基于移相全桥的混合型变换器的研制*

针对传统移相全桥电路在轻载条件下滞后桥臂而难以实现软开关的问题,在研究移相全桥和半桥LLC的基础上,通过对共用滞后桥臂相结合的优化,设计了一种共用滞后桥臂的零电压开关的混合型变换器,在保证该桥臂开关管实现宽范围的ZVS情况下,实现变换器以并联的形式输出,并使得全桥原边电流续流期间复位到零,减小环流损耗。分析了该混合型变换器工作原理和电路特性,最后研制了一款1.44 kW的实验样机,进行了实验验证,并给出了实验结果。     

一种改进的零电压零电流倍流整流变换器

提出一种改进型的移相全桥零电压零电流倍流整流变换器.采用变压器和隔直电容串联,滞后桥臂串联二极管,使其超前桥臂实现零电压开通,滞后桥臂实现零电流关断,与滞后桥臂串联的二极管也实现零电流关断,二次侧整流二极管也是自然关断,变换器所有的功率器件都有较大的软开关范围,文中还简单讨论了软开关范围和参数设计.最后,采用峰值电流控制,电压外环、电流内环的控制方案,研制2.5kW的软开关全桥变换器,并给出实验结果.     

限制调频范围的不对称多模式宽输出LLC变换器

频率控制的传统LLC谐振变换器往往受限于开关频率的有效调节范围,难以实现宽输出电压范围,为此,研究了一种限制调频范围的不对称多模式宽输出LLC谐振变换器。采用双谐振腔且对应两变压器变比不同的不对称结构,能够根据原边开关组合的不同,使得双谐振腔分别工作在单半桥、双半桥和半桥+全桥3种不同的模式,从而获得3种不同的电压增益,并且保证每种模式之间归一化增益调节范围不超过1.5,可以在窄开关频率范围内实现宽输出电压范围。建立300 W的实验样机,验证了所提变换器可实现1～3倍的宽输出电压范围,并且实现了原边开关管的零电压开通和副边二极管的零电流关断,具有良好的软开关性能,验证了变换器的可行性。     

一种新型移相全桥变换器的研究

传统移相全桥变换器存在较难实现滞后桥臂开关管的软开关控制及转换效率较低等缺点,分析当前常用移相全桥拓扑,并提出了一种能够提升效率和实现软开关的新型拓扑.该拓扑在滞后桥臂换流时,通过对电流进行截断,再通过续流支路进行续流,实现滞后桥臂开关管的软开关.通过对新型移相电路拓扑各个工况进行分析,得到各桥臂上开关管实现软开关的条件,并对关键元件参数进行设计.最后在PSPice上搭建模型进行仿真分析,结果表明,新型拓扑可以实现两个桥臂的软开关控制和转换效率的提升.     

复合式全桥三电平LLC谐振变换器

该文提出了一种适合于燃料电池供电系统新颖的复合式全桥三电平LLC谐振变换器。它是在复合式全桥三电平变换器的基础上加入了LLC谐振网路以实现开关管ZVS和整流二极管ZCS。该变换器集合了复合式全桥三电平变换器和LLC谐振变换器的优点：适合于在宽输入电压范围的应用场合；三点平桥臂的开关管电压应力只有输入电压的一半；整流二极管实现ZCS，其电压应力仅为输出电压；可以在全负载范围内实现ZVS。该文通过一个200－400V输入，360V/4A输出的原理样机验证了它的工作原理，并给出实验结果。     

基于时域前馈的LLC变换器全半桥切换控制

由于全桥和半桥LLC谐振变换器之间天然的两倍增益比,全半桥拓扑切换可以极大地拓展LLC变换器的电压增益范围,且不需要额外的元器件。然而,由于全桥和半桥模式的LLC变换器具有不同的电压增益曲线,拓扑切换前后的暂态过程会使得输出电压产生突变,甚至可能会导致系统的不稳定。为抑制拓扑切换的暂态过程,这里提出了一种基于时域分析的前馈控制方法。该策略通过时域分析计算LLC变换器当前工况的理想开关频率,将其前馈加入传统线性控制器中,以实现输出电压的快速调节。最后利用实验样机验证了所提控制策略的有效性。     

一种改进的全桥移相倍流整流变换器

在传统的移相全桥零电压零电流(ZVZCS)变换电路的基础上,采用变压器和隔直电容串联,滞后桥臂串联饱和电抗器,使得超前桥臂实现零电压开通,滞后桥臂实现零电流关断;副边整流电路采用倍流整流,实现整流二极管零电流自然关断,变换器主要的功率器件都工作在软开关状态,并且有较大的软开关范围,饱和电抗器的单向饱和也降低了其损耗.整个变换电路降低了功率器件的开关损耗,减少了干扰,提高了变换电路的电磁兼容性能力,特别适合大功率场合.简单讨论了软开关范围和参数的关系.在此基础上,制作2kW的软开关全桥变换器,试验结果表明该变换器的良好性能.     

