基于DSP带钳位二极管的移相全桥ZVS变换器研究

针对移相全桥ZVS变换器中整流二极管容易出现电压尖峰的情况,设计了基于DSP控制且主电路带有钳位二极管的移相全桥ZVS变换器。分析了带有钳位二极管的移相全桥ZVS变换器的工作原理,对主电路参数以及反馈控制系统进行设计,并对变换器进行测试。结果表明:所设计的变换器输出电压纹波较小,能够较好地实现软开关并对原边电压尖峰有明显的抑制作用。     

尖峰抑制器在ZVZCS变换器中的应用与设计

输出整流二极管反向恢复带来电压尖峰和电磁干扰(EMI);全桥(FB)移相(PS)零电压开关(ZVS)变换器滞后臂ZVS范围太窄、次级占空比丢失严重。此处提出了使用尖峰抑制器的解决方法,分析了尖峰抑制器抑制二极管反向恢复和提高全桥变换器软开关范围的工作原理,推导了尖峰抑制器设计公式。在设计的4.5 kW电源样机上通过实验表明:尖峰抑制器很好地消除了整流管反向恢复电压尖峰;提高了有限双极性FB零电压零电流开关(ZVZCS)变换器的软开关范围,减少了使用谐振电感带来的占空比丢失。     

电动汽车直流充电系统LLC谐振变换器软开关电压边界分析

LLC谐振变换器以其优异的性能被广泛应用于电动汽车直流充电领域。针对电动汽车宽输出电压范围、高转换效率的充电需求,该文对直流充电模块后级全桥LLC谐振变换器软开关运行的输出电压边界进行了分析。零电压开通(ZVS)上边界处,变压器励磁电感参与谐振,其二次侧等效峰值电压与负载电压相等,整流二极管临界导通;ZVS下边界处,谐振电流与谐振腔的输入电压同时过零,LLC谐振变换器运行于临界感性区间。该文利用时域分析法详细分析了变换器ZVS上下边界处的工作状态,计算出变换器软开关运行所允许的输出电压范围,揭示了变换器的软开关特性与工作频率、谐振参数之间的关系,为变换器的参数设计和变频控制提供了理论指导。最后,通过仿真和实验对理论分析进行了验证。     

消除谐振电感引起电压尖峰的方法

此处分析了移相全桥拓扑电源中因谐振电感引起电压尖峰的解决方法。对于可以实现零电压开关(ZVS)的移相全桥拓扑,需要通过增加谐振电感与开关管的结电容发生谐振来实现开关管ZVS开通。同时谐振电感也会造成输出整流管两端产生反向的电压尖峰,从而给整流管的选取带来了困难。因此通过分析几种抑制电压尖峰的方法,给出了最合适的对于移相拓扑输出整流管电压尖峰的抑制方法。最后通过对样机实测验证表明该方法有效并且可行。     

基于负载自适应的辅助LC网络宽范围零电压开通的输入串联输出并联移相全桥DC-DC变换器

提出一种由2个移相全桥(phase-shifting full-bridge,PSFB)变换器模块和2个辅助LC网络组成的输入串联输出并联的DC-DC变换器。每一个LC网络连接在一个模块超前桥臂的中点和另一个模块滞后桥臂的中点之间。利用辅助LC网络,滞后桥臂开关管可以实现轻载下的零电压开通(zero voltage switching,ZVS),辅助LC网络的电流幅值可以自适应负载变化,即轻载时电流幅值大,用于实现滞后桥臂软开关管能量多,重载时,LC网络电流幅值小,环流损失小。因此,所提变换器适用于宽范围负载。对变换器的特点进行分析,并通过一个功率900W的原理样机验证了所提变换器的性能。     

一种新型宽范围ZVS三电平全桥DC/DC变换器

现有的DC/DC变换器存在以下缺点:低功率、低效率和很差的负载适应能力。对此提出了一种新型全桥三电平DC/DC可控源电路,高频变压器的副边有三组绕组,为了提高输出电流,采用两个降压绕组并联整流输出;可控源电路采用不对称移相PWM控制方式,换流电感串接在第三个降压绕组上,空载或轻载时换流电感向滞后桥臂提供换流能量,保证在整个功率范围内实现软开关。通过实验验证提出的DC/DC变换器具有输入电压高、宽范围实现ZVS、高效率的优点。     

一种新型城轨车辆移相全桥变换电路研究

为了提高传统移相全桥电路在大功率和宽范围输出电压下很难满足半载以下软开关需求,以及电路损耗高的问题,设计了一种新型移相全桥变换电路,即在最难实现软开关的滞后桥臂并联辅助电流源网络,改变移相全桥电路的工作模态,使滞后桥臂在宽范围负载下仍可实现软开关,同时降低电路损耗。对所设计的电路进行仿真和损耗分析,新型移相全桥电路可满足在输出电压77～137.5 V下19%～100%额定负载的软开关需求,相较于传统电路软开关范围提升约15%,同时在软开关范围内,新型移相全桥电路开关器件效率大于96.3%,证明了设计方案的合理性。     

