低电压电流应力的有源钳位ZVS软开关技术

有源钳位零电压开关(zero-voltage switching,ZVS)软开关拓扑被广泛应用到DC/DC变换器实现开关管零电压开通。传统有源钳位软开关拓扑存在电压、电流应力大且占空比丢失严重的问题,制约了其在大功率DC/DC变换器中的应用。该文提出改进的有源钳位软开关拓扑,在传统拓扑基础上增加由二极管与辅助电感组成的电流转移电路,使二极管电流应力、钳位电压及占空比丢失均减小一半,提高变换器效率及可靠性。分析所提有源钳位软开关拓扑应用于Buck变换器及Boost变换器的工作原理,并对拓扑进行性能分析及参数设计。最后,在功率为1.2k W的Buck变换器及Boost变换器中,实验验证所提有源钳位软开关拓扑的正确性。     

双向DC-DC变换器电路拓扑的分析与评价

归纳了双向DC-DC变换器的应用场合，说明在飞机高压直流电源系统中，双向DC-DC变换器除了充/放电器和应急电源的作用，还有HVDC母线电压过冲吸收和起动/发电系统变换器两个重要作用。以开关电源基本拓扑为主线，对双向DC-DC变换器作了分类。从双向DC-DC变换器的工作原理出发，除了已有文献提到的双向DC-DC变换器拓扑之外，推挽正激和正反激电路都是适用于隔离型Buck/Boost 双向DC-DC变换器和隔离型Buck/Buck 双向DC-DC变换器的拓扑；Sepic/Zeta也可用于双向变换。通过分析两种常用结构Buck/Boost和Buck/Buck的工作原理，说明了研究双向DC-DC变换器要研究的几个关键问题：⑴合理控制和设计实现软开关；⑵综合考虑输入输出滤波器，使滤波器和功率级阻抗匹配；⑶开关调节系统的校正和综合问题；⑷对隔离型Buck/Boost BDC，要研究自启动问题和电流型侧开关管尖峰问题；⑸对隔离型Buck/Buck双向DC-DC变换器，要研究移相控制方案下的主变压器绕制工艺问题。     

一种可以建立软开关PWM变换器的系统方法

以结合开关理论为基础,提出了一种可以建立软开关PWM变换器的系统方法。应用这种方法,许多种无源和有源软开关PWM变换器家族中所派生出的变换器,如：Buck—Boost变换器、Cuk变换器、Sepic变换器和Zeta变换器都能够通过Buck变换器和Boost变换器这两种最基本的变换器得到,不仅对变换器家族可以进行更加深入的了解,还可以揭示出软开关变换器之间的内在联系。通过对结合开关理论的具体介绍,在对有源PWM软开关变换器中的零电压转换（ZVT）PWMDC／DC变换器的派生变换器电路拓扑的建立原理和得出过程重点阐述的同时。将有源软开关PWM变换器进一步分成了Buck和Boost家族两大类,并证明了所提出的这种建立软开关PWM变换器的方法的正确性和可行性。     

控制型软开关变换器的实现策略

该文明确了控制型软开关的定义，总结和归纳出控制型软开关的5个特征。然后用现有的控制型软开关变换器检验了这5个特征理论。接着应用5个特征理论推导和构造出Buck、Boost，Buck—boost、Cuk、Zeta、Sepic、Flyback、Forward等一系列拓扑的控制型软开关的实现方法。一个48V输入，19V／5A输出，开关频率为200KHz的同步Buck变换器样机进一步验证了控制型软开关5个特征理论的正确性，其满载效率达到了96．1％     

一种改进型零电流PWM Boost全桥变换器研究

Boost型全桥变换器能够很好地解决Buck型全桥变换器的诸多不足,但仍存在着初级开关管电压应力太大的缺陷。提出一种改进型零电流PWM Boost全桥变换器电路拓扑,它通过次级加辅助箝位电路来钳制初级开关管端电压,不仅能有效地降低开关管电压应力,同时,辅助电路中使用的开关管也能够工作在软开关状态,避免了采用辅助电路致使变换器效率下降的情况发生。这里详细分析了变换器工作原理和特性,并通过一台1.2 kW的工程样机验证了理论分析的正确性。     

基于双输入／双输出变换器的三端口变换器拓扑

从端口功率流动的角度揭示三端口变换器的拓扑构成和运行机理,由此提出组合式三端口和集成三端口变换器拓扑族的系统生成方法。从构造三端口变换器所需功率流为切入点,与双输入变换器和双输出变换器比较,并构造新的可控功率通路,得到了一系列三端口变换器拓扑并给出拓扑生成方法。给出由典型的Buck、Boost和Buck／Boost生成三端口变换器的拓扑实例,进行分析和实验验证。     

