一种新型的磁集成双Buck逆变器

双Buck逆变器(DBI)是一种高效可靠的变换器拓扑,但其需要两个电感,且体积重量较大.本文提出一种新型的磁集成双Buck逆变器.通过在DBI中引入磁集成技术来减小磁件体积重量.并采用四绕组集成磁件的双Buck逆变器避免出现额外的环流问题,磁件最大工作磁势和所需绕组匝数均大幅降低,因而磁件体积重量得以减小.实验验证了理论分析的正确性.     

三相双降压逆变器中电感的磁集成方式比较与优化设计

三相双降压逆变器克服了传统桥式逆变器中桥臂功率管直通的问题,可靠性高,但输出滤波电感数量多、体积大,利用磁集成的技术可以减小磁性元件的体积重量,提高系统功率密度。针对该问题从电感耦合方式的角度入手分析不同磁集成方案,从电路原理上讨论各方案的可行性及电感对进网电流波形和电路运行特性的影响。据此提出一种同名端相连不完全耦合的电感集成方案,其等效的三电感形式和传统双降压拓扑中两电感在电路中工作特性一致。和已有的磁集成方案及不采用任何磁集成方案相比,该方案在电感体积和滤波效果等方面均得到优化。最后设计并搭建一台15 k V·A的三相双降压并网逆变器原理样机进行实验验证,实验结果与理论分析吻合。     

一种新型双Buck单电感逆变器

在双Buck半桥逆变器的基础上给出一种新型双Buck单滤波电感逆变器,在保留双Buck逆变器无桥臂直通风险、换流时间短等优点的情况下,通过新增控制桥臂,实现单电源供电以及单电感滤波,减小了逆变器的体积和损耗,增加了系统功率密度。详细分析了所给逆变器的工作原理,介绍了滤波电感的设计过程,并制作了一台1 200 W的原理样机,通过仿真及实验验证了所提逆变器拓扑的有效性。     

磁集成开关电感交错并联Buck/Boost变换器

为了提高传统Buck/Boost变换器的电压增益、暂态响应速度同时减小电感支路的电流纹波和变换器的体积重量。将磁集成开关电感技术和交错并联技术应用到传统的Buck/Boost变换中,提出了磁集成开关电感交错并联Buck/Boost变换器。通过采用开关电感结构替换传统变换器中的电感的方式,使变换器正向功率变换的电压增益提高为原来的2倍。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Buck逆变器的磁集成技术研究

双Buck逆变器(DBI)是一种高效可靠的逆变器拓扑,但需要两个电感,且每个电感仅工作半周期,磁芯利用率低,体积和重量较大.分析了共用磁芯直接耦合和双磁芯四绕组两种磁集成方案的基本原理,指出这两种方法在实际应用时存在相互影响.在此基础上提出了一种新型的共用磁芯集成方案,即完全解耦方案,并进行了理论分析.实验证明,该磁集成方案可以完全实现两个电感的解耦,是一种较理想、实用的方案.     

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。     

新型双Buck并网逆变器及其双二阶滑模控制

为了解决双Buck逆变器直流输入利用率低、磁件体积重量大的缺陷,提出一种新型双Buck全桥并网逆变器拓扑,所用器件较少,结构简单;且为使该新型拓扑输出高质量的并网电压和电流,采取以电容电压和电感电流双二阶的滑模控制策略.分析新型拓扑的工作模式和等效电路,给出双二阶滑模控制器的设计过程.仿真与实验结果表明,采用双二阶滑模控制策略下的新型双Buck全桥并网逆变器能够具有很好的动态和稳态性能,且输出的并网电压谐波畸变率小,对直流输入和电网电压扰动的抑制能力强,适应于新能源发电的并网.     

