适合大电流输入高压输出的软开关直流变换器

首先,提出了一种LLC谐振的软开关直流变换器,其中原边包含4个开关管、2个变压器绕组和1个耦合电容,并利用耦合电容构造了2个变压器绕组同时工作的回路,实现了两者的均流;副边包含2个二极管和2个谐振电容,构成了一个谐振式倍压电路;然后,利用变压器漏感、励磁电感和谐振电容产生LLC谐振来传递能量,各开关管能实现零电流开通,二极管零电流关断,且承受的反向电压为输出电压,关断损耗也很小;最后,分析了电路各阶段的工作原理,推导了电压增益特性,并设计了一款22~28 V输入、360 V输出、额定负载800 W的样机。实验测试结果证明,电路最高效率达到93.5%,同时也证明了电路的有效性。     

高效率准谐振Buck变换器设计与研究

电感电流临界连续工作模式(BCM)Buck变换器,在电感电流下降到零时,输出滤波电感和开关管并联电容谐振即准谐振(Quasi Resonant)(QR)。在开关管两端电压谐振到零的时候开通开关管,则可以实现零电压零电流开通(ZVS/ZCS)。本文通过详细分析输出电感与开关管并联电容的谐振过程,得出开关管两端电压为零的时间,并且通过设计延时电路,以保证输入电压变化时依然能够实现零电压和零电流开通(ZVS/ZCS)。在开关管关断时由于开关管两端并联了谐振电容,可近似认为是零电压关断。而且Buck变换器工作于BCM模式时输出滤波电感体积小,动态响应速度变快,二极管自然关断,没有反向恢复损耗。最后设计了一台3kW的原理样机,最高效率可以达到98.7%。     

副边双谐振软开关全桥直流变压器研究

提出了一种副边双谐振软开关全桥直流变压器(SDR-FB DCX)。其原边利用励磁电感储存能量在全负载范围内实现了开关管的零电压开关,同时副边采用谐振电路,实现了整流二极管的零电流关断,从而减小开通损耗和反向恢复损耗,提高了SDR-FB DCX的效率。SDR-FB DCX消除了整流二极管的电压尖峰与振荡,将整流二极管电压箝位于输出电压,减小了整流二极管的电压应力。详细分析了SDR-FB DCX的工作模态及稳态特性,分析结果表明其输入/输出电压增益比表现为直流变压器的工作特性,电压增益比与负载、开关频率和占空比无关。给出了SDR-FB DCX软开关的实现条件。最后通过搭建一台1 kW、400 V/48 V的实验样机,验证了理论分析的正确性。     

逆变器前端倍压LC谐振推挽式直流变换器

提出了一种零电流开关(ZCS)的推挽式直流变换器。变压器的副边采用倍压电路结构,利用倍压电路中的电容和变压器漏感实现LC谐振来传递能量。电路采用调频工作,开关频率小于谐振频率,使得开关管和二极管都能获得ZCS,二极管只承受输出电压。各工作模式被详细分析。推导了电路的电压增益与频率比m、励磁电感/漏感比h以及品质因数Q的关系,表明了变压器副边绕组可以比传统设计减半。针对在一个车载逆变器样机的应用,指出了该推挽电路的设计方法。对一个600 W逆变器样机测试表明,整机最高效率达到91.5%。实验波形也验证了工作原理分析正确。     

限制调频范围的不对称多模式宽输出LLC变换器

频率控制的传统LLC谐振变换器往往受限于开关频率的有效调节范围,难以实现宽输出电压范围,为此,研究了一种限制调频范围的不对称多模式宽输出LLC谐振变换器。采用双谐振腔且对应两变压器变比不同的不对称结构,能够根据原边开关组合的不同,使得双谐振腔分别工作在单半桥、双半桥和半桥+全桥3种不同的模式,从而获得3种不同的电压增益,并且保证每种模式之间归一化增益调节范围不超过1.5,可以在窄开关频率范围内实现宽输出电压范围。建立300 W的实验样机,验证了所提变换器可实现1～3倍的宽输出电压范围,并且实现了原边开关管的零电压开通和副边二极管的零电流关断,具有良好的软开关性能,验证了变换器的可行性。     

