新型ZVS软开关直流变换器的研究

综述了几种新型的零电压(ZVS)DC/DC变换器,并分析了变换器的优缺点,研究了一种新型MOSFET作为开关器件的三电平ZVS变换器,并分析了这种变换器一个周期的工作状态。该变换器用耦合电感代替常规电感,耦合电感通过变压器反射到原边,使变换器在零状态时的环流减小到零,实现了外管零电压开通,内管零电流关断。由于不存在一次侧环流,减小了通态损耗。     

一种新型的ZVZCS三电平变换器

提出一种零电压零电流软开关(ZVZCS)三电平直流变换器。该变换器以耦合电感取代常规滤波电感,耦合电感所感应出的电压通过功率变压器反射回初级,使变换器在零状态时的循环电流减小直至零,以实现内管的零电流关断。同时,通过改变耦合线圈的匝比,可任意设置用于电流回零的电压幅值大小,以调节电流回零时间。分析了该变换器的工作原理,并通过仿真和实验样机得以验证。     

软开关三电平DC/DC变换电路的发展及分析

介绍了三电平直流变换器的突出优点及其与软开关技术相结合的发展趋势、各发展时期有技术代表性的典型电路拓扑结构及其主要性能特点。针对零电流技术中因引入储能电容而引起的副边高电压应力问题,提出了一种新型的零电压零电流软开关三电平直流变换电路拓扑:通过耦合电感实现电流回零,通过改变耦合电感的变比来方便地设定原边环流置零时间,降低环流损耗,实现内管的零电流关断。实验样机验证了这种电路的主要性能,电压电流实验波形显示了三电平的低电压应力特点和零电压开通、零电流关断的软开关性能。     

采用耦合电感的ZVZCS PWM三电平直流变换器

提出了一种零电压零电流软开关（Zero Voltage Zero Current Switching,简称ZVZCS）PWM三电平直流变换器。它的主开关管电压应力是输入电压的1／2。耦合电感取代了常规滤波电感,它所感应出的电压由功率变压器反射回初级,使得变换器在零状态时的循环电流减小直至零,以实现内管的零电流关断。通过改变耦合线圈的匝比,可任意设置用于电流刚零的电压幅值的大小,以调节电流回零的时间。详细介绍了电路的工作原理、各状态的等效电路及其约束方程：给出了主要的电压、电流波形。仿真和400W实验结果验证了该电路的正确性。     

一种基于UC3879的新型软开关DC/DC移相全桥变换器

传统的零电压零电流开关（ZVZCS）PWMDC/DC变换器存在滞后桥臂ZVS范围小、控制复杂、环流损耗大等问题.针对这些问题,介绍了一种新型的DC/DCPWM变换器,通过在滞后桥臂上并联一个辅助网络,来实现在较宽的负载范围内滞后桥臂零电压开通,重载下零电流开通。利用UC3879来实现瞬时值移相控制方式,给出了外围连接电路,并对相关参数进行了计算。用该方法设计了一台300WDC/DC电源模块,实验表明,可以在较宽的负载范围内实现滞后桥臂的零电压开通,重载下实现零电流开通,重载效率可以达到93%以上。     

一种新型零电压零电流开关三电平DC/DC变换器的研究

该文介绍了一种新型的带有简单辅助电路的零电压零电流开关（ZVZCS）三电平DC/DC变换器，它的辅助电路不含耗能元件和有源开关，可实现超前管的零电压开通和滞后管的零电流关断。耦合电感取代了常规滤波电感，它所感应出的电压由功率变压器反射到初级，使得变换器在零状态时的循环电流减小到零。通过改变耦合线圈的匝数比，可以任意设置用于电流回零的电压幅值的大小，调节电流回零的时间。文中介绍了该变换器的工作原理，讨论了设计参数。通过实验验证，该电路具有辅助电路简单、效率高、整流二极管承受的电压低和环流自动调节等优点，适用于高电压、大功率的应用场合。     

改进型具有电压钳位的全桥ZVZCS PWM DC/DC变换器

提出了一种改进型的具有有源钳位的全桥零电压零电流开关PWM DC/DC变换器.该变换器可以较好地实现超前桥臂开关管的零电压开关,以及滞后桥臂开关管的零电流开关.相对于传统的全桥零电压零电流DC/DC变换器,这种具有有源电压钳位的变换器可以减小由于谐振电路引起的变压器二次侧的振荡问题.它具有辅助电路简单、开关损耗低、导通损耗低和实现能量缓冲吸收等优点.详细分析了变换器的工作原理和特点,并通过一台1kW,100kHz的样机进行了验证.     

