三相“UⅢ”形无气隙可变耦合度耦合电感研究

为了适应多相交错并联磁耦合变换器对耦合电感的要求、降低磁件对其他元器件的电磁干扰,本文提出了一种适用于三相交错并联磁耦合变换器的"UⅢ"形并且可以改变耦合度的无气隙耦合电感结构。分析了其改变电感耦合度的原理,给出了相关磁芯设计的数学表达式,并通过有限元仿真和实验验证了所提"UⅢ"形耦合电感结构的有效性及其磁路模型的可行性。     

交错并联磁集成双向DC/DC变换器的设计准则

双向DC/DC变换器中大功率储能电感的设计是一件困难而具有挑战性的工作,提出研究双向DC/DC变换器的交错并联磁集成理论以克服这一困难。将三相Buck+Boost双向DC/DC变换器的所有相电感集成为一个耦合电感,对磁集成后变换器运行在Buck模式下的稳态电流纹波和暂态响应速度进行深入研究,给出三相Buck+Boost交错并联磁集成双向DC/DC变换器运行在Buck模式下的设计准则,即在设计这种变换器时,应根据占空比的大小及稳态相电流纹波和暂态总输出电流响应速度的技术要求,利用该文所给出的设计公式和设计区域选择磁集成耦合电感的反向耦合系数。仿真和实验验证了理论分析的正确性。     

混合储能系统六通道双向DC-DC变换器耦合电感研究

采用交错并联磁耦合技术设计了一种六通道双向DC-DC变换器,能够在增大输出功率的同时降低通道电流应力,提高变换器效率。针对多通道变换器主电感磁耦合较难实现的问题,提出一种可应用于复杂多相电感耦合的新型阵列式磁集成技术,实现六个通道主电感之间三种不同的耦合设计,并给出相应的耦合度设计准则,可在保证变换器动态响应速度的同时改善输出电流纹波。实验证明,采用分立电感的变换器和采取耦合电感的变换器,在相同的动态响应速度下,后者能够明显减小通道电流纹波、总输出电流纹波及输出电压纹波。     

DCM模式下交错并联磁集成双向DC/DC变换器的稳态性能分析

针对目前交错并联磁集成双向DC/DC变换器工作在DCM模态下的分析不全面这一研究现状,以两相电感进行耦合的两相交错并联磁集成Buck/Boost双向DC/DC变换器为例,在轻载时关断MOS管,利用MOS管的体二极管具有单向导电的特性,避免电感电流出现负值,从而降低变换器的能量损耗,提高变换器的效率。首先深入分析了运行在Buck状态下的双向DC/DC变换器的DCM模态的稳态性能。其次,分析了变换器的工作状况转换条件,求出各模态转换的临界负载电流。并通过引入的变比与其他参数之间的关系具体分析变换器在各种工作情况(CCM/DCM)下每相相电流的变化规律,同时找出变换器的总输出电流的变化规律。最后,通过仿真和实验的具体数据验证理论分析的可靠性。     

交错并联BDC中耦合电感的优化设计

以三通道Buck+Boost交错并联磁集成双向DC/DC变换器(BDC)为例,分析了三相电感全部进行反向耦合且占空比在0～1的范围内变化时,变换器在Buck模式下的工作模态及其等效电感,进而推导出稳态电流纹波、暂态电流响应速度与占空比和电感耦合系数之间的关系.最后,得出耦合电感的优化设计方法.通过实验和仿真验证了电感优化设计理论的正确性.     

基于非对称耦合电感的交错并联磁集成软开关双向DC/DC变换器的研究

为了解决传统双向DC/DC变换器的损耗较大和效率较低等实际问题,提出了一种将交错并联磁集成技术与软开关技术相结合的控制方法。首先,以非对称耦合电感的交错并联磁集成双向DC/DC变换器为研究实例,分析了当变换器分别运行在一、二、四相电感时的3种工作状态;然后,在每种状态下,分别讨论了电感反向电流的持续时间和死区时间,从而总结出了变换器运行在每种状态下可以实现零电压开关ZVS（zero-voltage switch）的条件;最后,通过实验验证了理论分析的正确性,证实了该设计方案的实用性。     

交错并联磁耦合双向DC-DC变换器非对称耦合电感的研究

对三通道Buck+Boost交错并联双向DC-DC磁耦合变换器运行在Buck模式下的稳态电流纹波和暂态电流响应速度进行了深入研究,同时研究了耦合电感的不对称性对变换器性能的影响,分析了磁耦合变换器的占空比、电感耦合系数对稳态通道电流纹波、暂态总输出电流响应速度的影响,进而总结出三通道Buck+Boost交错并联双向DC-DC磁耦合变换器运行在Buck模式下的设计准则,即在设计这种变换器时,利用本文所给出的设计公式和设计区域设计相关参数。最后通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。     

