基于负载匹配的三相交错并联LLC谐振变换器变模式控制策略

针对三相交错并联LLC谐振变换器的负载工况,提出一种基于负载匹配的变模式控制策略。当工作在额定负载时,采用脉冲频率调制(PFM)控制方法使其发挥最大效率;当工作在轻载时,设计对称脉宽调制(PWM)控制策略,利用电压增益曲线中负载独立点的特性设计开关频率,既实现了软开关,也限制了开关频率的增大。深入研究对称PWM控制下的工作原理与增益特性,进一步对变换器的线性控制区和非线性控制区展开分析。当工作在极轻载与空载状态时,采用Burst控制方法实现对输出电压的有效控制。此外,对不同控制策略之间切换点的选择进行了详细分析与优化设计,准确可靠地实现了变模式控制。最后,基于碳化硅器件研制变换器实验样机,验证对变换器进行性能分析和变模式控制策略的正确性与合理性。     

基于变频与中心对称PWM控制的双向DC/DC变换器

以在谐振腔并联电感的双向LLC谐振变流器为研究对象,采用变频与中心对称脉宽调制(PWM)混合控制策略,实现变换器正反向工作时的升降压.通过对采用中心对称PWM控制的变换器特性的时域分析,得到变换器的电压增益仅与占空比有关,与变换器的功率大小和传输方向无关,变换器可以自动实现正反向运行的平滑切换.此外,变换器在正向工作时,变压器初级开关管在全负载范围内均可实现零电压开关(ZVS)开通,变换器在反向工作时,变压器次级开关管在全负载范围内均可实现ZVS开通.通过加入变频控制可以减小开关管的关断电流.最后搭建了一台输入75～130 V,输出400 V的1.6 kW实验平台,验证了理论分析的正确性.     

LLC谐振变换器数字控制技术研究

LLC谐振变换器能够实现全负载范围的初级零电压开关(ZVS)和次级零电流开关(ZCS),因此得到关注。全桥LLC谐振电路可以通过改变初级开关管驱动脉冲频率调制(PFM)方法,调节LLC谐振腔的增益进行闭环控制,保证输出电压在输入电压变化大、不同负载条件下的输出稳定。LLC谐振增益曲线会随负载减轻而调节特性变差,单一PFM调节无法应对。研究集PFM、脉宽调制(PWM)和间歇工作模式(Burst模式)的混合控制方案,解决变换器从空载到满载不同工作条件下的控制方式,并在发生短路故障时变换器迅速保护。此处采用HPM6300系列芯片完成LLC数字控制和保护功能,设计系统的实验装置并编写应用软件。经过整机测试,实验结果表明所采用方案的有效性,并达到设计目标。     

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。     

宽电压输入半桥型LLC谐振变换器设计与实验

半桥型LLC谐振变换器由于拓扑简单、工作效率高而得到广泛研究。此处针对宽电压输入的工作情况,采用脉冲频率调制(PFM),避免了传统PWM控制占空比变化范围大的问题。为了提升变换器效率,对各关键谐振参数进行设计,分析了其对电源输出特性的影响,使得初级开关管实现零电压开通(ZVS),次级二极管实现零电流关断(ZCS)。结合理论数学推导和增益曲线分析,设计了一台100 W的变频半桥型LLC谐振变换器样机,并完成了相关实验,验证了参数设计的正确性,样机的最大效率达到93.95%。同时对变换器进行了损耗分析,以便进一步优化设计。     

一种基于Burst-PWM混合控制的LLC谐振变换器宽电压范围输出策略

LLC谐振变换器一般采用脉冲频率调节(PFM)方式控制输出电压,因此在最大开关频率受限的情况下输出电压范围同样会受到限制。该文提出一种基于突发控制-变占空比控制(Burst-PWM)的混合控制模式以实现LLC变换器的宽电压范围输出。首先分析Burst控制与PWM控制应用在LLC变换器中的特性及其不足之处。采用Burst-PWM混合控制时,PWM控制能够减小Burst开通(Burst-on)时段内谐振腔电流峰值,而Burst控制能够在Burst-on时段内为PWM控制下的开关管提供足够的零电压开通(ZVS)电流。这种方式能够保证变换器在宽电压范围内的特性和稳定性。然后采用状态空间轨迹法给出了谐振腔参数优化设计方法以及确定PWM控制下的最小占空比。最终实验证明了分析的正确性以及所述方法的有效性。     

