10 kVMW级电力电子变压器设计方案

电力电子变压器(PET)在具有传统变压器变压和隔离等基本功能的同时,还具备功率灵活可控和可进行无功补偿等优势。通过对电力电子变压器拓扑结构和功能的分析,针对中低压交直流混合智能配电网领域,提出了一种10 k VMW级的电力电子变压器的设计方案,其中高压侧AC/DC变换器采用MMC换流器,DC/DC变换器由输入串联输出并联的LLC谐振型双向全桥DC/DC变换模块组成;给出了AC/DC和DC/DC变换器中主要元器件的设计,结合应用场景设计了PET的运行模式以及各部分的基本控制策略。所提出的设计方案可实现中压交流、中压直流、低压直流以及低压交流的多级变压、网络互联以及能量的多向流动,实用性强,在中低压交直流配电网中具有一定典型性,对工程设计有重要指导意义。     

200W正弦波逆变电源的设计方法

提出了一种基于数字控制的具有高频链的200 W正弦波逆变电源的设计方法.正弦波逆变电源由一种新的全桥移相DC/DC软开关变换器和DC/AC周波变换器级联构成.介绍并分析了全桥移相DC/DC变换器软开关的实现方法和设计注意事项,以及全桥移相DC/DC变换器一个开关周期内的6个电路拓扑变换过程.提出了一种基于瞬时无功功率理论实现DC/AC周波变换器的新的控制方法,并给出了其控制原理框图.最后利用PSIM软件对整体电路进行了仿真,仿真结果表明符合理论分析的结果.     

一种组合并联大功率DC/DC变换器研究

为了全功率范围内实现ZVS、进一步扩大单机容量和各能源的组合应用,提出了一种组合并联大功率DC/DC变换器。首先给出了电路拓扑结构,分析了变换器工作原理、软开关的实现条件以及辅助电感的工作过程,提出了关键参数的设计。最后通过实验验证了理论分析的正确性。该变换器能够通过辅助网络实现各开关管在全功率范围内的ZVS,并且辅助回路可以实现开关管ZVS所需能量的调节。     

一种高效隔离的双向DC/DC变换器

面对全球环境急剧变化、能源紧张、节能减排压力的不断上升,具有效率高、体积小、动态性能好、成本低等优势的双向DC/DC变换器的技术需求日益增多.文章在分析传统隔离式双向DC/DC变换器各种拓扑的优缺点的基础上,提出了一种具有隔离、高效、高功率密度的LLC谐振式双向DC/DC变换器的对称拓扑结构.通过研究LLC谐振电路参数的计算方法,设计了300 W,336/24 V的双向DC/DC变换器样机模型,并在Cadence Pspice环境下,建立了相应的等效电路模型,从空载到满载全范围工作状态下,仿真实现了谐振侧开关管零电压开关(ZVS)和整流侧整流二极管零电流开关(ZCS),减小了损耗,提高了效率,降低了电磁干扰(EMI),验证了双向DC/DC变换器对称拓扑结构及其谐振电路参数计算方法的正确性.     

一种新的LLC倍压谐振变换器参数设计方法

提出了一种新的LLC倍压谐振变换器参数设计方法。首先,基于基波分析法分析了该拓扑的增益特性,然后推导出了LLC倍压谐振变换器主回路谐振电流峰值的表达式,给出了LLC倍压谐振变换器的ZVS导通条件,建立了变换器优化设计模型。最后,利用MATLAB优化方法对LLC电路进行了优化设计并对设计结果进行了实验验证。     

矩阵式AC/DC变换器研究

对三相/三相矩阵变换器进行变换,得到一种衍生的AC/DC变换器拓扑。采用电流型空间矢量调制策略,推导出在该调制策略下的输出电压的表达式。通过在拓扑中加入一个谐振电感和隔直电容,使得双向开关器件可以实现软开关换流,并详细分析了换流过程。将控制算法建立在以电源电压矢量定向的dq同步旋转坐标系中,改变调制矢量实现功率因数调节。仿真结果验证了理论和控制方案的正确性和可行性。     

ZVZCS变换器在阴极保护电源中的应用

针对相控整流效率低和装置体积大的问题,在阴极保护电源中设计了一种ZVZCS（零电压零电流变换）DC—DC变换器的拓扑,利用辅助变压器和辅助二极管实现ZVZCS,并对DC—DC主电路进行了仿真验证。     