基于ZVS负载范围的移相全桥变换器参数优化设计

移相全桥(PSFB)变换器以其零电压开通(ZVS)的软开关特性而得到广泛的应用.但在实际的工程应用中,移相全桥变换器电路参数的设计仍然存在较大的困难.通过深入分析移相全桥变换器的工作原理,推导出系统占空比丢失以及ZVS负载范围的数学表达式,提出了一种基于ZVS负载范围的移相全桥变换器参数优化设计方法,详细地介绍了隔直电容、输出滤波电感、谐振电感以及IGBT死区时间的设计方法.最后,通过搭建45 kW的实验样机验证了理论分析的正确性.     

宽增益高效率CLLLC变换器的变频双移相调制策略

在输入电压宽范围变化时,变频调制CLLLC变换器存在开关频率变化范围宽的问题,而移相调制CLLLC变换器难以实现宽范围零电压导通（ZVS）。为了实现宽输入电压CLLLC变换器的高效率,该文提出一种变频双移相调制方法。通过同时调节开关频率、一次侧全桥和二次侧全桥之间的移相角,拓宽CLLLC变换器的增益并提高其效率。采用时域分析法求解变频双移相调制CLLLC变换器的电压增益与谐振电感电流有效值,并分析频率以及移相角对电压增益和谐振电感电流有效值的影响。最后,通过搭建一台100～300 V输入、48 V/400 W输出的实验样机,验证了理论分析的正确性。     

基于大功率车载DC/DC移相全桥转换器的研究

在纯电动汽车中,高压(350～700V)锂离子电池组是唯一的能源,为了给其他24V的车载电器供电,需要一个500 V转28 V的DC/DC隔离式转换器作为连接高压电池组和低压电池组的充电机。当电动汽车上所有的低压设备(GPS、无线电、空调等)工作时,低压侧大约需要2.8 kW的额定功率和100 A的额定电流输出,采用零电压开关(ZVS)脉宽调制(PWM)控制方法的移相全桥转换器能大功率、高效率输出,满足上述要求。此外,在转换器启动时加入Buck-Boost电路,可以防止高压电池组工作时继电器闭合对电池造成的电流冲击。搭建了2.8 kW,25 kHz高频移相全桥转换器进行功能验证,通过仿真证明系统的可靠性与安全性,为实际设计开发具有更宽动态性能的转换器提供理论依据。     

基于超级电容的宽输入范围DC/DC变换器设计

针对输入电压波动导致大功率超级电容充电装置输出范围窄、控制精度不高的问题,研究了一种基于超级电容的宽输入范围DC/DC变换器。该变换器采用Buck-移相全桥变换器的两级变换,同时具备宽电压调节范围和负载移相全桥变换器软开关的特点。通过分析超级电容的等效电路模型,对直流母线电压控制提出了基于功率环的电压电流双环控制方法,可以快速跟随输入电压变化,保持母线电流平稳,并在Matlab/Simulink平台上搭建仿真模型进行分析。最后,通过在白俄罗斯明斯克公交系统300 kW充电桩上的应用,验证了该设计的可行性。     

ZVS-FB变换器辅助谐振网络作用范围研究

通常认为附加辅助谐振刚络的移相控制全桥（Phase-Shifted Full-Bridge,PS-FB）变换器只要在轻载下其开关管能实现零电压开关（Zcro Vohage Switching,ZVS）性能,则在重载下ZVS特性也肯定可以得到保证。但理论推导和实验研究发现,某些情况下由丁换流过程中开关管漏-源极之间的结电容被二次充电,采用电流源型辅助网络的ZVS-FB变换器的滞后桥臂ZVS特性在重载时会丢失。本文针对这一非正常现象进行了详细讨论,提出了保证谐振网络起作用的约束条件和电路参数的优化设计方法。通过试验验证了上述的理论分析。     

新型ZVZCS全桥变换器的研究及其改进

讨论了一种新型零电压零电流开关(ZVZCS)的DC/DC移相控制全桥变换器。为了提高变换器效率,在变压器次级增加了由一个小电容和两个小二极管组成的简单辅助电路。该变换器的超前臂实现了零电压开关(ZVS),滞后臂实现了零电流开关(ZCS)。分析了该变换器的工作原理,并针对其在轻载情况下,超前臂IGBT的ZVS效果不佳,对其进行了改进。对一台用于电动汽车充电的10 kW样机进行了实验。实验结果证明该变换器是简单可靠的。     

感应加热电源PDM-PSM复合功率控制策略研究

提出了一种负载串联谐振感应加热电源的脉冲密度-移相复合调制(Pulse Density Modulation-Phase Shift Mmodulation,简称PDM-PSM)功率控制策略,逆变器承担逆变和功率调节两个任务,并始终工作在负载谐振状态,开关管工作在零电流或零电压开关状态.采用该控制策略的逆变器,功率调节范围宽,与采用脉冲密度调制的逆变器相比,具有输出电流平稳、电流连续、功率调节连续等优点;与单独采用移相控制的逆变器相比,具有移相角小,输出电流基本无畸变等优点.     

