串并联谐振倍压变换器原理分析、建模及仿真

针对串联谐振和并联谐振直流环节存在的谐振峰值电压过高和谐振峰值电流过大的缺点,以及对高电压小电流的要求,提出了串并联谐振倍压变换器拓扑的概念。文中分析了该变换器的工作原理,建立了系统数学模型,给出了该变换器的输出特性。仿真和实验结果证明了新型变换器原理和理论分析的正确性。     

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。     

新型谐振直流环节软开关逆变器

为了提高开关变换器的效率和增强性能,提出了一种新的谐振直流环节软开关电压源逆变器,通过在传统硬开关逆变器的直流环节添加辅助谐振单元,使直流环节电压周期性出现零电压凹槽,实现逆变桥开关器件在零电压条件下的切换,减小了开关损耗和二极管的反向恢复损耗。同时,辅助谐振单元的开关也为零电流或零电压条件下的软开关操作。详细阐述了该软开关逆变器拓扑的工作原理和动作模式,并对软开关动作时序的瞬态过渡过程进行了数学分析。最后,对提出的新型软开关逆变器驱动三相R-L负载进行了仿真研究,仿真结果验证了电路结构和理论分析的正确性与可行性。     

一种适用于海上风电直流并网的谐振升压变换器

谐振变换器由于可实现开关器件的软开关而十分适用于高压大功率场合。文中提出了一种适用于海上风电直流并网技术的谐振升压变换器,该变换器利用LC并联谐振网络可实现很高的电压增益,同时不仅具有开关管零电压开通和近似零电压关断以及整流二极管零电流关断的优点,而且具有开关管和谐振网络的电压应力不超过输出电压一半的特点。此外,相比于传统谐振变换器,该变换器在整个负载范围内开关频率变化范围小。阐述了该变换器的工作原理和工作特性,讨论了谐振网络参数的选择,仿真和实验结果验证了工作原理和谐振网络参数选择的正确性。     

谐振型桥式模块化多电平开关电容变换器的新型控制策略研究

在提出的一款谐振型桥式模块化多电平开关电容变换器拓扑基础上,提出了移相加PWM的控制策略。该控制策略实现了变换器高频开关(MOSFET)的零电流、零电压开关,并在保证变换器较高效率运行的基础上,实现了变换器输出电压的可调性,解决了回路峰值电流过大或过小的问题。详细分析了开关电容变换器高频开关移相角与输出电压和回路峰值电流之间的关系,并通过仿真软件SABER和硬件平台对所述控制策略下的软开关、输出电压、峰值电流特性进行了验证,仿真结果与实验结果均证实了上述结论。     

一种新型串并联谐振变换器的分析及应用

本文提出了一种新型串并联谐振DC-DC变换器，即串并联谐振倍压变换器。介绍了该变换器的工作原理和特点，详细分析了稳态工作过程，给出了工作条件和理论分析波形。讨论了变换器的零电压开关特性及设计中的实现方法。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性，并进一步表明该变换器非常适于高压小电流输出的直流开关电源。     

辅助电路无耦合电感的箝位谐振直流环节逆变器

为提高逆变器的效率和降低辅助谐振电路的损耗,提出一种新型箝位谐振直流环节逆变器,其辅助电路中无耦合电感,可简化电路的分析与计算。由于引入了箝位电路,逆变器直流环节最高电压被箝位在直流电源电压的1.01~1.1倍。在逆变器主开关需要切换时,通过单独开关控制辅助谐振电路,使直流环节电压波形形成零电压凹槽,逆变器的主开关能完成零电压软切换,辅助开关能完成零电流软开通和零电压软关断。基于各工作阶段的等效工作电路,分析电路工作过程,得到完成软切换的条件和参数的具体设计步骤,构造一台10k W的实验样机。从实验结果可以看出,逆变器的主开关和辅助开关实现了软开关,因此该新型箝位谐振直流环节软开关逆变器能有效降低开关损耗和改善效率。     

用于海上风电场直流输电的新型变换器

针对永磁直驱风力发电机变流技术的特点,并根据柔性直流输电系统的电压和功率控制要求,提出了一种新型的直流变换器。该变流器采用三电平拓扑结构、内环电流峰值控制,以及适用于三电平Boost变换器电流峰值控制的双梯形波补偿控制方法,经Matlab/Simulink仿真,研究结果证明该变流器具有功率开关电压应力小、电抗器电流脉动小,以及运行可靠、动态响应性能好等优点,适用于海上风电柔性直流输电等大功率、高电压场合。     

新型并联谐振直流环节软开关逆变器

提出了一种新型并联谐振直流环节软开关电压源逆变器的拓扑结构。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,且辅助开关器件承受的电压不超过直流电源电压;通过控制辅助开关器件,可以减小直流分压电容存在的电压偏差,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。通过5kW的样机试验,结果验证了该谐振直流环节逆变器的有效性。     

变压器辅助换流的谐振直流环节软开关逆变器

为提高逆变器的变换效率,提出一种新型并联谐振直流环节软开关逆变器,它利用高频变压器的等效电感与谐振电容之间的谐振,使直流母线电压周期性下降到零,实现逆变桥开关器件在零电压条件下完成切换,辅助开关器件也可以实现零电压开关或零电流开关,二极管的反向恢复损耗也被有效降低。此外,电路中所有开关器件承受的电压都不超过直流电源电压,而且辅助谐振电路在每个开关周期内只工作一次,降低了辅助谐振电路的损耗。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逆变器的控制方法。制作一个5 kW的实验样机,实验结果表明逆变器的主开关可以实现零电压开关。该并联谐振直流环节软开关逆变器能有效改善效率,降低开关损耗。     