基于开关电容网络的DC-DC变换器

在现有的DC-DC变换器中,Buck、Boost及双向变换器的升降压能力有限,在一定程度上限制了其适用范围。本文提出一种升压型开关电容网络和一种降压型开关电容网络,并在此基础上推演出一系列DC-DC变换器:单级升压变换器、单级降压变换器、双向升降压变换器、多输入升压变换器和多级降压变换器。给出了这五类变换器拓扑的推演过程,详细分析了其工作原理,并通过仿真研究证明了理论分析的正确性。     

双Buck/Boost集成双有源桥三端口DC-DC变换器

在传统的双有源桥变换器的基础上集成两个双向Buck/Boost电路,提出了一种双Buck/Boost集成双有源桥三端口DC-DC变换器,该变换器实现了桥臂开关管的复用,提高了功率密度。以光伏-蓄电池混合发电系统为例对该变换器拓扑进行分析,采用移相+PWM进行控制,通过控制移相角实现输入与输出端口间功率传输,通过调节占空比来匹配输入端口电压等级,以实现光伏端口的最大功率点跟踪和平衡蓄电池端口的能量传递。分析了该变换器的工作原理、稳态与软开关特性,该变换器较大程度地改善了传统移相控制下DAB在移相角较小时的软开关条件,使得在宽工作范围内能够实现所有功率开关管的软开关。最后建立300W实验样机进行方案验证。     

DC-DC变换器拓扑族归一化分析方法

随着风光储氢等新能源发电与电力电子技术的飞速发展，高变比、宽范围的DC-DC变换器被广泛应用，对电力电子教学中相对应部分带来很高挑战。面对种类繁多的DC-DC变换器，该文以桥式开关单元作为基本“细胞单元”，采用“细胞单元–基础拓扑结构–演化规律”的思路，利用细胞单元搭建输入与输出电压转换的桥梁，提出一种DC-DC变换器拓扑族归一化分析方法。首先提出Buck和Boost2种桥式开关单元，并对6种非隔离型DC-DC变换器拓扑提出基于细胞单元的统一画法。提出用Buck和Boost两种单元变换去阐述其他变换器拓扑、换流方式以及电压增益的思维范式，此外2种开关单元并联可组成桥式双向单元，进而扩展为双向、交错并联、升/降压DC-DC变换器。对于隔离型DC-DC变换器，从变压器绕组与器件串联桥路的理念出发，提出4种基本开关单元，分别为绕组与(单/双)开关管/二极管串联桥路。据此给出反激、正激的构建过程，进而扩展到推挽、单有源桥式、双有源桥式及N相交错并联式DC-DC变换器。这些变换器升降压增益范围宽，串并联组合灵活，对于多类型DC-DC场合具有重要的应用价值，同时也搭建起工程应用和书本理论知识的回溯...     

并串联交错式三端口半桥变换器

利用半桥变换器原边电路寄生的双向Buck/Boost电路,将两路半桥变换器原边并联、变压器副边绕组串联并共用输出整流滤波支路,提出一种新型并串联交错式三端口半桥变换器拓扑。通过调节变换器原边桥臂开关管的占空比,实现原边输入源和蓄电池电压/功率的调节;通过原边两桥臂的移相控制,实现副边负载侧功率控制,并使得所有开关管都具备软开关的能力。详细分析变换器的工作原理,给出设计要点。通过实验验证所提出拓扑和理论分析的正确性。     

一种并联输入并联输出的宽范围双向隔离DC/DC变换器

目前,DC/DC变换器广泛应用于新能源发电、电动汽车以及锂电池化成分容等领域。针对低压大电流双向功率传输应用场合,提出了一种输入并联输出并联的宽范围双向隔离DC/DC变换器。该变换器由2个相同的两级式DC/DC变换器组成,前级采用高效率LLC谐振变换器作为直流变压器,以实现电气隔离;后级采用交错式Buck/Boost变换器,保证宽范围电压输出和高动态性能。所提变换器能够实现功率的双向传输,且采用了一种功率方向改变时,无需进行功率流向判断与开关逻辑切换的调制策略,简化了系统的控制策略并提高可靠性。设计了1台3 kW的实验装置,实验结果验证了所提变换器及其控制方法的可行性和有效性。     