一种新型大功率ZVZCS三电平DC-DC变换器

三电平直流变换器因其主开关器件电压应力仅为Vin/2且具有拓扑结构简单和软开关特性好等优点,受到工业界和学术界的广泛关注。基于IGBT的零电压零电流开关ZVZCS(zero-voltage zero-current switching)三电平DC-DC变换器是大功率高压直流变换的主流方案,具有通流能力强、软开关负载范围宽和原边通态损耗低等优点。但目前ZVZCS三电平直流变换器仍存在原边电流复位困难和整流二极管电压应力高等问题,限制了该类变换器在大功率场合的应用。提出一种新型ZVZCS飞跨电容型不对称PWM半桥三电平DC-DC变换器,采用电压可变电流复位电路,在保证主开关器件宽负载范围实现软开关的同时不增加副边整流二极管的电压应力,且复位电路中的MOSETs全负载范围ZVS(zero-voltage switching)关断和ZCS(zero-current switching)开通。此外,该电路在飞跨电容两端串联一个双向开关,防止原边电流复位后反向,该双向开关在全负载范围可实现ZVS关断和ZCS开通,因此增加的损耗可以忽略。讨论了电路的结构、工作原理和特性,设计了一台6.5 kW实验样...     

脉宽调制DC／DC全桥变换器软开关技术的研究

采用软开关技术可以有效克服功率变换器的开关损耗。介绍了软开关脉宽调制DC／DC全桥变换器的实现原理,给出了多种零电压开关（ZVS）和零电压零电流开关（ZVZCS）变换器的电路拓扑,分析了它们的性能特点和结构优缺点,指出了零电压零电流开关脉宽调制DC／DC全桥变换器在中、大功率场合会有很好的应用前景。     

一种新型有源次级钳位全桥零电压零电流软开关PWM变换器

提出了一种新型的全桥移相零电压零电流变换器拓扑结构。新的变换器通过导通副边辅助电路中的钳位MOSFET,使得滤波电感两端电压被钳位为零,输出滤波电容的电压全部作用在原边漏感上,实现原边电流的迅速复位,从而创造出良好的滞后臂零电流开关(zero current switching,ZCS)条件。新拓扑在有效零电压零电流开关(zero voltage zero current switching,ZVZCS)范围,最大占空比等方面都优于其它拓扑结构。该文详细分析了新拓扑的工作过程和各项特性,并试制样机,验证了理论分析的正确性和新拓扑的有效性。理论分析和实验结果都证实了新拓扑非常适合中大功率场合应用。     

数字化软开关高频开关电源模块设计

采用DSP芯片TMS320F2812设计了基于数字化软开关技术的适用于电力系统用高频开关电源模块,选择了一种在其滞后桥臂串联二极管的移相全桥零电压零电流（ZVZCS）变换器电路,在宽负载条件下可实现超前臂零电压（ZVS）开关和滞后臂零电流（ZCS）开关;分析了该变换器的工作原理,并通过实验样机进行了验证。     

Hybrid DC–DC converter with high efficiency,wide ZVS range,and less output inductance

In this paper, a new soft switching direct current (DC)–DC converter with low circulating current, wide zero voltage switching range, and reduced output inductor is presented for electric vehicle or plug‐in hybrid electric vehicle battery charger application. The proposed high‐frequency link DC–DC converter includes two resonant circuits and one full‐bridge phase‐shift pulse‐width modulation circuit with shared power switches in leading and lagging legs. Series resonant converters are operated at fixed switching frequency to extend the zero voltage switching range of power switches. Passive snubber circuit using one clamp capacitor and two rectifier diodes at the secondary side is adopted to reduce the primary current of full‐bridge converter to zero during the freewheeling interval. Hence, the circulating current on the primary side is eliminated in the proposed converter. In the same time, the voltage across the output inductor is also decreased so that the output inductance can be reduced compared with the output inductance in conventional full‐bridge converter. Finally, experiments are presented for a 1.33‐kW prototype circuit converting 380 V input to an output voltage of 300–420 V/3.5 A for battery charger applications. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

一种用耦合电感实现零电压零电流开关的移相全桥变换器

在高压大功率场合,通常用IGBT作为开关器件。由于其关断的电流拖尾现象,IGBT零电流关断能有效减小开关损耗。提出一种新型移相全桥零电压零电流开关(ZVZCS)方案,通过1个双绕组的耦合电感和2个二极管实现滞后臂开关管在宽负载范围的零电流关断(ZCS)。所增加的二极管可以实现软开关,耦合电感的漏感并不会对增加的二极管产生附加的电压应力。为减小耦合电感的励磁电流对ZCS的影响,通过在所增加的2个二极管上各并联一个小电容,在不增大耦合电感尺寸的条件下增加复位电压的作用时间,保证滞后臂开关管的ZCS。在理论分析的基础上进行了计算机仿真,并设计了一台开关频率为68 k Hz、输出为100 V/10 A的样机进行实验验证。仿真和实验结果证明了所提方案的有效性。     

