三类组合直流变换器型高频环节逆变器的分析比较

组合直流变换器型高频环节逆变器是由两个相同的隔离双向直流变换器输入侧并联、输出侧反向串联构成,包括Buck、Boost、Buck-Boost型三类。主要对Buck、Boost、Buck-Boost组合直流变换器型高频环节逆变器的电路拓扑、控制策略、输入电流纹波、输出电压纹波、关键电路参数、原理实验波形等方面进行了比较研究,获得了重要结论。     

一种无源无损吸收的交错并联Buck电路

针对传统单相高压大功率Buck变换器中由于线路寄生参数和器件非理想特性的影响,在功率开关管两端会产生过高电压尖峰的缺点,提出一种无源无损吸收的交错并联Buck电路.详细分析了该变换器的工作原理,通过仿真与实验进行验证,结果表明该变换器能够在不增加额外损耗的前提下有效抑制电压尖峰,同时可以增大纹波频率和减小输出电流纹波,降低对滤波电感和滤波电容的要求,提高变换器的功率密度.     

考虑ESR的DC-DC型开关变换器的研究

电容的寄生参数串联等效电阻（ESR）是电容的一个重要参数,它对电路的性能有较大影响,特别是当电容用于DC-DC型开关变换器中输出电压滤波时对输出电压的纹波影响较大,由于电容的ESR存在,它增加了DC-DC型开关变换器动态小信号数学模型的一个零点,在分析和设计DC-DC型开关变换器系统中应予以重视。文中以Buck型开关变换器为例,分析讨论了电容串联等效电阻对Buck型开关变换器的输出纹波电压及动态小信号数学模型的影响,利用psim软件对所得的结论进行了仿真验证。所得到的结论对DC-DC型开关变换器其它拓扑的滤波电容的选择和控制系统设计有参考价值。     

考虑滤波电容ESR的Boost变换器输出纹波电压畸变机理及精确建模

Boost变换器由于受元件寄生参数的影响,输出纹波电压存在多种畸变波形,传统的忽略寄生参数的纹波电压波形分析结果单一,且误差较大,因此需要深入研究揭示纹波电压的畸变机理并建立较为精确的数学模型。研究发现开关变换器输出滤波电容的等效串联电阻(equivalentseries resistance,ESR)是引起输出纹波电压波形畸变及产生较大误差的主要原因。针对传统忽略ESR的Boost变换器输出纹波电压分析方法存在的问题,提出一种考虑滤波电容ESR的纹波电压建模方法,研究发现变换器工作在电感电流连续导电模式和不连续导电模式均存在5种类型纹波电压波形,并推导了不同模式下每种类型的输出纹波电压解析式。在此基础上进行了实验验证,实验结果验证了纹波电压畸变机理分析的正确性,同时表明建立的纹波电压数学模型具有较高的精度。     

基于MC33063的降压式开关电源的设计

通过对Buck型变换器工作于连续导电模式（CCM）和不连续导电模式（DCM）时的情况进行分析,得出输出纹波电压和电感峰值电流的表示式．推导出了Buck变换器在输入电压、负载电阻的整个动态范围内均工作在CCM时的输出纹波电压最大值和电感峰值电流最大值,得出当输入电压为最大值并且负载电阻为最小值时,变换器的输出纹波电压和电感峰值电流均取得最大值;运用MC35065芯片设计降压开关电源,使电源电路输出电压为0～18V可调,最大电流达到1A,纹波小于3％．稳压系数小于5×10^-3。对样机进行了实验测试,测试结果验证了理论分析的正确性和设计方法的可行性。     

考虑电容ESR的Buck变换器输出纹波电压精确建模

针对Buck变换器传统输出纹波电压分析不够精确的问题,提出了考虑电容等效串联电阻(Equivalent Series Resistance,ESR)的纹波电压建模方法,较之传统的纹波电压分析方法,文中提出的建模方法不仅能反映其非线性本质特征,而且该建模结果具有较高的精度。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性,研究结果可为高精度Buck变换器分析和设计提供理论依据。     