15kW全桥LLC谐振变换器的设计

全桥LLC谐振变换器以其效率高、全范围软开关、器件电应力小等优点,越来越多地应用于大功率场合。此处对全桥LLC拓扑进行了研究,得到了其增益特性与谐振元件的关系,并给出了一种LLC电路的设计方法。基于该方法设计了一款15 kW的LLC全桥谐振电源,通过试验验证了该设计的正确性。     

采用辅助谐振网络实现零电压开关的移相控制全桥变换器

移相控制全桥变换器能够实现开关管的零电压开关,但滞后桥臂难度很大。本文提出了电流增强原理,在此基础上,提出了一种新颖的移相控制全桥变换器,它是在传统的全桥变换器中加入了一个辅助谐振网络,来帮助实现滞后桥臂开关管的零电压开关。在文中,对这种变换器的工作原理作了分析,仿真与实验结果验证了该变换器的可行性。     

一种新型全桥软开关变换器的研究

为增加全桥软开关电源的负载变化范围.设计了一种新型的全桥移相脉宽调制(PWM)零电压零电流(zvzcs)软开关变换器.在此电路中.超前桥臂通过增加一个由两个电容及一个电感组成的辅助电路.使超前桥臂在轻载时仍能实现超前桥臂的零电压开关变换:滞后桥臂提出一种改进的电路拓扑结构,该拓扑使负载电流在满载时仍能实现其滞后桥臂的零电流开关变换.并可有效降低整流二极管的电压应力.研制了一台输出48V/1OA的全桥移相ZVZCS软开关电源样机,通过试验验证了理论分析的正确性.     

基于ARM的移相全桥ZVZCS变换器设计

针对传统全桥移相式零电压零电流开关(ZVZCS)PWM DC/DC变换器在实现滞后桥臂开关管零电流开关(ZCS)过程中,存在着辅助谐振电路附加损耗较大,软开关实现方式复杂,功率开关管电压应力和电流应力高等缺点,介绍了一种通过输出耦合电感实现软开关的全桥ZVZCS PWM DC/DC变换器。分析了该变换器实现软开关的原理,并采用LPC2214型ARM芯片作为控制器,设计了变换器数字控制系统。通过一台1kW,50kHz样机验证了这种软开关变换器相关理论的正确性。     

高频隔离型电动汽车快速直流充电器研究

研究了一种新颖的高频隔离型电动汽车快速充电直流变换拓扑结构,在传统移相全桥变换器基础上加入简单的辅助网络实现移相全桥ZVZCS,为确保滞后桥臂实现ZVS,将移相全桥ZVZCS结构与半桥LLC谐振电路通过共享滞后桥臂相结合构成混合全桥-半桥电路,变换器以串联形式输出,由PWM移相来控制。论述了为改善传统移相全桥ZVS电路缺陷已提出的一些改进型结构,详细分析了所提出的混合型变换器的工作原理和工作特性,最后研制了15 kW的实验样机,验证了该结构的正确性和优越性。     

一种新型城轨车辆移相全桥变换电路研究

为了提高传统移相全桥电路在大功率和宽范围输出电压下很难满足半载以下软开关需求,以及电路损耗高的问题,设计了一种新型移相全桥变换电路,即在最难实现软开关的滞后桥臂并联辅助电流源网络,改变移相全桥电路的工作模态,使滞后桥臂在宽范围负载下仍可实现软开关,同时降低电路损耗。对所设计的电路进行仿真和损耗分析,新型移相全桥电路可满足在输出电压77～137.5 V下19%～100%额定负载的软开关需求,相较于传统电路软开关范围提升约15%,同时在软开关范围内,新型移相全桥电路开关器件效率大于96.3%,证明了设计方案的合理性。     

三倍流整流ZVS PWM三相全桥直流变换器

为了解决大功率电源中开关管电流应力较高的问题,提出一种采用脉宽调制(pulse width modulation,PWM)控制的三倍流整流零电压开关(zero voltage switching,ZVS)三相全桥直流变换器。该变换器原边采用三相全桥型结构,副边采用三倍流整流电路,尤为适合于高压输入、低压大电流输出的大功率电源场合。由于采用了三相交错并联的结构,不仅开关管的电流应力可以降低,而且输入输出电流脉动频率提高至开关频率的3倍,进而可以大大减小滤波器的体积。基于PWM控制,所有开关管可以实现ZVS。桥臂下管实现ZVS的能量来自于滤波电感,非常容易实现ZVS;桥臂上管实现ZVS的能量来自于两相变压器的漏感,相比于移相全桥变换器滞后桥臂容易实现ZVS。该文试制一台360 V输入、48 V/42 A输出的原理样机,并给出实验结果。     