磁集成双频DC/DC变换器

基本双频DC/DC变换器是一种新型的高效变换器拓扑,但是其包含一个高频的小电感和一个低频的大电感,导致变换器的体积和重量较大。本文提出了一种新型的磁集成双频变换器,通过磁集成技术来集成两个工作于不同频率的电感,使磁件的体积和重量得到减小,成本也得到降低。用回转器-电容模型建立了集成电感的等效模型,对集成电感进行了仿真分析,最后通过实验验证了理论分析的正确性。     

基于交错多地层结构的平面磁集成EMI滤波器设计

逆变器作为光伏并网发电系统中重要的功率转换装置,其开关频率提高带来的电磁兼容问题不可忽视。传统分立电磁干扰(electromagnetic interference,EMI)滤波器的电感和电容体积大,导致功率密度低。对EMI滤波器的无源器件采用磁集成技术,将多个磁性元件绕组集成在一个磁性结构上,对于减少磁元件数量、缩减磁元件尺寸、降低损耗和成本具有重要意义。文中通过选择合适的磁心将共模电感和差模电感的印刷电路板平面线圈集成在一个磁心上,实现平面磁集成。通过插入电介质板和层连接方式的规划,集成滤波电容,进一步减小EMI滤波器体积。通过搭建单相逆变器实验平台,对平面磁集成的EMI滤波器进行实验分析,验证所提方法的可行性。     

基于载波移相控制的高功率密度双降压式全桥逆变器

双降压式全桥逆变器(DBFBI)因不存在桥臂直通、直流利用率高而且可实现续流二极管的最优选取,所以具有可靠性高和变换效率高方面的优势。但是,DBFBI具有四个滤波电感,体积重量较大,限制了其在高功率密度场合的应用。将载波移相SPWM(CPS-SPWM)的控制方法应用到DBFBI中,该控制方式下,输出滤波电感等效工作频率是开关频率的两倍,有效地减小了滤波电感的体积和重量。此外,在电感电流半个周期内高频状态时只有两个开关管工作,有效地降低了逆变器的开关损耗。详细地分析了该控制方式下环流产生的原因,通过从原有的4个滤波电感中分离出一个共用的滤波电感(CFI),有效地减小了环流损耗,并且给出了滤波电感的具体的设计过程。最后将剩余的四个滤波电感两两耦合,进一步提高了磁心的利用率。实验结果验证了理论分析的正确性。     

磁集成开关电感Sepic变换器研究

为了提高传统非隔离变换器的电压增益、开关频率和功率密度,同时减小电感的电流纹波和变换器的体积重量,将磁集成开关电感技术应用到传统的Sepic变换器中,提出了磁集成开关电感Sepic变换器.采用开关电感结构替换传统Sepic变换器中的电感能够有效提高变换器的电压增益;采用磁集成技术能够减小变换器电感支路的电流纹波.通过模...     

三电感双Buck逆变器

双Buck逆变器(dual buck inverter,DBI)不存在桥臂直通的问题,且功率开关管和续流二极管分离,便于实现续流二极管的最优选取,因此DBI具有可靠性和变换效率方面的优势。但是,传统DBI滤波电感上的电流是半周期正弦波,磁性元件利用率偏低。为了解决这个问题,提出一种三电感DBI(three-inductor DBI,TIDBI),通过从原始的电感中分离出一个交流滤波电感作为主导的滤波电感,并将两个直流滤波电感耦合,从而提高磁性元件的利用率,有效地降低了滤波电感的体积和重量。详细分析TIDBI的工作原理,给出滤波电感的设计原则。最后通过实验结果验证理论分析的正确性。     

基于磁集成的双Boost无桥PFC变换器研究

传统双Boost无桥PFC(power factor correction)变换器去除了整流桥结构,变换器效率得到了提高,但由于需要两个电感,整个系统功率密度小,体积大。分析了四种磁集成技术,并采用了一种中柱低磁阻磁路电感集成方式,将双Boost无桥PFC变换器的两个电感集成来缩减系统体积,通过分析和计算,该电路拓扑避免了环流问题。采用了改进无差拍控制算法来消除采样和计算延迟所带来的控制偏差,提升了输入电流的控制精度。最后搭建了一台750W的实验样机,验证了理论分析的正确性。     

高功率密度航空静止变流器的研制

提出一种带新型漏感能量回收电路的高升压比反激DC/DC变换器,减小了功率管电压应力和变换器损耗。给出一种基于载波移相-正弦脉宽调制(CPS-SPWM)控制的级联三电感双Buck型DC/AC逆变器,在消除过零点畸变的同时使滤波电感等效开关频率加倍,可减小逆变器的滤波器体积。最终实现了航空静止变流器的高功率密度和高效率。     

