基于ZVZCS的大功率屏蔽门驱动电源的研究

屏蔽门是轨道交通系统中的关键设备之一。多台门机同时动作时,要求直流供电系统瞬时提供较大的功率输出,且供电电压不能有太大波动,这对供电电源提出较高要求。基于零电压零电流开关ZVZCS（zero-voltage zero-current switching）全桥变换拓扑,设计了一类大功率直流供电模块,分析开关ZVZCS全桥变换器在周期内的开关模态及关键波形,根据超前臂并联谐振电容在换流时的充放电过程,确定超前臂实现零电压开关ZVS（zero-voltage switching）的条件,综合零电流开关ZCS（zero-current switching）条件下开关管耐压值及原边电流复位时间,推导隔直电容的取值范围。给出最大有效占空比计算公式,详细分析了超前、滞后臂的开关损耗。根据设计参数,制作了1台2.2 kW实验样机。实验结果表明,所设计的直流电源模块在各种负载状态下实现软开关,提高了供电效率,有着良好的动态特性。     

改进型零电压转换PWM软开关功率变换器的实现机理分析

为改进传统谐振缓冲功率变换器(RSI)应用于高精度场合纹波较大的问题,提出一种改进型零电压转换(ZVT)脉宽调制(PWM)软开关功率变换器。通过LC环节减小输出电流纹波,并采用负载分段实现软开关的方式。轻载下利用交变的滤波电感电流实现主开关器件的零电压开通,重载下通过合理的导通谐振回路实现软开关,同时辅助开关器件实现零电流开关。该拓扑可采用PWM控制,具有效率高、纹波噪声小和开关频率固定的优点。通过分析电路的实现机理,对各工作时区进行解析计算,并给出实现软开关的条件。最后通过实验,在200kHz的开关频率下,验证了电路的有效性。相比于硬开关,效率得到了很大的提升,而相比于RSI在效率上虽有降低,但输出噪声却大幅减小。     

一种辅助谐振变换极三相电压型PWM变流器

提出了一种新颖的辅助谐振变换极三相PWM变流器拓扑结构.该拓扑结构较传统辅助谐振变流器简单,控制方便.文章分析了PWM 控制方式、零电压谐振的工作模式,并对谐振电路和谐振条件进行了数学推导.仿真研究结果表明,该变流器在单位功率因数运行的情况下,能够实现零电压开关动作.     

PWM直流变流器中一种新型的零电压零电流转换软开关单元

提出了一种新型的零电压零电流转换(ZVZCT)软开关单元,并基于该开关单元,构造了Buck ZVZCT PWM变流器.该变流器实现了主开关管的零电压零电流开关,辅助开关管的零电流开通、零电压零电流关断,以及续流二极管的零电压零电流关断、零电压开通;不但适合于少子器件,而且适合于多子器件,同时保持PWM控制的特点.同时,该ZVZCT软开关单元可以推广到其它变流器之中,构造出新型ZVZCT PWM变流器族.进行详细的稳态分析、仿真分析和实验验证.实验结果完全验证了理论分析的正确性.     

PWM零电直流变流器中一种新型的压零电流转换软开关单元

提出了一种新型的零电压零电流转换(ZVZCT)软开关单元，并基于该开关单元，构造了BuckZVZCTPWM变流器。该变流器实现了主开关管的零电压零电流开关，辅助开关管的零电流开通、零电压零电流关断，以及续流二极管的零电压零电流关断、零电压开通：不但适合于少子器件，而且适合于多子器件，同时保持PWM控制的特点。同时，该ZVZCT软开关单元可以推广到其它变流器之中，构造出新型ZVZCTPWM变流器族。进行详细的稳态分析、仿真分析和实验验证。实验结果完全验证了理论分析的正确性。     

Reduction of Losses and Efficiency Enhancement of a Zero-voltage Transition–Zero-current Transition Pulse-width Modulated Synchronous Buck Converter with a Simple Passive Auxiliary Circuit

In this article, a novel auxiliary circuit is incorporated with a synchronous buck converter, which provides zero-voltage transition–zero-current transition switching conditions for the main and synchronous switches in the proposed converter. There are no additional voltage and current stress on main and synchronous switches due to the resonance of the auxiliary circuit that acts for a small segment of time in the proposed converter. A zero-voltage transition–zero-current transition pulse-width modulated synchronous buck converter with a simple passive auxiliary circuit reduces the stress and improves the efficiency by pacifying the conduction and switching losses compared to a traditional converter. The important design feature of the zero-voltage transition zero-current transition pulse-width modulated synchronous buck converter is the placement of resonant components that mollify the conduction and switching losses. Due to the zero-voltage transition–zero-current transition, the resonant components with low values are used, thereby resulting in the increase of switching frequency. The zero-voltage transition–zero-current transition operation of the proposed converter is presented through theoretical analysis. The characteristics of the proposed converter are verified with simulation in the PSIM (Powersim Inc, Rockville, USA) co-simulated with a MATLAB/SIMULINK (The Math Works, Natick, Massachusetts, USA) environment and implemented experimentally.     

