电流纹波率分析与输出滤波电感的优化设计

一般输出滤波电感的设计需以临界连续电流为依据并根据经验公式选取电流纹波计算.该方法未考虑滤波电感上电流脉动对变换器各应力参数的影响,难以得到较理想的输出滤波电感值,从而影响变换器的实际效果.为解决这一缺陷.深入分析了Buck变换器电流纹波率的选取理论依据,提出输出滤波电感的优化设计.该方法综合考虑了变换器各应力参数、滤波电感的体积及变换器的动态性能,最终确定了电流纹波率最佳值约为0.4.以此计算的滤波电感值未影响到变换器动态响应,其设计获得了优化.实验结果验证了理论分析的正确性和该方法的可行性.     

一种无源无损吸收的交错并联Buck电路

针对传统单相高压大功率Buck变换器中由于线路寄生参数和器件非理想特性的影响,在功率开关管两端会产生过高电压尖峰的缺点,提出一种无源无损吸收的交错并联Buck电路.详细分析了该变换器的工作原理,通过仿真与实验进行验证,结果表明该变换器能够在不增加额外损耗的前提下有效抑制电压尖峰,同时可以增大纹波频率和减小输出电流纹波,降低对滤波电感和滤波电容的要求,提高变换器的功率密度.     

交错并联磁集成Buck变换器的输出本质安全研究

为了使电路能以较小的最大输出短路释放能量满足本质安全要求,提出将交错并联磁集成技术应用到传统Buck变换器中,交错并联能有效减小输出总电流纹波,磁集成能有效减小单通道电流纹波。以双通道交错并联磁集成Buck变换器为例进行研究,分析了电路的工作原理和临界电感,CCM和DCM下的电感电流纹波,并进行了输出本质安全判据;最后对所设计的电路进行仿真证明理论分析的正确性,并用试验加以验证。     

伪连续导电模式Buck变换器的动态参考电流控制策略

为了提高工作于伪连续导电模式(PCCM)的Buck变换器的效率和瞬态响应速度,提出了一种新型动态参考电流(DRC)控制策略。DRC控制方式通过采样Buck变换器的电感电流信号和负载电流信号,并将两者进行加权平均,获得电感续流的动态参考电流信号。与传统恒定参考电流控制的PCCM Buck变换器相比,DRC控制的PCCM Buck变换器通过反馈负载电流提高了电路的轻载工作效率以及轻载时的输出电压纹波。通过引入电感电流信息和负载电流信息提高了电路的动态性能。仿真与实验结果均验证理论分析的正确性。     

绕线转子同步电机用ZCS Buck励磁变换器

提出了一种适用于电励磁同步电机的零电流(ZCS)软开关Buck励磁变换器。为了减小励磁变换器的体积,利用转子绕组的等效电感作为Buck输出滤波电感。在此基础上,为了消除转子绕组寄生参数和Buck开关器件高频开关引起的励磁电流脉动噪声,提出一种传统Buck电路与耦合电感和谐振电容的组合结构。谐振回路的存在实现了功率开关器件的ZCS软开关,提高变换器效率的同时平滑输出电流,有效减小电磁干扰(EMI)。最后,通过PSIM仿真验证了所提变换器拓扑的有效性。     

半导体激光器驱动电路建模与补偿网络设计

微小的电流变化会导致半导体激光器的输出波长和功率发生重大变化,本文提出使用四相交错并联Buck变换器作为半导体激光器的驱动电路,以减小输出电流纹波。结合交错并联的原理,推导各相电感电流函数。利用状态空间平均法对驱动电路进行建模分析,根据传递函数的伯德图设计最佳补偿网络。仿真结果表明,该驱动电路可以输出电流20A、纹波0.19A,相比于同样输入条件下的传统Buck变换器输出电流20A、纹波2.51A,本文所设计电路能够实现降低纹波、稳定输出的功能。实验结果也验证了设计的合理性。     

带开关电容网络的交错并联磁集成电感Boost变换器

针对传统交错并联Boost变换器电压增益低、开关管电压应力高、电感电流纹波大等问题,提出一种新型交错并联Boost变换器。该变换器用2个开关电感单元分别代替储能电感L₁和L₂,并对开关电感进行耦合集成,在此基础上增加了1个二极管和2个电容构成开关电容网络。分析了变换器在不同占空比下的工作模态,推导了电压增益公式,分析了开关管电压应力和电感电流纹波的大小。与传统交错并联Boost变换器相比,该变换器性能得到明显提升,尤其在占空比D>0.5的情况下电压增益是传统交错并联Boost变换器的3（1+D）倍,开关管的电压应力减小了2/3,电感电流纹波也减小近一半。最后实验验证了理论分析的正确性。表明带开关电容网络的交错并联磁集成电感Boost变换器有着优良的工作性能。     