新型ZVS全桥DC/DC变换器

针对移相全桥软开关变换器存在的滞后臂难以实现零电压开关(ZVS)和占空比丢失的问题,提出了一种新型的全桥移相零电压变换器拓扑,采用3个等效的高频变压器替代传统的高频变压器,将阻断电容分成2个等效电容串联在桥臂中点之间,增加1个辅助电感实现滞后臂的ZVS。论述了所提出变换器的电路结构、工作原理和关键参数的设计。根据新的拓扑,设计了一台9kW的实验样机,实验结果证明了该电路拓扑能在宽的负载或输出范围内实现软开关。     

基于互补占空比调制的改进全桥ZVS直流变换器

针对传统移相全桥零电压开关ZVS （zero voltage switching）变换器存在的例如软开关范围受限、占空比丢失以及寄生振荡问题,提出了一种基于互补占空比调制的改进全桥ZVS直流变换器。通过引入并联辅助谐振网络以实现滞后桥臂开关宽范围的ZVS,选择较小的谐振电感以减少占空比丢失,引入原边钳位二极管网络以消除寄生振荡。详细阐明了工作原理与特性分析,并进行了仿真对比。结果显示,在20%负载条件下,相较于传统移相全桥变换器,所提改进全桥变换器保证了软开关特性且消除了寄生振荡。     

基于负载自适应的辅助LC网络宽范围零电压开通的输入串联输出并联移相全桥DC-DC变换器

提出一种由2个移相全桥(phase-shifting full-bridge,PSFB)变换器模块和2个辅助LC网络组成的输入串联输出并联的DC-DC变换器。每一个LC网络连接在一个模块超前桥臂的中点和另一个模块滞后桥臂的中点之间。利用辅助LC网络,滞后桥臂开关管可以实现轻载下的零电压开通(zero voltage switching,ZVS),辅助LC网络的电流幅值可以自适应负载变化,即轻载时电流幅值大,用于实现滞后桥臂软开关管能量多,重载时,LC网络电流幅值小,环流损失小。因此,所提变换器适用于宽范围负载。对变换器的特点进行分析,并通过一个功率900W的原理样机验证了所提变换器的性能。     

一种新颖的ZVZCS-PWM三电平变换器研究

由于三电平变换器的主开关管电压应力为输入电压的50%,因而该变换器在高电压输入场合获得了广泛的应用.三电平变换器采用移相控制可实现超前桥臂的零电压开通,但与通常的移相桥式变换器一样,其滞后桥臂较难实现软开关.针对这一问题,提出了一种利用变压器次级辅助电路实现滞后桥臂零电流关断的零电压零电流开关脉宽调制(Zero-Voltage and Zero-Current-Switching Pulse Width Modulation,简称ZVZCS-PWM)半桥式三电平变换器,该变换器在宽负载范围内实现了滞后桥臂的零电流软开关(Zero-Current-Switching,简称ZCS-PWM),解决了难以实现滞后管软开关的难题.详细分析了该变换器工作原理及超前桥臂和滞后桥臂软开关的工作条件,在此基础上设计并制作了一台实验样机,得出令人满意的实验结果.     

具有宽范围输出电压的三电平半桥LLC谐振变换器控制策略

由于三电平变换器的开关管电压应力仅为输入电压的一半,在大功率DC-DC电源、电动汽车充电等应用领域得到广泛的关注和研究。为了实现宽范围输出电压调节控制,克服三电平半桥LLC谐振变换器采用变频调制时电压调节范围小的缺点,将移相调制策略引入三电平半桥LLC谐振变换器控制,分析了其工作过程、电压调节范围及软开关条件,导出了实现软开关的工作状态分界点,由此提出一种三电平半桥LLC谐振变换器移相和变频相结合的混合式调制策略。该策略根据软开关工作状态,切换移相调制和变频调制,以实现全程软开关和宽范围输出电压控制。实验验证了理论分析结果的正确性以及所提调制策略的可行性和有效性。     

基于UC3875的移相全桥ZVZCS变换器的设计与仿真

由于基本的移相全桥ZVS变换器存在滞后桥臂实现零电压开通困难、副边占空比丢失、原边环流较大等缺点,而全桥ZCS变换器实现ZCS时需要有较宽的负载调节范围,且对电路的参数要求严格,如果保护措施不当容易产生过压损坏开关管。鉴于上述弊端,本文研究了一种滞后桥臂串联二极管的移相全桥ZVZCS变换器,该变换器采用UC3875为控制芯片,采用平均电流模式的电压电流双闭环控制策略,不仅大幅度降低电路内部的循环能量、减小副边占空比丢失、软开关范围不受电压和负载的影响,而且该系统具有动态响应速度快、系统性能稳定的优点。本文设计了1kW移相全桥ZVZCS DC-DC变换器,通过Saber软件对其进行了仿真分析,仿真结果表明理论分析的正确性。