地铁屏蔽门控制系统供电模块及自主均流

地铁屏蔽门作为城市轨道交通系统中的重要组成部分,保障其控制系统的供电是屏蔽门安全可靠运行的基本前提。根据地铁屏蔽门控制系统供电直流UPS电源模组的要求,该文首先设计基于LLC半桥谐振拓扑的DC/DC供电模块单元,能够在全负载范围内实现软开关,同时满足高转换效率及动态响应的综合指标;其次提出分段式非线性下垂控制策略,用于实现供电模组单元的自适应及自主均流,以改善均流效果与负载电压调整率之间的折中设计。给出了LLC DC/DC供电模块单元及其自主均流设计方案,制作了两台额定功率为600 W的模块电源样机,通过实验测试验证了供电模块单元及其自主均流的可行性。     

DC/DC拓扑的分类和选择标准

为了提高电力电子产品设计者选择DC/DC拓扑的准确性和快速性,分析了现有市场上主流的通信、电脑用电源中DC/DC的应用特点,从电气规格出发提出了电力电子产品设计中DC/DC变换器的电路拓扑选择的四大标准.输入电压高低决定是否采用软开关;输出电压高低决定是否采用同步整流;输入输出电压变换范围宽窄决定是否采用宽范围拓扑;功率大小决定候选拓扑的开关数量.通过一个关于通信电源中DC/DC拓扑初选的例子说明了所提四大标准的用法,并证实了四大标准的实用性和有效性.针对一些经典的DC/DC拓扑和最新的DC/DC拓扑与这四大标准的关系进行了评价,得出了电气规格和拓扑之间的直接对应关系的表格,便于电力电子产品设计者参考.     

油田测井装置深井电机地面供电方式的研究

针对油田测井装置的驱动液压泵电机的供电方式进行了研究,比较分析了6种供电方式的优缺点,提出一种最有应用前途的电机供电方式。该供电方式克服了传统的调压器加变压器的油田测井电源方式的诸多缺点,具有体积小、重量轻、电压调节方便、起动电流小、动态响应快和智能化程度高等优点。该电源由多个IGBT功率变换单元组成,经过AC/DC/AC—AC/DC/AC多个电压变换环节,实现从单相AC 110 V低压至双相AC 600～AC 1 200 V中压的变换。     

软开关DC/DC变换器的研究及PH型变换器

简述了软开关变换的4个特征.以实用性、代表性的软开关DC/DC PH型变换电源为例,较为详细地阐述了它的工作原理,其中有产生ZVS的条件公式、基本典型电路图、工作时间波形图;结合工作模型分析了波形图中各个时间的对应关系;指出了软开关DC/DC变换器在实际应用中存在的8个问题;简述了今后软开关变换的发展和研究方向.     

一种采用三级架构的电动汽车直流风机电源

电动汽车和混合动力汽车代表了未来汽车发展的方向,具有节能降耗、绿色环保的优点。作为车载电气重要设备,车载DC/DC电源应当具有高效率、高功率密度的特点,以适应电动汽车空间有限,要求高转换效率的目标。通过采用Boost+LLC+双路Buck斩波作为主电路拓扑,设计了一种双路输出的车载DC/DC电源,为车载空调系统的直流风机系统供电。Boost电路将宽输入电压调整为一个较为稳定的电压,使得LLC电路基本工作在谐振点上,从而实现最高效率。双路Buck斩波部分设计了一种双路Buck斩波IPM模块,提高了产品功率密度。此外模块化设计便于形成不同系列的产品。经测试验证,该电源的各级工作稳定,双路输出相互独立、互不干扰,整机效率较高,达到了整体设计目标。     

低压大电流移相全桥开关电源的研究

给出硬件电路系统框图,然后结合采用移相全桥ZVS PWM DC/DC变换器的电路拓扑结构,推导并计算了几个关键的主电路参数,接着给出了产生PWM波相关的硬件电路图,最后在10kW的直流电源样机的环境下进行了实验并得出实验波形.     