低输出电压纹波准单级反激PFC变换器

提出了一种低输出电压纹波准单级反激功率因数校正(PFC)变换器,它由1个双输出反激变换器和1个具有快速动态响应能力的Buck变换器组成,Buck变换器由双输出反激变换器的辅助输出供电,其输出与双输出反激变换器的主输出串联给负载供电。双输出反激变换器用于实现PFC功能;Buck变换器补偿双输出反激变换器主输出的2倍工频电压纹波,实现低输出电压纹波和快速动态响应。实验结果表明,在保持同样功率因数值的前提下,准单级反激PFC变换器极大地减小了单级反激PFC变换器的输出电压2倍工频纹波,其动态响应速度远快于单级反激PFC变换器,与两级级联PFC变换器的动态响应速度相近,并获得了高于两级级联PFC变换器的效率。     

脉冲跨周期调制连续导电模式Buck变换器低频波动现象及其抑制技术

揭示并分析了连续导电模式(CCM)脉冲跨周期调制(PSM)Buck变换器中输出电压低频波动现象及其形成机理,提出了一种应用电感电流纹波注入反馈(ICRIF)法来抑制该现象的技术。结果表明,输出电容串联等效电阻(ESR)是影响PSM CCM Buck变换器控制性能的关键参数。选用较小ESR输出电容时将引发输出电压低频波动;而选用较大ESR输出电容时可抑制该现象,但输出电压纹波仍然很大。利用ICRIF法,可以抑制低ESR输出电容时的低频波动现象,还可以有效降低输出电压纹波。电路实验结果验证了理论分析和电路仿真的正确性。     

一种低输出电压纹波反激PFC变换器

为降低工作于电感电流断续导电模式(DCM)反激功率因数校正(PFC)变换器输出电压二倍工频纹波,提出了一种低输出电压纹波反激PFC变换器,它由一个具有快速动态响应特性的DCM Buck变换器和一个双输出绕组DCM反激PFC变换器组成。阐述了低输出电压纹波反激PFC变换器的基本原理,分析了变换器实现低输出电压纹波的条件,并通过实验验证了理论分析的正确性。实验结果表明,所提出的反激PFC变换器不但实现了低输出电压纹波,而且具有快速动态响应特性。     

交错并联Buck变换器本质安全的研究

为使Buck变换器以较小的最大输出短路释放能量满足本质安全要求,提出将交错并联技术应用于Buck 变换器,以两支路交错并联Buck变换器为例进行研究,在与传统Buck变换器总输出电流相同的情况下,使电路的总电流输出纹波减小,输出电压纹波减小,且支路电流为总电流的1/2,减小了开关管和续流二极管的电流应力,总输出电流纹波...     

基于交错并联Buck变换器新型驱动电路的研究

传统的电压源驱动MOSFET的方式,开关损耗会随着开关频率的增加而显著增加。交错并联技术能够以较低的开关频率实现高频输出电压波动,具有纹波互消、相间分流等优点。在此将一种新型的电流源驱动电路应用于交错并联技术的Buck主电路,在对电路损耗进行详细分析的基础上,设计了在开关频率1 MHz、输入5 V条件下,实现输出1.3 V/20A的电路拓扑,达到了较小电压纹波输出和较高装置效率的要求。     

1200V碳化硅MOSFET与硅IGBT器件特性对比性研究

搭建了输出特性测试电路、漏电流测试电路、双脉冲测试电路和Buck电路,对1 200 V SiC MOSFET和Si IGBT的输出特性、漏电流、开关特性和器件损耗进行了对比研究,分析了SiC MOSFET的主要优缺点。分析结果表明,SiC MOSFET在高温条件下依然拥有稳定的阻断能力;在同样的工作条件下,SiC MOSFET损耗更小,适合在高频率、大功率场合下使用;SiC MOSFET的跨导低,导通电阻大,所以门极驱动电压需要比较大的摆幅(-5/+20 V);由于开关速度很快,SiC MOSFET对线路杂散参数更加敏感。     