一种基于UC3879的新型软开关DC/DC移相全桥变换器

传统的零电压零电流开关（ZVZCS）PWMDC/DC变换器存在滞后桥臂ZVS范围小、控制复杂、环流损耗大等问题.针对这些问题,介绍了一种新型的DC/DCPWM变换器,通过在滞后桥臂上并联一个辅助网络,来实现在较宽的负载范围内滞后桥臂零电压开通,重载下零电流开通。利用UC3879来实现瞬时值移相控制方式,给出了外围连接电路,并对相关参数进行了计算。用该方法设计了一台300WDC/DC电源模块,实验表明,可以在较宽的负载范围内实现滞后桥臂的零电压开通,重载下实现零电流开通,重载效率可以达到93%以上。     

Mitigation of harmonics in three-phase ac system using current injection technique for ac-to-dc converter

This paper presents a new approach to eliminate harmonics and to improve power factor of a three phase front-end uncontrolled rectifier. A high-power-factor is achieved by injecting high-frequency triangular current from the output of three-phase inverter. The high frequency (HF) current modulates the rectifier input voltage resulting in conduction of diodes into each switching cycle. The resulting ac input line current is continuous and sinusoidal in shape with significant reduction in current harmonics. All the switches are operated at zero-voltage switching (ZVS). The diodes of the rectifier are also operated with soft switching at turn-on as well as at turn-off. Varying switching frequency with fixed duty ratio regulates the output voltage. The proposed ac-to-dc converter also maintains high-power-factor even for unbalanced input supply voltages. The analysis of the converter is carried out on a single-phase basis, using different operating modes in one switching cycle of injected current. Theoretical results based on analysis are verified initially through digital simulation, and confirmed by using an experimental prototype of 2.5 kW.     

倍流整流三电平零电压软开关三相高功率因数整流器

提出一种新型的具有倍流整流的三电平零电压软开关三相高功率因数AC/DC变换器电路,该电路入端电感电流工作在DCM方式,以便实现高功率因数,输出滤波电感工作在CCM方式.与普通零电压三电平变换器比较,该电路在整个负载范围内更易实现功率管的零电压开关,无占空比丢失和二次侧电压尖峰.本文分析了电路工作原理,给出了高功率因数与电路参数的关系曲线,推导了电压增益公式和入端电感与输出滤波电感的设计公式,最后给出了实验结果.     

Power conversion distribution system using a high-frequency AC link

A power conversion system configuration based on a 20 kHz single-phase voltage link is proposed for systems having distributed power requirements. The proposed configuration permits flexibility in the choice of voltage levels in the system without the penalty of bulky magnetic components, has fast system response, high efficiency, and freedom from acoustic noise, and provides a high degree of uniformity and ease of implementation. A zero-voltage switching pulse-density-modulated converter is proposed as the basic interface converter. It is shown that the technique of pulse-density-modulation allows low distortion synthesis of fixed- or variable-amplitude DC and fixed- or variable-frequency, single- or three-phase AC from the half-cycle pulses of the link voltage. A breadboard system has been built to experimentally verify the models and to complement the theoretical work     

表面插入式永磁同步发电机低电压调整特性

对表面插入式转子三相永磁同步发电机(PMSG)的负载特性进行了研究。用解析法推导出了实现零电压调节的条件。使用有限元分析计算磁场分布,根据磁场分布分析饱和对同步电抗的影响。实验结果表明:用饱和的双轴模型可对发电机的负载特性进行更精确的预测。     

零电压持续时间不依赖于负载电流的谐振直流环节逆变器

为改善逆变器的效率和性能,提出一种具有谐振直流环节的新型零电压软开关逆变器。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零电压软开关动作。其辅助谐振单元中,只有2个辅助开关器件,控制相对简单,零电压持续时间不依赖于负载条件,而且电路中避免了使用大电容,没有中性点电位的变化问题。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软开关的实现条件。制作一个10 kW的实验样机,通过实验结果验证了该软开关逆变器的有效性。     

一种全桥双谐振CLL谐振变换器的分析与设计

提出一种全桥双谐振CLL谐振DC-DC变换器拓扑。该变换器有两个谐振网络,共用一个变压器。该谐振变换器能在全负载范围内,实现开关管的零电压导通ZVS(zero voltage switching)和副边整流二极管的零电流关断ZCS(zero current switching),变换器开关管的开关损耗低,同时消除了二极管的反向恢复损耗,实现较高效率,适用于分布式电源系统中的直直变换模块。采用基波分析FHA(fundamental harmonic approximation)方法对该谐振变换器进行分析,得到了该变换器的直流增益特性。最后,制作了一台200 W的实验样机,验证了理论分析的正确性。     