副边调整式三端口半桥DC-DC变换器

在包含储能环节的独立新能源发电系统中,采用三端口变换器代替多个独立的变换器具有效率高、功率密度高、可靠性高和体积成本低等优点。分析三个端口之间的功率关系,发现了半桥变换器的原边电路寄生双向Buck/Boost拓扑,据此提出基于半桥式拓扑的隔离式三端口变换器拓扑生成思想;给出副边调整式和原边调整式两类三端口半桥变换器拓扑。以其中的副边调整式三端口半桥变换器拓扑为例,分析变换器的工作原理并进行实验验证,实验结果验证了所提出拓扑和理论分析的正确性。     

开关变换器功率电感磁损建模及应用

以Buck、Boost变换器为例,根据磁损分离模型理论和开关变换器电路工作特征,提出一种简化的功率电感磁芯损耗计算模型。无需依赖任何磁性材料系数,仅利用一组正弦激励磁芯损耗数据就可预测Buck、Boost变换器在不同占空比下的磁损。该模型可有效体现不同因素对磁损的具体影响,通过实验测试数据验证了所提计算模型的正确性。     

改进的Boost变换器小信号模型及其应用

Boost变换器足一个非线性时变系统,用解析方法进行动态分析较为复杂.针对日前无法建立开关电源精确数学模型情况,提出利用状态空间平均法建立Boost变换器的小信号模型,目的在于改进Boost变换器的仿真模型.应用Matlab软件对其进行了仿真.同时设计了40 V/120 V的Boost变换器.以该变换器为对象,对电路的动态响应特性和稳定性进行了实际应用研究.仿真和实验结果证明了该模型的有效性.     

垂直轴风力发电系统制动及保护电路设计

为直驱风力发电系统设计了电子制动和保护电路.该发电系统包括垂商轴风轮、永磁同步发电机、整流器、升压变换器、降压变换器及负载.传统的由三相短路系统组成的电子制动装置极易损坏风机转子的桨叶,为此设计了由负温度系数(NTC)电阻组成的电子制动装置,既便宜又安全可靠.实验表明,所设计装置能够有效地保护小型风力发电系统的过压过流状态,并且拓宽了风力发电系统的发电风速范围.     

低电压应力Buck/Boost PFC的开关器件损耗分析

单相有源功率因数校正电路(Power factor Correction,PFC)的拓扑常选择升压式Boost电路,电压可升可降的拓扑如Cuk、SEPIC、Zeta等开关电压应力大、损耗大.分析了一种低电压应力的双开关管的Buck/Boost拓扑,分析其在3种工作电路方案下的开关电压应力和功率损耗,应用MathCAD进行数学建模并分析计算结果.     

新型双输入Boost变换器

针对传统的多输入变换器(MIC)具有电路结构复杂、电压增益低或开关器件电压应力高的问题,提出了一种新型双输入Boost变换器拓扑结构.该拓扑由2个完全一致的基本Boost变换器子拓扑构成,每个基本Boost变换器的功率开关管分别并联一个功率二极管,在单输入状态时一个始终导通.另一个始终关断;在双输入状态时,2个功率二极管全部关断.分析了2种输入状态下的工作原理及各个阶段的工作模态,结果表明该变换器适合工作在双输入状态,且在此状态时可以实现2种不同性质的电源输入,具有电压增益高、开关器件电压应力低等优点.研制了一台输出功率为240 W的双输入Boost变换器原理样机,通过实验验证了理论分析的正确性.     

3kVA功率因数校正装置研制

单周期控制是一种用于功率变换器的新型非线性控制策略,当输入电压发生扰动或负载快速变化时,仅在一个周期内即可实现控制目标.简要分析了单周期控制Boost PFC变换器的控制机理,给出了其稳定性分析,并将这种新颖的控制方法用于Boost变换器的功率因数校正.基于IR1150研制了一台3kVA的功率因数校正实验样机,给出了设计实例和实验结果.实验结果表明,该变换器的控制方法简单、可靠且通用.     

光伏电池输出电压的稳定性分析

在光伏系统中,光伏电池以及相应的变换器均表现出非线性的特征,从而给控制系统的设计带来很大困难.本文分别选用Buck以及Boost变换器,对最大功率跟踪模式下光伏变换系统中光伏电池输出电压的稳定性,进行了频域内分析;针对传统的Boost变换器在光伏电池的宽电压输出范围内,难以维持稳定输出的特性,提出采用三态Boost变换器代替传统的Boost变换器,进行光伏电池输出电压的控制,理论分析表明,所采用的三态Boost变换器能够有效拓宽光伏电池输出稳定电压的范围、提高光伏系统的稳定性.仿真结果进一步证实了以上结论的正确性.