost变换器

脉宽调制（Pulse Width Modulation,简称PWM）Boost变换器被广泛用作DC/DC变换器和功率因数校正装置。提出了一种新颖的零电压转换（Zero Voltage Transition,简称ZVT）Boost变换器,利用能量反馈辅助电路实现了升压管的ZVT和升压二极管的软开关。辅助电路由辅助开关管、耦合电感（反激变压器）和反馈二极管构成。辅助开关管实现了零电流开通和近似零电压关断,变换器的效率较高,电磁干扰低。在辅助开关管关断时,耦合电感将谐振电路中的能量馈送至电源端,功率器件的电压电流应力较低,辅助电路的传导损耗较小。详细分析了该变换器的工作原理,并通过样机进行了验证。     

功率半导体应用专栏（连载）：（十一）快，更快，超快!优化应用于开关电源中的二极管

目前我们正努力去提高功率开关MOSFET，IGBT的性能——减小正向压降，减少关断能量，在开关型感性负载中，开通损耗在很大程度上取决于续流二极管的工作特性，现在开通损耗已经占据了整个功率损耗的绝大部分。在单个封装内串联二极管的技术可以优化给出的设计。本文就以PFC电路为例，介绍如何选择最优的二极管。     

电动汽车用开关磁阻电动机控制角度优化的研究

基于50 kW的开关磁阻电动机在电动汽车制动过程中能量回收最大化原则,通过Ansoft软件后处理功能,对参数开通角和关断角采用网格法进行优化,依据开通角和关断角与功率和能量回收率的对应变化曲线,得到对应不同转速下的最优开通角和关断角。这为电动汽车用开关磁阻电动机的控制策略提供了充足的理论依据。     

基于软开关技术的PWM变频调速系统

软开关电力电子技术利用在零电压（零电流)条件下控制开关器件的导通和关断,从而在理论上实现了开关器件的零损耗。介绍一个基软开关技术的PWM变频调速系统。利用8051单片机组成控制系统,来控制IGBT的导通和关断。在主电路中,采用辅助二级管谐振极PWM逆变器来实现软开关技术。