数字化软开关高频开关电源模块设计

采用DSP芯片TMS320F2812设计了基于数字化软开关技术的适用于电力系统用高频开关电源模块,选择了一种在其滞后桥臂串联二极管的移相全桥零电压零电流（ZVZCS）变换器电路,在宽负载条件下可实现超前臂零电压（ZVS）开关和滞后臂零电流（ZCS）开关;分析了该变换器的工作原理,并通过实验样机进行了验证。     

三电平逆变器的改进无模型预测电流控制

针对传统模型预测控制对系统模型的依赖性强、鲁棒性差的问题,提出一种应用于三相三电平中性点箝位型(NPC)逆变器的改进无模型预测电流控制方法。该方法利用当前时刻检测的负载电流和上一次计算的电流差分矢量预测下一时刻的输出电流值,其无需任何系统模型参数;通过引入计数因子,及时更新电流差分,并在下一控制周期内应用所选择的使给定代价函数最小的逆变器开关状态,有效地控制负载电流。该算法在一个采样间隔内只需对负载电流进行一次采样,但其运算量大,对系统处理器要求较高。仿真和实验结果表明:所提控制策略具有良好的稳态特性和动态响应速度,且能消除负载参数变化对控制系统稳定性的影响。     

DSP控制的低开关损耗PWM整流器系统研究

采用负载电流前馈的电流滞环控制策略,不仅满足了三相PWM整流器高功率因数、直流侧电压稳定可调的控制要求,而且在每个周期内分区限制功率器件的开关通断,因而降低了系统的开关损耗.该系统改进了传统滞环控制策略带来的高开关频率问题,并通过引入负载电流前馈控制,使得系统对于外环的PI参数有着较传统滞环PWM整流器更低的依赖性,在三相电网小平衡的条件下也表现出更好的运行特性.仿真波形和实验数据验证了该控制方法的有效性以及对PI调节参数的低依赖性.     

基于支路振荡法E类逆变器软开关实现研究

E类逆变器作为一种高频逆变电路,具有拓扑结构简单,逆变效率高等优点.但是由于其对负载敏感,易因负载变化而工作于硬开关状态,造成系统效率下降.针对这一特点,提出一种带并联振荡支路的改进型E类逆变器.在负载阻值小于额定值导致开关管硬开通时,通过并联反向导通的振荡支路对电容电流进行引流并发生振荡,从而实现在非最优负载条件下的...     

软开关单相光伏并网逆变器原理及并网实验

为了优化效率及提升功率密度,提出了一种采用MOSFET的软开关单相光伏并网逆变器及零电压调制方法。介绍了软开关单相并网逆变器的工作原理,通过零电压调制方法控制辅助谐振电路,实现MOSFET的零电压开通,并抑制MOSFET体二极管的反向恢复。因此,逆变器等效开关频率为100 k Hz,并网滤波电感减小。组建了一个30 kW光伏并网发电系统,对10台3 kW软开关单相光伏并网逆变器进行光伏发电测试,验证理论分析及可靠性。     

考虑三相不平衡的配电网无功优化运行策略研究

提出了配电网电压无功优化运行策略。以三相配电网潮流计算为基础．考虑了系统的日负荷变化曲线、配电系统实际的三相不平衡状态,以及电容器组和有载调压变压器分接头的实际操作次数约束,应用遗传算法获得一天内电容器组三相分相投切和有载调压变压器分接头位置的最优调度方式。对IEEE36节点算例系统和某城区实际配电网系统进行了验算．计算结果表明该方法可行、有效。     

对称控制全桥谐振PWM软开关变换器

针对传统对称控制全桥变换器不能实现软开关而导致变换器效率较低的现状,提出了对称控制全桥谐振PWM(FB-RPWM)变换器,详细分析了FB-RPWM变换器的工作模式及其稳态特性。分析结果表明:FB-RPWM变换器虽然采用对称控制,却仍在全负载范围内实现了所有桥臂开关管的零电压开通(ZVS)和输出二极管的零电流关断(ZCS),且其输入输出电压传输比与负载、开关频率和占空比无关,呈现出直-直变压器(DCX)的工作特性。与移相全桥(PSFB)变换器相比,FB-RPWM变换器减小了两个开关管的关断电流,且变压器一次侧采用隔直电容,实现了励磁电感电流的零直流偏量,降低了变压器损耗,进一步提高了变换器的效率。最后,搭建了一台400V输入、50V/10A输出的实验装置,验证了理论分析的正确性。