交错并联磁集成开关电感双向DC/DC变换器

提出一种具有开关电感的交错并联磁集成双向DC/DC变换器,利用开关电感替代传统双向DC/DC变换器中的储能电感,并将所有电感集成为一个耦合电感,充分减小了磁性器件的体积,优化了变换器暂稳态性能。分析了变换器的工作模态,推导得到了变换器电压增益表达式,通过对变换器暂稳态电感的研究对其暂稳态性能进行了深入探讨,并通过推导得出该类变换器耦合电感耦合度的设计准则,同时提出了一种该变换器耦合电感的设计方法。交错并联磁集成开关电感双向DC/DC变换器Boost模式的电压增益是传统变换器的(1+D)倍,使输入输出电流纹波得到减少,同时提高了变换器的动态响应速度。     

采用耦合电感的交错并联电流临界连续Boost PFC变换器

电流临界连续模式(CRM)的Boost功率因数校正(PFC)变换器具有输入功率因数高,二极管零电流截止等优点,采用交错并联技术可以有效降低输入电流脉动和输出电容电流有效值,有利于输入滤波器的设计,提升变换器的效率。本文将两路交错并联的CRM Boost PFC变换器的两个独立电感反向耦合,以进一步减小电感的体积和重量。本文首先介绍耦合电感的基本原理,分析耦合电感对变换器开关频率、输入电流纹波已经磁链的影响,然后讨论了满足最低频率限制和电感不饱和的条件下,耦合电感的设计方法。耦合后最低开关频率仍满足要求且电感匝数可以减小。最后进行实验验证。     

“目”字形耦合电感器的设计及应用

为适应新一代变换器低压、大电流和快速暂态响应的功率需求,提出一种"目"字形耦合电感结构,通过分析耦合电感的磁通分布,建立了磁路模型,从而得到自感、漏感和互感的计算公式,并给出耦合电感的设计方法。通过仿真和实验,证明了磁件模型的正确性,得出"目"字形耦合电感器具有加工简单、电感量大、磁通密度分布更均匀以及直流叠加特性好等优点,将其应用于交错并联磁集成双向DC-DC变换器,具有相电流纹波小及效率高等优点。     

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。     

双向DC/DC变换器中耦合电感的应用研究

为了保证双向DC/DC变换器在降压模式的高效率、低损耗、节约能源等条件下,满足大功率负载的要求,将耦合电感应用到变换器中。对不同工作状态下电感电流的状态方程进行了分析,给出了耦合电感的最大电感电流脉动和最大磁通密度的数学表达式。采用耦合电感后电感储能能力变大、磁芯体积降低,使变换器能够满足"大电流-大功率"负载的要求。最后进行仿真验证,仿真结果验证了理论分析的正确性和可行性。     

电容模型在合成磁芯设计中的应用

应用电容模型,分析传统E型磁心在全桥合成磁心变换器使用中严重的磁路不平衡问题。提出了一种新型的E型磁心设计,根据合成E型磁心中三个臂发挥的不同功能,复杂的全桥合成磁心设计被分为变压器设计和电感设计。推导出相关公式,通过这些公式可以清楚的发现传统E型磁心在应用于全桥变换器中的磁路不平衡问题。提出了一种实际的解决方案,并通过一种3 kWDC/DC交换的实验电路进行了验证。     

一种零电流纹波交错Boost变换器

为了有效利用光伏或燃料电池等低压可再生能源,研究了一种电源直接供电的改进交错连接Boost变换器。与基本交错并联Boost变换器相比,改进交错连接Boost变换器中输入电感交错并联,输出电容交错叠加在输入电源的两端。通过结构改进,使得上述变换器具有较高的电压增益,同时功率开关管和二极管的相对电压应力得到了有效降低;直流电源可以直接供电给负载,提高了效率。在此结构基础上,在输入端引入一个较小的辅助电感,理论上可使输入电流纹波近似等于零。详细分析了该变换器的工作原理及其稳态特性,最后通过实验验证了理论分析的正确性。     

