基于双向零电流开关的分布式储能变换器研究

为提高电池利用率及安全性,分布式储能系统采用高频隔离储能变换器实现低压电池模组到高压直流母线的能量双向传输.为使储能变换器在正反两个方向下均具有较高效率,低压大电流一侧在双向运行时可采用零电流开通和零电流关断,以实现零开关损耗.在分析传统双向全桥DC/DC变换器和LLC谐振变换器存在问题的基础上,提出了一种双向零电流开关储能变换器,通过采用非对称占空比控制,可以实现低压侧在正反向时均具有零电流开关特性,有效减小开关损耗,提高变换器的双向运行效率.分析了变换器的功率传输及电压增益特性,推导了软开关实现条件,并对拓扑结构进行改进以改善电流波形,进一步减小损耗.最后通过仿真和实验验证了拓扑结构及双向零电流开关控制方式的有效性.     

一种新型零电流零电压开关功率因数校正全桥变换器

介绍一种单级式零电流和零电压开关功率因数校正全桥变换器，利用变压器的漏感和输出电容的储能，在很宽的负载范围内实现了超前管的零电流开关；而通过移相控制方式，利用开关管的结电容则实现了滞后管的零电压开关。由于软开关的实现不需要任何其它的辅助元件，所以与通常的零电流开关PWM Boost全桥变换器相比，该变换器结构简单，容易实现。通过对电路的运行机理和工作模态的分析，可以看出该变换器能同时实现功率因数校正、AC／DC转换、输出电压调节和电气隔离，实验结果证明了该变换器的优越性。     

一种新型高效电动汽车双向DC-DC变换器

电动汽车与电网端的能量传递过程受到广泛研究。以电动汽车用CLLC式双向DC-DC变换器为基础,在电动汽车端增加了超级电容交错并联倍流储能放能回路,提出一种新型高效双向DC-DC变换器。对新型高效双向DC-DC变换器的正向和反向工作过程进行分析,研究了增益特性,提出了开关管实现零电压开关（ZVS）的条件,对开关管电应力进行分析。制作了800 W试验样机,样机测试结果验证了新型双向DC-DC变换器中开关管能实现ZVS,开关管峰值电流小,与传统双向DC-DC变换器相比,效率得到提升。     

一种开关频率固定的输出可调型有源钳位正激双向谐振变换器

提出一种开关频率固定的输出可调型有源钳位正激双向谐振变换器。不同于传统有源钳位技术,该变换器中的单个有源钳位电路为两个变压器去磁,以简化电路结构,并提供谐振回路实现能量反向传递。同时,输入串联输出并联结构可分担输入电压,减轻单个器件电压应力。采用交错并联PWM的控制策略,以减小输入电流纹波。该变换器开关频率固定,可避免传统调频方式中存在的磁性元件、同步整流驱动设计困难等问题,且具有一定的输出电压调节能力。此外,利用谐振原理,该变换器可实现开关管的零电压开通以及二极管的零电流开关,提升变换效率。详细分析开关频率固定的输出可调型有源钳位正激双向谐振变换器的工作原理以及稳态特性,最后搭建了一台43~53V输入、24V/1.8A输出的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。     

新型电动汽车双向隔离型DC-DC变换器控制策略

双向隔离型DC-DC变换器在超级电容储能供电的电动汽车上应用广泛,为了实现变换器中所有开关管零电压开关(ZVS)过程,提高双向隔离型变换器效率,提出了一种新型双向有源桥式变换器控制策略。在桥式变换器中增加并联谐振电感,利用占空比补偿的方法对驱动信号进行补偿,对谐振腔的电流值进行设计求解,选取合适的谐振电感值,对谐振过程中桥式结构一次侧和二次侧电压的相位差进行控制,通过脉宽调制(PWM)处理器综合调制后控制双向隔离型变换器。保证了能量双向流动的同时,实现了双向隔离型DC-DC变换器中所有开关管ZVS过程。试验测试表明,所提出的新型控制策略能够有效提高双向隔离型DC-DC变换器的效率。     

高反向电压增益LLC谐振双向DC/DC变换器研究

针对LLC谐振槽双向DC/DC变换器反向运行归一化电压增益小于1,致使正向运行输入电压范围受限的问题,提出了一种新型反向运行升压驱动方式。该升压驱动方式通过在恰当时间开通整流开关管构造出谐振元件储能回路,实现最大归一化增益为2的升压。介绍了该双向LLC谐振变换器的工作原理,细致分析了反向工作过程,并在Matlab中进行建模仿真和验证。样机测试结果表明,该双向LLC谐振变换器正向运行效率高,反向运行时多数开关管保持了软开关、实现了高效率。     