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。     

电机驱动用新型谐振直流环节电压源逆变器

为了实现电机控制系统的高功率密度和高性能运行,必须提高逆变器的工作频率以提高功率变换器的效率和增强性能。然而,较高的工作频率会引起严重的电磁干扰和开关损耗从而导致系统整体效率降低。软开关技术被认为是解决上述问题的有效方法,结合软开关技术的优点和脉宽调制(pulse width modulation, PWM)控制的特点,提出了一种新的用于电机驱动系统的谐振直流环节软开关电压源逆变器,通过在传统硬开关逆变器的直流环节添加辅助谐振单元,实现了逆变桥开关器件的PWM软开关动作,同时,辅助谐振单元的开关也为软开关操作。文中阐述了该软开关逆变器拓扑的动作时序和动作模式,并对软开关动作时序的瞬态过渡过程进行了数学分析。对提出的新型软开关逆变器驱动无刷直流电机进行了仿真和实验研究,结果验证了电路结构和理论分析的正确性与可行性。     

Zero-switching-loss inverters for high-power applications

The development of zero switching loss inverters has attracted much interest for industrial applications. Two topologies for realizing zero switching losses in high-power converters are proposed. The actively clamped resonant DC link inverter uses the concept of a lossless active clamp to restrict voltage stresses to only 1.3-1.5 supply voltage. For applications demanding substantially better spectral performance, the resonant pole inverter (RPI), also called the quasi-resonant current mode inverter, is proposed as a viable topology. Using only six devices rated at supply voltage, this circuit transfers the resonant components to the AC side of each phase and thus requires additional inductor and capacitor (LC) components. On the other hand, the RPI is capable of true pulsewidth modulation (PWM) operation at high frequency as opposed to discrete pulse modulation operation found in resonant DC link invertors     

辅助电路无储能电容的谐振直流环节软开关逆变器

多数谐振直流环节软开关逆变器在直流母线间串联分压储能电容来为谐振电路提供能量,其缺点是分压电容所形成的中性点电位可能发生变化。针对这个问题,提出了一种新型谐振直流环节软开关逆变器拓扑电路。该拓扑电路不需要在直流母线之间串联储能电容来均分直流电源电压,没有中性点电位的变化问题,提高了软开关逆变器的可靠性,并且辅助电路结构相对简单,有利于降低硬件成本和简化控制策略。详细分析了逆变器在不同工作模式下的工作原理,给出了软开关的实现条件,建立了辅助电路的功率损耗数学模型,并制作了一台3 k W的实验样机,实验结果表明该新型软开关逆变器的开关器件实现了软开关。该新型软开关逆变器能有效降低开关损耗和改善效率。     

一种串联谐振升降压式DC-DC变换器拓扑分析

提出了一种新型串联谐振升降压式DC-DC变换器拓扑。采用全桥结构产生电压方波,经并联式双串联谐振LC网络后,在LC串联支路上产生交流电流,电平钳位网络输出稳定的直流电压,在开关损耗小的前提下,其调压范围变宽。采用频率控制,避免了由开关导通和关断时间不均匀引起的损耗和温升过大等问题。通过MATLAB仿真和实验验证,证明了所提出的拓扑的正确性。     

Series resonant high‐voltage DC–DC converter with reduced component count

This paper proposes a novel zero‐current‐switching series resonant high‐voltage DC–DC converter with reduced component count. The series resonant inverter in the proposed topology has two power switches (insulated‐gate bipolar transistors, IGBTs), two resonant capacitors, and only one high‐voltage transformer (HVT) with center‐tapped primary windings. The power switches are connected in the form of a half‐bridge network. The leakage inductances of the transformer's primary windings together with the resonant capacitors form two series resonant circuits. The series resonant circuits are fed alternately by operating the power switches with interleaved half switching cycle. The secondary winding of the HVT is connected to a bridge rectifier circuit to rectify the secondary voltage. The converter operates in the discontinuous conduction mode (DCM) and its output voltage is regulated by pulse frequency modulation. Therefore, all the power switches turn on and off at the zero‐current switching condition. The main features of the proposed converter are its lower core loss, lower cost, and smaller size compared to previously proposed double series resonant high voltage DC–DC converters. The experimental results of a 130‐W prototype of the proposed converter are presented. The results confirm the excellent operation and performance of the converter. © 2016 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

无中性点电位变化的并联谐振软开关逆变器

为了实现逆变器的高效率和高性能运行,提出一种新型直流母线并联谐振零电压过渡软开关逆变器,通过在传统硬开关逆变器的直流环节添加辅助谐振单元,实现了逆变桥开关器件的软开关动作,同时,辅助谐振单元的开关也为软开关动作。此外,电路中避免了使用大电容,没有中性点电位的变化问题。该电路对谐振元件和辅助开关的功率要求较低,控制简单且不依赖于负载条件。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,通过实验结果验证该软开关逆变器的有效性。     

桥式并联谐振直流环AC/DC变流器的最佳谐振控制

提出一种桥式关联谐振直流环电压源型ＡＣ／ＤＣ高功率因数变流器,所有器件可实现双零开关,采用相平面法对整流和逆变两种工作状态进行了归一化分析。在此基础上,讨论实现软开关的最佳谐振控制和参数设计,给出了实验结果。