基于反激变换器的低纹波LED驱动电源研究

提出一种基于反激变换器的低纹波发光二极管(LED)驱动电路拓扑及其控制策略。该电路由反激变换器和Buck变换器组成,反激变换器主输出与Buck变换器输出并联为LED负载供电。通过调节Buck变换器输出电流低频纹波,使其与反激变换器主输出的低频电流纹波等幅反相,抑制了LED电流低频纹波,实现了LED无频闪工作。通过仿真和实验验证了该方案的合理性和可行性。     

适用于Buck电路的一种改进型软开关实现方法

用同步整流加电感电流反向的方法可实现Buck电路开关管的ZVS，但该方法的电感电流纹波比较大．从而会引起较大的输出电压纹波，只适用于对输出电压纹波要求不高的场合。若靠单纯增加输出滤波电容的数量来降低输出电压纹波会大大增加变换器的成本。文中提出了一种改进方案，通过附加一个电感和较小的电容，在实现开关管ZVS的基础上大大减少了输出电压纹波。最后的实验结果验证了该电路的工作原理及有效性。     

一种基于离散观测器的DC/DC变换器参数在线辨识方法

针对功率变换器参数在线辨识问题,提出了一种新的基于离散观测器的DC/DC变换器主电路参数非侵入式在线辨识方法。基于Lyapunov函数提出了一种用于离散系统参数辨识的观测器算法,进一步引入模型噪声估计使得观测器能够适用于经低速采样离散化的混杂系统的参数辨识。为将提出的观测器应用到DC/DC变换器参数辨识中,以Buck变换器为例给出了DC/DC变换器离散模型的建立方法。在此基础上,设计了用于Buck变换器主电路参数辨识的离散观测器。观测器根据电感电流、输出电压以及控制器输出即可对滤波电感及其等效串联电阻、滤波电容及其等效串联电阻、负载等效电阻等多个参数进行在线辨识。仿真和实验结果验证了该方法的有效性。     

高频Buck变换器输出电压纹波理论分析与实验测量

Buck变换器广泛用于服务器供电电源等场合。提高开关频率可降低变换器体积,但寄生参数对输出电压纹波的影响不可忽略,本文针对此现象展开研究。首先根据Buck变换器高频等效电路模型,求解输出电压数学表达式,推导输出电压纹波变化规律及相应的判定条件,提出输出电容支路上寄生参数影响输出电压纹波大小的结论。通过设计高频同步Buck变换器实验方案,并选用高带宽的测试设备和最小测试环路,实现了对高频电压纹波正确的实验测量,验证了理论分析的正确性。该研究为Buck变换器的电路设计提供理论依据,并为高频实验测量提供相关经验。     

磁集成高增益Zeta变换器研究

针对传统升压变换器升压能力不足的问题,提出一种改进型磁集成高增益Zeta变换器.分析了该变换器的工作原理以及工作模态,推导了输出电压增益公式,分析了二极管、开关管、电容的电压应力,引入磁集成技术对电感进行耦合,减小了变换器体积和电感电流纹波.与传统Zeta变换器相比,电压增益提高了(3D+1)/D倍,电感电流纹波减小1...     

小电流纹波的ZVZCS全桥PWM变换器研究

为了减小输出电流的纹波,在传统的全桥移相零电压零电流(ZVZCS)-PWM变换器的基础上设计了一种优化的变换器。通过在次级引入一个辅助电路,既能使超前臂实现ZVS,滞后臂实现ZCS,又能减小输出电流纹波。辅助电路中无损耗元件和有源开关,能克服传统变换器的缺点。该电路具有高效率,低损耗,小电流纹波和能带大功率负载的优点。根据电路特征和设计要求,选择采用2.5 kW,100 kHz的IGBT作为基本元件研制了一台实验样机,并验证了该理论的正确性。     

A three‐phase constant‐current source using an immittance converter

The term immittance converter refers to an impedance–admittance converter. The immittance converter has an input impedance that is proportional to the admittance of the load connected across output terminals. In this converter, the output current is proportional to the input voltage and the input current is proportional to the output voltage. Consequently, it converts a constant‐voltage source into a constant‐current source and a constant‐current source into a constant‐voltage source. It is well known that the quarter wavelength transmission line shows immittance conversion characteristics. However, it has a very long line length for the switching frequency, and is not suitable for power electronics applications. We thus proposed immittance converters that consist of lumped elements L, C and show improved immittance conversion characteristics at a resonant frequency. A three‐phase constant‐current source is proposed in this paper. It is possible to realize this by a simple circuit using an immittance converter. In this paper, circuit operation, characteristic equations, and results of simulation are described. © 2005 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 151(4): 47–54, 2005; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20078     