飞轮储能系统双向准谐振软开关DC-DC变换器的研究

飞轮储能因其具有高效、节能、清洁等诸多优点,是未来重要的储能电源形式之一。虽然已有部分飞轮储能系统产品问市,但是大功率飞轮储能系统仍然处于研究之中。本文介绍了一个开发中的应用于大功率飞轮储能系统的双向准谐振软开关DC-DC变换器,有效实现了开关管的零电压开通和零电压关断。其突出的优点在于,结构精简及较低的开关损耗,在确保飞轮储能系统快速充放电的基础上,降低了整套系统的电磁干扰(EMI)水平。     

C-dump变换器开关控制方法的分析与比较

C-dump变换器是一种用于无刷直流电动机的新型功率变换器，其开关控制方式对电枢电流和变换器储能电容电压脉动有较大的影响。该文对C-dump变换器主开关和斩波开关的开关控制方式及其对电机电流和变换器储能电容电压脉动的影响进行了研究。首先对C-dump变换器主开关的PWM控制和滞环控制两种工作方式进行了比较。然后重点对斩波开关的滞环控制，斩波频率高于主开关频率的PWM控制、斩波频率低于主开关频率的PWM控制、主开关与斩开关同步PWM并结合斩波开关滞环控制等5种开关控制方法进行了详细的理论分析与比较。结果表明：主开关与斩波开关同步PWM并结合斩波开关滞环控制可较好地减小储能电容电压和电机电流脉动，有利于改善系统性能。最后进行了仿真与实验验证。     

基于三半桥拓扑的双向DC/DC变换器软开关条件研究

为了实现三半桥双向DC/DC变换器的零电压导通和关断,进一步提高变换器的性能,本文探讨了三半桥拓扑双向DC/DC变换器的软开关条件。通过理论分析和仿真验证,研究了影响三半桥双向DC/DC变换器的软开关条件的因素。结果表明,三半桥双向DC-DC变换器的软开关条件与其控制变量有关。     

一种新型双向软开关DC/DC变换器及其软开关条件

提出了一种新型的隔离型双向软开关DC/DC变换器。变换器中的开关元件能够在全负载范围内实现软开关并且二极管实现零电流关断。上述措施有效地减少了开关损耗,电磁应力和电磁干扰。在简要介绍变换器工作原理的基础上,本文着重分析了电压、电流的变化规律,特别是推导出各开关元件实现软开关的条件及其数学表达式,并得到了实现软开关的通用条件。试验结果证明根据该通用条件设计的实验样机能够在大负载范围内实现软开关。     

可升压自然软开关变流器

该文提出一种能应用于DC-AC、AC-DC-AC、AC-DC、和DC-DC电能变换的新型电能变化策略。采用该策略的变流器与对应的传统硬开关变流器相比，在直流储能环节的回路中增加一个辅助开关，通过适当的控制可实现：DC电压提升；辅助开关零电压零电流工作；传统变流器更多开关工作在零电压零电流状态。该文通过对一个新型两电平DC-AC三相逆变器的分析来详细阐述此类变流器的基本工作机理，并通过实验加以验证。     

新型磁集成零电压零电流软开关全桥变流器

提出了一种新型的磁集成零电压零电流软开关移相全桥DC/DC变流器。该磁集成变流器将3个电感和1个变压器集成于同一磁心中,变压器的漏感同时用做储能电感,传统全桥电路中的输出滤波电感也被移去。因此,二次侧整流管可工作于零电流模式,整流管上的电压尖刺也可被输出电压箝位。另外,变压器中的励磁电流作为电流源为一次侧开关管的寄生电容充放电,因此一次侧开关管在全负载范围内均可实现零电压开通。与分立元件方案相比,该磁集成方案具有元件少、体积小、成本低和磁损小的优点。制作了300 W、350~400 V输入、12 V输出的样机,验证了理论分析的正确性。     

软开关半桥直流变压器研究

分析了一种半桥软开关直流变压器电路。该电路具有结构简单,实现软开关效果好,开关管和整流二极管的工作应力小,效率高,工作可靠等优点。详细分析了该变换器的工作原理,给出了变换器的输出特性和实现ZVS的条件,并对其进行了仿真验证和试验验证。     