宽输入电压范围下隔离型全桥Boost变换器的高效率控制

本文提出了一族隔离型的Buck-Boost变换器以适应宽输入电压范围并要求隔离的应用场合,以全桥(Full-Bridge,FB)Boost变换器作为其典型电路之一在文中展开分析。考虑占空比的丢失,提出了基于移相控制的双沿调制策略以减小整个输入电压范围内的电感电流脉动。为实现变换器可靠高效的工作,提出了三模式双频控制策略。三模式双频控制策略下,输入电压被分为低、中、高三个电压区间,分别对应于FB-Boost变换器的Boost、FB-Boost和FB三个工作模式。由于FB-Boost模式下电感电流脉动较小,可以降低该模式下Boost单元的开关频率以减小开关损耗,进一步提高效率。为验证设计和控制策略的有效性,搭建了一台输入电压250～500V,输出电压360V,额定功率6kW的原理样机,整个输入电压范围内变换器都具有较高的效率,最高效率为97.2%。     

基于广义状态空间建模的串联谐振DC/DC变换器主动软开关控制策略

基于广义状态空间平均法，利用脉冲频率调制-脉冲宽度调制(pulsefrequencymodulation-pulsewidth modulation,PFM+PWM)调制提供的双自由度提出一种可以同时调节输出电压以及实现开关器件主动软开关的控制策略，可以根据器件主体损耗情况“主动”切换软开关模式，兼顾整体效率提升与负载调节范围的扩展。分析全桥型串联谐振直流变换器工作频率高于谐振频率时的3种运行模式，并通过谐振腔参数设计避免特殊断续电流模式的发生；通过广义状态空间平均法建立包含调制环节在内的系统基波截断小信号模型，其数值扫频结果与物理模型展现出极高的精确度，并能精确反映拍频极点；定义反映多输入多输出系统能控程度的灵敏度矩阵，依据此设计实现输出电压调节及主动软开关的双链路线性控制策略。MATLAB/Simulink仿真及样机实验验证表明，所提控制相比传统脉冲频率调制具备更高的整体效率以及更宽的负载调节范围。     

一种简单的PFM Buck变换器控制电路设计

脉冲频率调制(PFM)开关变换器通过降低轻载时的开关频率而获得较PWM开关变换器更高的轻载效率.但传统的PFM控制电路复杂.这里设计一种简单的PFM控制电路,详细分析了PFM控制Buck变换器工作原理及工作过程,并通过理论分析与计算,给出了其最大导通时间的计算方法,导出了工作于电感电流连续导电模式Buck变换器的开关周...     

基于零电压零电流软开关技术的5kWDC/DC变换器设计

针对现有的零电压软开关DC/DC变换器存在环流损耗大、占空比丢失严重、软开关范围窄和高频二极管寄生振荡严重等问题。设计了一种采用有限双极性PWM控制的零电压零电流软开关变换器,可在宽输入和宽负载范围内实现超前管零电流开通、零电压关断,滞后管零电流开关。采用RCD缓冲电路,有效抑制了高频整流二极管寄生振荡。相对于传统的零电压软开关变换器,具有环流损耗低、占空比丢失少和软开关范围宽等优点。     

一种新型的软开关正弦波PWM逆变器

为实现一种结构简单、高效、高频、低电压应力、易于控制的软开关三相逆变器控制.提出了一种新型的三相谐振极型软开关PWM逆变器,它与传统的辅助谐振极逆变器(ARCPI)不同,避免了ARCPI使用的2个大电容,没有中性点电位的变化问题.它的三相谐振电路之间是相互独立的,这就使得逆变器易于应用各种控制策略.本文选取一相电路,对其工作原理进行了分析,给出了不同工作模式下的等效电路图和最优电路设计.仿真和试验结果表明:逆变器的主开关和辅助开关都能实现软开关,谐振电路功率小,对减少电磁干扰和提高效率很有意义.     

改进型倍流整流电路ZVS PWM全桥变换器

提出了一种改进型倍流整流电路ZVS PWM全桥变换器,在较宽负载范围内实现主开关管的ZVS。由于漏感小,无占空比丢失,输出整流二极管在零电压条件下实现换流,因此无次级尖峰电压。详细分析了该变换器的工作原理,仿真和实验结果验证了该变换器的可行性。     

一种新型无刷直流电机谐振极软开关逆变器

永磁无刷直流电机具有高功率密度、高转矩/电流比和控制简单等优势,得到了广泛应用。然而,无刷直流电机通常采用硬开关逆变器驱动,硬开关逆变器的系统效率较低,散热器的体积和重量较大,限制了大功率无刷直流电机驱动系统功率密度和性能的进一步提升。针对硬开关逆变器问题,提出了一种无刷直流电机专用的谐振极软开关电压源逆变器。通过在传统硬开关逆变器的三相输出端添加辅助谐振网络,实现了逆变桥主开关器件的零电压(ZVS)开关动作,辅助双向开关在零电流开关(ZCS)条件开通和关断。针对新型软开关逆变器,提出了一种新的脉宽调制(PWM)控制策略——TPWM TON,逆变桥上下侧开关器件轮流进行PWM调制,保持了直流母线中点电位的平衡,且使主开关和辅助开关的开关频率降到PWM调制频率的一半。对提出的软开关逆变器进行了实验研究,实验结果验证了电路结构、理论分析和控制策略的正确性与可行性。     