一种Buck输出纹波比的简化计算及设计方法

Buck变换器是一种高效的DC-DC降压开关电路,其输出的直流电压受到纹波干扰。纹波比是一个重要的性能指标,它受开关频率、滤波电感电容、占空比和负载电流（或负载电阻）等参数共同影响,不易精确计算。先构建一种与Buck变换器（电感电流连续）完全等效的理想电路拓扑;分析此电路的频率响应特性后得到电路的稳态输出;进一步的纹波理论计算及仿真分析表明,电路输出纹波比的计算完全可以由基波纹波比代替。基于上述简化纹波比计算的结论,又提出了一种设计滤波元件L、C参数的方法,并将这种方法运用于实例设计中,最后的仿真及实验数据都说明采用此方法能有效地计算出满足纹波比指标要求的L、C参数范围。     

基于SiC器件的大功率交错并联Buck电路

交错并联Buck电路能够以较低的开关频率实现高频输出,在与传统的Buck电路输出电流相同的情况下,输出的电流纹波减小,支路电流为主电路的1/2,从而减小了开关管和二极管的电流应力,在一定程度上可以提升电路效率。碳化硅(SiC)作为一种新型材料,可以在高压、大功率、高频、高温条件下应用。在大功率条件下把碳化硅和交错并联Buck电路结合起来,与硅(Si)器件进行对比,通过实验进行验证,结果证明SiC交错并联Buck电路的应用优势。     

一种通用高精度DSP控制的Buck变换器设计

基于DSP高性能模数(A/D)转换器和脉冲宽度调制器(PWM)的功能,设计了一种通用的数字PID控制的Buck变换器。在完成主电路设计的基础上,讨论了PWM控制理论的基本原理。通过分析DSP的PWM产生方式和PID控制算法,设计了一种通用的数字PID控制器。详细解析了数字PID控制器的设计过程并制作了试验样机进行实验。静态测试表明,当Buck转换器的输入电压和负载改变时,输出电压的稳态值变化范围非常小;动态测试表明,当Buck转换器的输入电压和负载快速跃变时,其输出电压波动峰值很小且能迅速恢复。提出的通用高精度DSP控制的Buck转换器具有控制精度高、动态响应快和强鲁棒性等特点,为大功率数字DC-DC通用化设计提供了思路。     

一种改进型抑制SiC MOSFET桥臂串扰的门极驱动设计

由于传统驱动中SiC MOSFET在高开关频率的情况下其寄生参数造成的桥臂串扰更加严重,而现有的抑制串扰驱动电路大多是以增加开关损耗,增长开关延时和增加控制复杂度为代价抑制串扰。因此,根据降低串扰产生过程中驱动回路阻抗的思想,提出一种在栅源极间增加PNP三极管串联二极管和电容的新型有源密勒钳位门极驱动设计,并分析其工作原理,对改进驱动电路并联电容参数进行计算设计。最后,搭建了直流母线电压为300V的同步Buck变换器双脉冲测试实验平台,分别与传统串扰抑制电路,典型串扰抑制电路的正负向串扰电压尖峰抑制效果和开通关断速度做对比分析。实验结果表明,提出的串扰抑制驱动电路正负向电压尖峰分别比传统和典型串扰抑制电路降低了80%和40%,同时减少了32%的器件开关延时。     

一种无电解电容的单级复合LED驱动电路

近年来为了提高LED驱动电路转换效率和减小输出纹波,单级复合型电路得到深入研究与应用。针对辅助绕组支路上串联Buck电路的单级反激LED驱动电路,研究了一种输出电流谐波注入方案,以减小输出电容,使得输出电解为高频容所代。首先,介绍单级复合电路的工作原理,推导输出电压纹波与负载电流的关系,分析脉动电流的相位对电容电压纹波的影响,给出负载电流谐波注入方案的设计依据;其次,给出所述方案的实现方式与电路;最后,研制了一台150 W实验样机,验证方案的可行性与有效性。