Buck+半桥LLC倍压谐振两级式DC/DC变换器

针对微波功率模块(MPM)集成电源应用,提出了一种新型的基于定频控制的Buck+半桥LLC倍压谐振两级式DC/DC变换器。阐述了两级式变换器的拓扑结构,分析了后级半桥LLC倍压谐振变换器的特性和工作原理,给出了优化设计方法。最后,制作了一台功率400W输出的样机,进行了仿真和实验验证,样机的满载效率达到了96%。     

基于STM32F051控制的太阳能并网发电系统设计

设计了一种1kW太阳能并网发电系统,主要包括前级DC/DC升压模块和DC/AC逆变模块,整个控制的核心芯片采用ARM系列的STM32F051。前级DC/DC升压模块,主要利用全桥LLC谐振电路实现了前级电压的泵升,为后级提供了稳定的电压;后级DC/AC逆变模块,主要利用单相电压型逆变电路,其逆变控制系统采用SPWM电压电流双环控制,使并网电流与电网电压同频同相。在MATLAB/Simulink仿真环境下对全桥LLC谐振电路和单相全桥逆变电路进行仿真,得到了谐振网络两端电压、谐振电流以及电网电压、并网电流的仿真结果,为今后太阳能并网发电系统的改进和优化提供了依据。     

LLC谐振变流器最小工作频率的计算方法

将LLC谐振变流器用于车载充电机(On-Board Charger,OBC)的高频隔离DC/DC。全负载范围内,LLC谐振变流器的原边开关器件实现零电压开关(Zero Voltage Switching,ZVS),副边整流二极管实现零电流开关(Zero Current Switching,ZCS)。考虑输出电压变化时LLC谐振变流器的品质因数也随之变化,以轻载和重载的品质因数为边界条件,计算出LLC谐振变流器的最小工作频率,避免了传统基波近似法不能得到LLC谐振变流器最小工作频率的缺点并为LLC谐振变流器的磁件设计提供理论支持。最终研制了一台3.3k W OBC样机,其功率密度达到1.05 k W/L,整机峰值效率达到95.01%,LLC谐振变流器的峰值效率达到97.4%。     

基于两级式电路的隔离型高效率车载充电机

车载充电机(On-Board Charger,OBC)是电动汽车(Electric Vehicles,EV)的关键部分,为EV提供充电通道。它需要具有隔离功能,因此,常采用两级式电路作为OBC的拓扑结构,利用后级DC/DC电路提供电气隔离。限于车载空间,OBC还须具有高效率、高功率密度的特性。由于交错Boost变流器和LLC谐振变流器均具有高效率、高功率密度的优点,因此常采用它们分别作为OBC的前级AC/DC电路和后级DC/DC电路。加之,OBC面对的是电压范围变换较宽的电池负载,其电压增益必须得到优化设计。在上述背景下,对所选择的两级式隔离型OBC的效率和电压增益进行了优化设计,开发了一台3.3 kW OBC样机,其整机效率高达94.9%,功率因数超过99.5%,充电电压范围为230~430 V。交错Boost变流器和LLC谐振变流器的效率分别达到97.7%和97.6%。OBC的功率密度可达1.05 kW/L。     

直流微网中高降压比软开关DC-DC变换器

针对传统单级DC-DC变换器在分布式电源构成的DC 380 V直流微电网中变换困难的问题,提出了一种具有高降压比特性的新型拓扑结构.该拓扑结构利用中间电感和输出侧电感的分压特性,较好地实现了高降压比转换,并利用钳位电容的作用实现了电路的软开关动作.在分析其基本原理的基础上,给出了一定死区时间内软开关的实现条件,并通过对比介绍了该变换器的优势.最后通过仿真验证了上述理论分析的正确性.     

直流微网中高降压比软开关DC/DC变换器的研究

针对传统单级DC-DC变换器在分布式电源构成的DC380V直流微电网中变换困难的问题,本文提出了一种具有高降压比特性的新型拓扑,该拓扑利用中间电感和输出侧电感的分压特性,较好地实现了高降压比转换,并利用钳位电容的作用实现电路的软开关动作。本文在分析其基本原理的基础上,给出了一定死区时间内,软开关的实现条件,同时,通过对比介绍了该变换器的优势。最后,通过仿真验证了上述理论分析的正确性。     

感应加热谐振电路新拓扑模型研究

为了降低电压型逆变器在高频感应加热电源应用中功率器件上的电流和功耗，提出了一种适用于高频大功率感应加热的新型电感-电感-电容（LLC）谐振拓扑。在拓扑中增加电感，使电源和负载隔离，通过调节负载电流大小来降低功率器件上的功耗；同时去掉高频功率匹配变压器，减小电源的体积和重量，并提高电源效率。给出了该拓扑的谐振特性和各参数设计准则，并根据拓扑特性和系统要求设计了新的锁相环（PLL）控制系统。仿真和实验结果表明，这种拓扑相对于传统的谐振拓扑更能满足高频大功率应用环境的要求。