双输入磁集成开关电感Zeta变换器

为了提高传统Zeta变换器的电压增益、减小电感电流纹波和变换器中磁性器件的体积和重量,提出了一种双输入磁集成开关电感Zeta变换器。该变换器是在传统Zeta变换器的基础上增加一路输入变为双电源输入Zeta变换器,并在结构中用2个开关电感单元分别代替储能电感,对开关电感单元中的电感进行了磁集成。通过分析变换器的不同工作模态,推导出变换器的电压增益表达式,分析了电感电流纹波的大小,并给出了变换器的磁集成设计方案。与传统Zeta变换器相比,所提变换器的电压增益提高了2(1+D)倍,开关电感电流纹波减小了近一半。最后用仿真及实验对理论分析进行验证,结果表明所提变换器具有优良的综合性能。     

半周工作单极性双降压式半桥逆变器

提出了一种新颖的单极性双降压式半桥逆变器。该逆变器是在双Buck逆变器基础上增加2个续流桥臂得到,桥臂输出不再是传统半桥型逆变器的两电平双极性调制波,而是直流电压利用率高、谐波含量小的三电平单极性调制波,仅在电感电流较小如过零换向时保留少量双极性调制以维持输出电压波形,因而滤波器体积重量得以减小。由于器件开关损耗和滤波器损耗的降低,单极性双降压半桥逆变器相对双降压式半桥逆变器而言整机效率并没有降低。     

五电平双降压式半桥逆变器

以双Buck电路为基本单元构建多电平逆变器,提出新颖的五电平双降压式半桥逆变器。该拓扑结构不同于传统飞跨电容型、二极管箝位型或级联型多电平逆变器,它保留了双Buck逆变器无桥臂直通、无体二极管反向恢复问题的优点和电流半周期工作模式。与传统桥式多电平逆变器相比,钳位电路得到简化,电路复杂度降低,无桥臂直通隐患,系统稳定性提高。理论分析、仿真和实验结果均表明该逆变器性能优异,同时实现了高效率和小的滤波器体积重量。     

卷首语

随着电力电子技术的发展,电子装置对其供电电源的体积、重量、效率等指标提出了越来越高的要求。电源中的磁性元件(电感、变压器)实现了能量的传输,但其体积、重量、损耗在电源的相对应指标中占了相当大的比例。磁件还影响着电源输出动态性能和输出纹波。磁集成技术则是可以满足电子装置对这些指标要求的重要途径。《多相交错并联Buck变换器的磁集成技术研究》一文研究了各种磁件对交错并联变换器动态性能和磁心损耗的影响,建立了磁集成器件等效电路的模型,并以两相交错并联的Buck变换器为例进行了实验验证,对读者有很大的启发。     

三相逆变器并联系统中零序环流的研究

现有的文献已经论证了在三相逆变器并联系统中,存在着零序环流的通路。然而,这些结论基本上都是在无输出变压器及忽略了三磁柱电感磁路耦合的前提下得出的。事实上,在三相逆变器中,出于体积和成本的考虑,滤波电感和输出变压器通常都采用三磁柱铁芯来绕制,由此带来的三相问磁路耦合使得三相逆变器的零序相量特性与三个单相逆变器构成的三相逆变器是完全不同的,这对三相逆变器并联系统中的零序环流也产生了很大的影响。该文基于三磁柱变压器及三磁柱电感的动态方程建立了带三磁柱电感及三磁柱变压器的三相逆变器瞬时零序分量模型。基于该模型的分析发现,三相逆变器并联系统中,三磁柱电感及三磁柱变压器的采用使得零序环流的大小和通路发生了很大的变化。仿真与实验验证了上述结论。     

一种共地型低开关纹波光伏微逆变器

提出了一种只包含3个开关的单相非隔离光伏微逆变器拓扑结构。该逆变器为交流侧和直流侧共地的拓扑,从而完全消除了共模漏电流。针对该拓扑还提出了一种调频控制策略,以抑制逆变器直流侧的2倍频功率振荡。此外,在该逆变器的交流侧配置一个小容量的单电感滤波器。将滤波电感与该逆变器的内部电感进行磁集成,以构建纹波转移通道,并通过合理设计耦合系数即可将滤波电感上的开关电流纹波转移至该逆变器的内部电感,进而有效抑制并网电流的纹波。最后,搭建了额定功率为420 W的实验室样机,验证了所提逆变器的有效性。