移相控制ZVS高频环节AC/AC变换器原理研究

高频隔离式直接AC/AC变换器具有双向功率流、网侧谐波电流小、单级功率变换、电路结构简单等优点。这里将移相控制双向DC/DC变换器的概念推广到AC/AC变换领域,提出移相控制零电压开关(ZVS)AC/AC变换器电路结构及拓扑族,分析了其工作原理,该类变换器具有容易实现开关管ZVS、动态响应快等优点,同时由于该变换器无输出滤波电感,因此不存在换流时引起的有源电压尖峰。仿真结果表明移相控制ZVS AC/AC变换器能有效抵制输入电网电压的畸交及扰动,得到稳定的输出电压以满足负载要求。     

倍流整流ZVS PWM复合式全桥三电平变换器

本文提出一种倍流整流方式ZVS PWM复合式全桥三电平变换器，它可以在很宽负载范围内实现所有开关管的ZVS和输出整流管的自然换流，从而有效地消除输出整流管上的电压尖峰和振荡。该变换器还有利于减小输出滤波电感纹波电流和输出纹波电流，适用于宽输入电压范围场合。本文阐述该变换器的工作原理，并通过一台540W的原理样机验证该变换器的工作原理，最后给出实验结果。     

基于UC3875的移相全桥ZVZCS变换器的设计与仿真

由于基本的移相全桥ZVS变换器存在滞后桥臂实现零电压开通困难、副边占空比丢失、原边环流较大等缺点,而全桥ZCS变换器实现ZCS时需要有较宽的负载调节范围,且对电路的参数要求严格,如果保护措施不当容易产生过压损坏开关管。鉴于上述弊端,本文研究了一种滞后桥臂串联二极管的移相全桥ZVZCS变换器,该变换器采用UC3875为控制芯片,采用平均电流模式的电压电流双闭环控制策略,不仅大幅度降低电路内部的循环能量、减小副边占空比丢失、软开关范围不受电压和负载的影响,而且该系统具有动态响应速度快、系统性能稳定的优点。本文设计了1kW移相全桥ZVZCS DC-DC变换器,通过Saber软件对其进行了仿真分析,仿真结果表明理论分析的正确性。     

零电压开关移相全桥变换器尖峰抑制的实现

详细分析了ZVS移相全桥变换器中电压电流尖峰的产生机理和抑制方法。在此基础上分别设计了电压、电流尖峰抑制电路,给出了详细的参数计算过程,并在一台3 kW（15 V/200 A）ZVS移相全桥变换器上得到验证,电压、电流尖峰和EMI抑制效果明显。最后,给出了改进前后的对比波形。     

基于移相全桥的混合型变换器的研制*

针对传统移相全桥电路在轻载条件下滞后桥臂而难以实现软开关的问题,在研究移相全桥和半桥LLC的基础上,通过对共用滞后桥臂相结合的优化,设计了一种共用滞后桥臂的零电压开关的混合型变换器,在保证该桥臂开关管实现宽范围的ZVS情况下,实现变换器以并联的形式输出,并使得全桥原边电流续流期间复位到零,减小环流损耗。分析了该混合型变换器工作原理和电路特性,最后研制了一款1.44 kW的实验样机,进行了实验验证,并给出了实验结果。     

一种优化工作频率范围的无线充电系统研究

无线电能传输(WPT)是一种方便灵活的电能传输方式.目前对车载电池的充电多采用先恒流(CC)再恒压(CV)的充电方式.在WPT系统中,逆变器的零电压开关(ZVS)技术能进一步提高系统效率.此处以串联-串联(SS)型谐振式无线充电系统为研究对象,运用电路理论建立其等效电路模型,推导出系统电压增益和跨导增益关系表达式.采用变频移相控制策略分析无线充电系统分别工作在CV和CC模式时,逆变器工作在ZVS状态下的频率范围.通过理论分析发现,设置一定的移相角可以使系统的工作频率范围缩小,使无线充电系统工作在优化的频率范围中.最后,搭建了仿真模型和实验平台对其进行了验证.