一种新型40kW软开关三相脉宽调制整流器

针对三相脉宽调制整流器开关损耗问题,研究了一种软开关三相整流器,可以只采用1个辅助开关,实现所有开关的零电压开通,并抑制二极管反向恢复。分析了软开关三相脉宽调制整流器的软开关过程,给出了谐振参数设计步骤,量化了主开关和辅助开关的通态损耗和开关损耗,设计了三相软开关整流器在电网电压不平衡条件下的控制策略,研制了40kW实验样机并完成了实验验证。     

基于软开关的Boost变换器的研究

设计了一种新型零电流脉宽调制(ZVS-PWM)Boost变换器,其中主开关管和辅助开关管均实现了零电流开通和关断,无源功率器件均实现了零电压开通和关断,减小了传统Boost变换器在开通和关断时出现的开关损耗以及主开关管的电流应力,提高了变换器的效率。该变换器适用于使用绝缘栅双极晶体管的中大功率场合。主要分析了变换器的主电路工作原理,并设计了一个工作频率为30 kHz,输入输出电压为220 V/400 V的Boost变换器,实验证明该设计可行。     

光伏并网逆变中全桥LLC谐振技术的应用

传统家庭式光伏并网逆变器中的升压电源多采用脉宽调制(PWM)硬开关推挽升压技术,存在开关损耗大、转换效率低以及故障率高等缺点。针对上述问题,提出一种在家庭式光伏升压电源中应用全桥LLC谐振软开关技术的方法。分析了全桥LLC变换器中谐振元件的参数和变压器的设计;通过Saber仿真验证了理论参数的可行性;最后研制了一台250 W基于全桥LLC谐振结构并采用脉冲频率调制(PFM)的家庭式光伏升压电源样机。实验结果表明,该电源样机输入电压为20~40V可调,输出电压可恒定为360V;在整个输入电压范围内均实现了开关管的零电压开关(ZVS)。所提升压电源提高了光伏升压电源的效率,同时满足了节能减排要求。     

一种新型零电流开关PWM电流源型半桥变换器

由于电流源型半桥变换器(Current-Fed Half-Bridge Converter,简称CFHB)中存在变压器漏感,引起了开关管关断电压尖峰.为解决这一问题,提出了一种新的零电流开关脉宽调制(Zero Current Switching Pulse Width Modulationh,简称ZCS PWM)CFHB变换器,以有效地消除主功率管的电压尖峰.详细分析了这种新型变换器的工作原理和特性,并在一个28V输入270V输出的600W原理样机上进行验证,最后给出试验结果.     

一种改进的倍流整流方式ZVS PWM全桥变换器

提出了一种改进的倍流整流方式零电压开关PWM全桥变换器 (CDRZVSPWMFB变换器 ) ,即在基本的CDRZVSPWMFB变换器的变压器一次侧串入一个阻断电容。它保留了基本变换器可在很宽负载范围内实现开关管的ZVS和输出整流管自然换流的优点 ,同时对变压器的漏感没有严格要求。阐述了改进变换器的工作原理 ,讨论了超前管和滞后管各自实现ZVS的特点 ,并通过一台 5 40W的原理样机的完成验证了改进变换器的工作原理 ,最后给出实验结果     

三相三电平逆变器的零共模电压空间矢量调制技术研究

针对三相三电平逆变器实现零共模电压输出的主要调制方式,即空间矢量调制消除共模电压SVMCME进行研究。首先,为减小七段式SVMCME产生的开关损耗,提出一种五段式SVMCME的调制方式,并对调制比的变化做出详尽的解释。其次,对正弦脉冲宽度调制消除共模电压SPWMCME和SVMCME的等效性在理论上进行证明和仿真验证,以简化控制算法。无论是五段式SVMCME还是七段式SVMCME都可以用注入零序电压分量的SPWMCME来等效。最后,仿真和实验分析比较了3种调制方式在共模电压、开关损耗、总谐波畸变率THD和电磁干扰EMI等方面的性能,相关的技术能够有效地抑制三相系统中的共模噪声。     

一种新的移相全桥PWM DC／DC变频器

提出一种新的移相全桥PWMDC/DC变频器,它采用两个变压器代替输出电感。该变频器中各开关器件能在不同负载条件下实现零电压切换。阐述了该变频器的工作原理和参数设计原则,并建立了仿真模型,实验结果验证了该变频器的性能良好。