考虑ESR的DC-DC型开关变换器的研究

电容的寄生参数串联等效电阻（ESR）是电容的一个重要参数,它对电路的性能有较大影响,特别是当电容用于DC-DC型开关变换器中输出电压滤波时对输出电压的纹波影响较大,由于电容的ESR存在,它增加了DC-DC型开关变换器动态小信号数学模型的一个零点,在分析和设计DC-DC型开关变换器系统中应予以重视。文中以Buck型开关变换器为例,分析讨论了电容串联等效电阻对Buck型开关变换器的输出纹波电压及动态小信号数学模型的影响,利用psim软件对所得的结论进行了仿真验证。所得到的结论对DC-DC型开关变换器其它拓扑的滤波电容的选择和控制系统设计有参考价值。     

一种差动型高增益DC-DC变换器分析与设计

针对传统DC-DC变换器电压增益低、开关管电压应力较高、输入电流和输出电压纹波较大等问题,提出一种由两个多电平升压变换器差动连接而成的DC-DC变换器。首先,详细分析了所提变换器的拓扑结构、工作状态以及电路参数设计。理论分析结果表明,在占空比为0.5时,该新型变换器输入电流和输出电压的纹波相互抵消,具有明显的纹波抑制功能。同时,当电容器以互补开关方式运行时,电容器纹波的减少降低了电容器的尺寸。此外,该新型变换器无需添加额外的开关管,驱动及控制电路设计简单。然后,对所提变换器与其他类似变换器在电压增益、元件器数量以及半导体器件的电压应力等方面进行了对比分析,进一步说明了所提变换器的优越性能。最后,通过仿真研究和样机实验验证了理论分析的正确性,以及所提拓扑结构在降低元器件电压应力、提高电压增益方面的有效性。     

Unity-power-factor PWM converter with DC ripple compensation

The generation of harmonics and their subsequent propagation into power lines is a topic of increasing concern to power-supply authorities. To prevent obstacles in the power system, a unity-power-factor PWM converter will be applied at ac-dc power conversion plants. However, the PWM converter, especially at single-phase circuit, has some serious defects, including low-frequency ripple current that flows into the dc line and gives rise to a low-frequency ripple voltage that appears on the dc output. In usual cases, it is necessary to connect a very large capacitor or a passive L-C resonant circuit to the dc line for reduction of low-frequency ripple voltage. However, when batteries are connected to the dc output, most of the dc ripple current flows into the battery even if the above circuits are used, because the impedance of the battery is very low compared to that of the circuits. The low-frequency ripple current causes power loss on the battery and the temperature rises. It is well known that the life of a battery is deeply influenced by the temperature. The ripple current, therefore, should be reduced as low as possible. To accomplish reduction of the low-frequency ripple current, a novel topology for the PWM rectifier is presented in this paper. The main circuit is constituted by adding only a pair of switching devices to the conventional PWM converter circuit. With a simple control technique, the ripple energy on the dc line is converted into stored energy on the input ac capacitors through additional switches. The theoretical characteristics are obtained by using the state-space averaging method. The effect of ripple reduction is confirmed by experiments using a breadboard setup. © 1998 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 123(1): 51–62, 1998     

低输入电流纹波大升压比差动Boost型逆变器研究

为减少功率变换级数以及低频纹波对输入直流电源的影响,具有大升压能力和低输入纹波的单相逆变器具有重要的研究意义。深入研究了大升压比差动Boost逆变器电路拓扑、纹波抑制策略、电流纹波回路、输入电流反馈和输出电压复合控制策略。在传统波形控制基础上,通过输入电流反馈在输出滤波电容上叠加低频偶次电压,进一步减小输入电流中相应偶次谐波分量,使逆变器输出侧低频脉动功率在输出滤波电容与负载之间传递,阻断其向输入源传递;采用前馈与比例积分控制策略提高输出电压质量和输入电流质量。不同负载下的实验结果验证了此变换器的可行性。     

单级PFC滤波电容器电容量与输出电压纹波关系

单级功率因数校正是带有功率因数校正的AC/DC变换器中的最简单的一种.在半个工频周期中,文中详尽的分析了单级功率因数校正电路的输出电压的纹波成分与输出电流与输出滤波电容器电容量电容关系;得出了单级功率因数校正需要和大的输出滤波电容器的电容量才能满足常规开关电源对纹波电压的要求的结论,这使得单级功率因数校正的应用受到极大...