大功率直流系统六相磁耦合非隔离型双向DC-DC变流器研究

针对大功率电力电子系统对高效率、高功率密度、高可靠性双向变流器的需求,采用交错并联磁集成技术,深入研究了适用于大功率系统的六相交错型非隔离全耦合双向功率变换器,同时研究了适用于该变换器的、具备多自由度可变耦合度的阵列式对称化六相耦合电感器。首次提出了可实现六通道变换器主电感之间对称化全耦合的磁集成理论;通过对主电感全耦合理论和变换器的工作模态的详述分析,推导了不同占空比区间下静态及动态等效电感,采用归一化的处理方法,给出最佳耦合系数设计准则,并同时给出了通用扩展型阵列式耦合磁件的设计方法;最后通过仿真和实验,对采用非耦合与全耦合电感的变换器进行性能对比测试,证明了理论分析的正确性。六相非隔离磁耦合技术能够降低每个通道的电流应力、增大功率输出容量、降低总电压电流纹波,并同时改善变换器每相电流纹波和动态响应特性,进一步提高功率密度,更适用于大功率直流变换系统。     

一种应用于全桥电路的合成磁芯的优化设计

应用电容模型,分析了传统E型磁芯在全桥合成磁芯变换器使用中出现的严重的磁路不平衡问题.根据合成E型磁芯中3个臂所发挥的不同功能,将复杂的全桥合成磁芯设计分为变压器和电感设计,并推导出相关公式;然后提出了一种新型的E型磁芯设计作为实际解决方案.最后通过一种3 kW DC/DC实验电路证明该设计在超过30％额定输出时,能大...     

交错并联三绕组耦合电感高增益Boost变换器

针对光伏、燃料电池等新能源发电系统所需的高升压比的应用场景,提出一种交错并联三绕组耦合电感高增益Boost变换器。以交错并联的控制方式减小了耦合电感原边电流纹波,切分了占空比从而减少了各开关管导通时长,交错并联的开关管与输出开关管在电路结构上实现了电压钳位,不会出现电压尖峰。桥式倍压单元缓解了二极管反向恢复问题。交错并联耦合电感双原边的构造提高了变换器的工作可靠性。另外,基于该变换器还拓展出交错并联 绕组耦合电感高增益Boost变换器和n耦合电感交错并联n桥式倍压高增益Boost变换器。围绕所提变换器的工作原理及稳态性能进行了深入分析。且在理论分析的基础上通过实验平台制作了一台功率为500 W的样机验证了其准确性。     

两通道VRM耦合电感的模型分析和参数设计

为了适应电压调整模块(VRM)未来的发展趋势,满足功率日益增加的负载点电源(POL： point-of-load)的设计要求,同时为倍流整流输出电感的磁集成设计等提供参考,本文将以两通道耦合电感为例,详细讨论其在两通道交错并联开关变换器中应用的参数设计和对电气特性的影响;建立电路和磁路的对应关系,提出评价耦合电感的性能因子;分析通道电流纹波相互抵消的特点,结合电流谐波分量,说明耦合电感线圈损耗减少的机理;建立完整的交直流磁通分布,为耦合电感工作在直流不平衡的情况下提供理论依据,并对理论分析进行实验验证     

一种高增益交错耦合电感DC/DC变换器

提出了一种高增益交错耦合电感DC-DC变换器,采用二极管、电容和电感构建无源吸收网络,回收再利用漏感能量,开关管的开关电压尖峰得到抑制,进而减小了开关管的电压应力;选用导通阻抗低的MOSFET,降低开关损耗,改善变换器效率。将2个电容和2个耦合电感副边相结合,1个导通周期内,当电容并联导通时,储存在耦合电感中的能量给电容充电;当电容串联导通时,将能量释放给输出端,从而获得高增益。此外,二极管的反向恢复问题得到有效抑制;交错并联控制抑制了输入电流纹波,变换器性能得到改善。对电路的操作原理和模态变化作了详细分析,最后搭建了1台300 W、20 V/240 V的实验样机,验证了理论分析的正确性。     

带开关电容网络的交错并联磁集成电感Boost变换器

针对传统交错并联Boost变换器电压增益低、开关管电压应力高、电感电流纹波大等问题,提出一种新型交错并联Boost变换器。该变换器用2个开关电感单元分别代替储能电感L₁和L₂,并对开关电感进行耦合集成,在此基础上增加了1个二极管和2个电容构成开关电容网络。分析了变换器在不同占空比下的工作模态,推导了电压增益公式,分析了开关管电压应力和电感电流纹波的大小。与传统交错并联Boost变换器相比,该变换器性能得到明显提升,尤其在占空比D>0.5的情况下电压增益是传统交错并联Boost变换器的3（1+D）倍,开关管的电压应力减小了2/3,电感电流纹波也减小近一半。最后实验验证了理论分析的正确性。表明带开关电容网络的交错并联磁集成电感Boost变换器有着优良的工作性能。