基于LLC串联谐振的半桥变换器的研究

提出了一种新型LLC串联谐振变换器。它可使原边所有的开关管零电压导通、副边的整流管零电流关断,因而可实现极高的转换效率。由于电路利用了变压器的励磁电感,可使变换器在宽输入范围内实现软开关。此外,利用漏感参与谐振,可有效降低副边整流管的电压应力,提高EMI性能。在分析LLC串联谐振变换器工作原理的基础上,设计了实验样机。实验结果证明,变换器转换效率可达到92.1%。     

开关器件承受电压不高于直流电源电压的无源谐振极逆变器

为提高逆变器转换效率,提出了一种主开关承受电压不高于直流电源电压的无辅助开关的谐振极逆变器。与硬开关逆变器相比,该软开关逆变器通过增加由少量无源器件组成的谐振电路,能使开关器件在开通瞬间完成零电流开通,在关断瞬间完成零电压关断。此外,该谐振极逆变器在死区时间内输出相电流可通过辅助电路续流,有利于减小低输出频率下的相电流畸变率。依据不同工作模式下的等效电路图,分析工作原理,说明了软开关实现条件,完成了辅助电路功耗的理论分析,并给出了参数设计过程。制作一台10k W的三相实验样机,实验结果表明逆变器的开关器件实现了软开关,而且输出相电流在低频下无畸变。因此,该软开关逆变器具有开关损耗低和输出电流畸变率低的优点。     

电除尘高压电源LCC变换器电流断续模式分析

为了克服串联谐振、并联谐振及LCC串并联谐振连续模式应用于高压大功率静电除尘电源方面的不足,采用LCC串并联电流断续模式进行设计。基于断续电流模式下的电路模型,采用时域状态法对串并联谐振变换器工作方式进行分析和数学描述,推导得出了变换器特性解析表达式,探讨了串并联电容比值对变换器输出电压的影响,深入研究了电流断续电流模式下变换器的电压增益以及效率特性。结果表明:电流断续工作模式实现了开关管的全时零电流开通及零电流/零电压关断;增加串并联电容的比值m,可以增大输出电压,但会降低效率;在一定的范围内增大开关频率可增大电压基准增益进而提高效率。仿真及样机实验表明:所做理论分析正确,将采用电流断续工作模式的LCC变换器在应用于电除尘高压大功率电源可行。     

基于副边谐振技术的单端反激式变换器EMI分析

针对传统单端变换器中电压和电流变化率大、电磁干扰严重的问题,研究一种基于副边谐振技术的单端反激式变换器,在应用副边谐振技术后,该变换器谐振电容电压的影响和励磁电感的设计可使开关管电压、电流应力降低,谐振腔的位置设计将整流二极管和谐振二极管的端电压钳位在输出电压,合适大小的谐振周期可以使谐振二极管实现零电流关断。本文分析断续导通模式下副边谐振变换器的噪声耦合路径、等效模型、噪声优化理论。分析结果表明:引入副边谐振技术后,共模噪声源减小,合理设计谐振腔可增大等效阻抗,进一步减小共模电压;相比传统反激变换器,励磁电感设计得更大,从而降低变压器的电流纹波,减小差模噪声。搭建仿真模型和60W实物样机,实验验证了副边谐振技术可以有效降低电磁干扰水平。     

一种桥型副边LC谐振变换器及其建模和设计

提出了一种零电流开关(ZCS)的谐振变换器,变压器副边采用倍压结构,由谐振电容和变压器漏感组成的LC谐振可实现电路中能量的传递。电路采用调频工作,开关频率小于谐振频率,使得开关管和二极管都能获得ZCS。原边开关管电压应力取决于原边电路结构,副边二极管只承受输出电压。详细分析了各工作模式,基于基波分析法推导了电路的电压增益与频率比m、漏感系数h以及品质因数Q的关系,表明了变压器副边绕组可以比传统设计减半。针对在车载逆变器样机的应用,对该电路提出了一种高效的设计方案。最后,建立了一个21~28V输入/额定功率600W的逆变样机,实验波形及较高的变换效率验证了电路的正确性及设计方案的可行性。