一种改进的零电压零电流倍流整流变换器

提出一种改进型的移相全桥零电压零电流倍流整流变换器.采用变压器和隔直电容串联,滞后桥臂串联二极管,使其超前桥臂实现零电压开通,滞后桥臂实现零电流关断,与滞后桥臂串联的二极管也实现零电流关断,二次侧整流二极管也是自然关断,变换器所有的功率器件都有较大的软开关范围,文中还简单讨论了软开关范围和参数设计.最后,采用峰值电流控制,电压外环、电流内环的控制方案,研制2.5kW的软开关全桥变换器,并给出实验结果.     

基于ZVZCS的大功率屏蔽门驱动电源的研究

屏蔽门是轨道交通系统中的关键设备之一。多台门机同时动作时,要求直流供电系统瞬时提供较大的功率输出,且供电电压不能有太大波动,这对供电电源提出较高要求。基于零电压零电流开关ZVZCS（zero-voltage zero-current switching）全桥变换拓扑,设计了一类大功率直流供电模块,分析开关ZVZCS全桥变换器在周期内的开关模态及关键波形,根据超前臂并联谐振电容在换流时的充放电过程,确定超前臂实现零电压开关ZVS（zero-voltage switching）的条件,综合零电流开关ZCS（zero-current switching）条件下开关管耐压值及原边电流复位时间,推导隔直电容的取值范围。给出最大有效占空比计算公式,详细分析了超前、滞后臂的开关损耗。根据设计参数,制作了1台2.2 kW实验样机。实验结果表明,所设计的直流电源模块在各种负载状态下实现软开关,提高了供电效率,有着良好的动态特性。     

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。     

基于UC3875控制的移相全桥PWMDC—DC变换器

针对传统的全桥移相式零电压零电流开关（FB—PS—ZVZCS）PWMDC—DC变换器在实现滞后桥臂开关管零电流开关（ZCS）的过程中,存在着辅助谐振电路附加损耗较大、软开关实现方式复杂以及功率开关管电压和电流应力高等缺点,提出了一种通过辅助无源钳位网络来实现软开关的全桥ZVZCSPWMDC—DC变换器。采用UC3875作为控制芯片,设计了变换器控制系统。通过一台1kW,25kHz的样机验证了这种软开关变换器相关理论的正确性。     

新型谐振直流环节软开关逆变器

为了提高逆变器的效率和性能,提出一种新型的谐振直流环节软开关逆变器。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和零电流条件下完成切换,因此减小了开关损耗和二极管的反向恢复损耗。此外,辅助谐振单元中的开关器件可以在零电流的条件下完成开关操作。该软开关逆变器控制简单且不依赖于负载条件,过渡过程所需时间可以自由选择。文中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方法。制作一个10kW的实验样机,实验结果验证了该软开关逆变器的有效性。     

Design of a ZVS PWM DC–DC converter for high gain applications

In this paper, a pulse width modulation DC‐DC converter with high step‐up voltage gain is proposed. The proposed converter achieves high step‐up voltage gain with appropriate duty ratio, coupled inductor, and voltage multiplier technique. The energy stored in the leakage inductor of the coupled inductor can be recycled in the proposed converter. Moreover, because both main and auxiliary switches can be turned on with zero‐voltage switching, switching loss can be reduced by soft‐switching technique. So the overall conversion efficiency is improved significantly. The theoretical steady‐state analyses and the operating principles of the proposed converter are discussed in detail for both continuous conduction mode and discontinuous conduction mode. Finally, a laboratory prototype circuit of the proposed converter is implemented to verify the performance of the proposed converter. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于饱和电感的DC/DC开关变换器特性分析

移相全桥DC/DC变换器以其电路结构简单、开关损耗小、控制方便等优点在许多中大功率场合中得到了普遍的应用,但该变换器存在滞后桥臂换流困难、占空比丢失等问题,导致电路环流损耗增加,降低了变换器效率。针对以上问题,设计了一种基于饱和电感的DC/DC开关变换器。在分析变换器电路工作过程的基础上,讨论了饱和电感对电路局部谐振的影响,给出了饱和电抗器设计方法。最后通过实验验证了理论分析的正确性和可行性,实现了滞后桥臂的零电流开关,降低了环流能量,提高了DC/DC变换电路的效率。