一种新颖全桥PWM准谐振开关电源设计

本文设计了一种新颖的全桥准谐振开关电源,在移相全桥ZVS变换器的基础上增添辅助谐振网络,使其能顺利实现全桥变换器滞后臂的零电压开关,减少功率损耗,提高开关电源效率。     

Analysis of the ZVS two‐switch forward converter with synchronous current doubler rectifier

A soft switching two‐switch forward converter is presented to achieve zero voltage switching (ZVS) turn‐on of switching devices. In the adopted converter, a buck‐boost type of active clamp is connected in parallel with the primary winding of transformer. The energy stored in the transformer leakage inductance and magnetizing inductance can be recovered so that the peak voltage stress of switching devices is limited. The resonance between the transient interval of two main and auxiliary switches is used to achieve ZVS turn‐on of all switches. The current doubler synchronous rectifier is used in the secondary side of transformer for reducing the root mean square value of output inductor current, transformer secondary winding current and output voltage ripple by cancelling the current ripple of two output inductors. First, the circuit configuration and the principles of operation are analyzed in detail. The steady‐state analysis and design consideration are also presented. Finally, experimental results with a laboratory prototype based on a 380 V input and 12 V/30 A output were provided to verify the effectiveness of the proposed converter. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

互补控制的有源钳位型零电压开关功率因数校正器

分析了一种改进的零电压开关功率因数校正(PFC)变流器,并给出了优化设计方法.有源钳位Boost变流器中,可以通过一个辅助开关管,一个很小的辅助电感和一个钳位电容实现所有开关器件的零电压开通.通过增加一个很小的辅助二极管VDc,钳位升压二极管上的电压振荡,降低了有源钳位Boost变流器中升压二极管的电压应力.根据优化设...     

Novel interleaved ZVS converter with ripple current cancellation

This paper presents a zero voltage switching (ZVS) converter with interleaved pulse‐width modulation scheme. An active clamp circuit is adopted in the proposed converter to recycle the energy stored in the leakage inductor of the transformer and reduce the voltage stress of the main power switch in the converter. The ZVS feature of switches can be achieved due to the resonance during the transition interval of two power switches. Two full‐wave rectifiers with ripple current cancellation are connected in parallel at the output side to reduce the current stress of the secondary winding of transformers. Instead of the conventional interleaved forward converter, power switches in the proposed converter can perform the functions of both forward converter and active clamp at the same time. Therefore, the circuit components in the power circuit are less than that of in the conventional interleaved forward converter. The operation principle and system analysis of the proposed converter are provided. Some experimental results for a 240 W (12 V/20 A) prototype are provided to demonstrate the effectiveness of the proposed converter. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

A lossless switching technique for smart grid applications

Smart grid is an upgrade of the existing electricity infrastructure in which integration of non conventional energy sources are an integral part. This leads to the introduction of harmonics and increased switching losses in the system. Thus there is a need of loss less switching techniques for smart grid applications. Switched mode power supplies (SMPSs) are being extensively used in most power processes [1]. Developments were carried out centered on hard switched converters, where switching frequency is limited to 10 s of kHz [2]. The uses of soft switching techniques, [3], [4], [5], [6] zero voltage switching (ZVS) or zero current switching (ZCS), is an attempt to substantially reduce the switching losses and hence attain high efficiency at increased switching frequency. The soft-switching topologies belong to families namely resonant load converters [3], resonant switch converters [2], [4], resonant transition converters [5], [6], and most recently active clamped PWM converters [7], [8], [9]. The active clamp topology adds an active clamp network, consisting of a small auxiliary switch in series with a capacitance plus the associated drive circuitry to the traditional hard switch converters. The proposed paper basically deals with the design, modeling and simulation of a ZVS–PWM active clamp/reset forward converter having features like zero switching power losses, constant frequency and PWM operation, Soft-switching for all devices and Low voltage stresses on active devices due to clamping action.     

脉宽调制DC／DC全桥变换器软开关技术的研究

采用软开关技术可以有效克服功率变换器的开关损耗。介绍了软开关脉宽调制DC／DC全桥变换器的实现原理,给出了多种零电压开关（ZVS）和零电压零电流开关（ZVZCS）变换器的电路拓扑,分析了它们的性能特点和结构优缺点,指出了零电压零电流开关脉宽调制DC／DC全桥变换器在中、大功率场合会有很好的应用前景。