宽增益高效率LLC谐振变换器拓扑

针对LLC谐振变换器增益负载敏感性强、与效率存在强耦合的不足,提出了一种由LLC 谐振变换器和两开关buck-boost构成的宽增益高效率LLC谐振变换器拓扑。通过采用输入并联与输出串联的方式,分别由LLC谐振变换器传输功率、buck-boost调节输出电压。其中,LLC谐振变换器运行于谐振频率,buck-boost采用PWM调节输出电压。分析了变换器的运行模式,给出了相应的参数设计方法,并进行了仿真验证。最后,对输入30 V、输出200~360 V、360 W样机进行了实验,实验样机增益范围和效率分别为6.67~12、97.4%。仿真与样机实验验证了所提出的宽增益高效率LLC变换器拓扑及其调制方法的有效性。     

一种可变结构型高效宽增益多谐振软开关直流变换器

该文提出一种可变结构的多谐振软开关直流变换器.此变换器采用双变压器结构,运用两个互补导通的辅助开关管进行变换器拓扑结构的转换.相互变换的工作模态有三种,能够满足不同工况对高电压增益或高变换效率的要求.此外,该文通过合理设置谐振频率和增益点的方式对变换器的谐振参数进行设计.随后,针对额定条件下变换器同时传递基波和3次谐波能量的工况,构建同时考虑基波和3次谐波的损耗模型,对变换器的损耗分布进行详细估算.最后,为验证理论分析的可靠性,基于一台实验样机对所述变换器进行功率实验验证,在输入电压80～600V变化范围内,输出电压始终稳定在400V,在获得较宽电压增益范围的同时实现了全增益范围内的高效率变换,变换器最高效率达97.6％.     

一种隔离型变结构多谐振直流变换器

随着直流配用电技术的发展,直流变压器技术开始备受关注,其效率和功率密度是目前主要的技术难题,为此需要从电力电子功率变换拓扑角度出发研究多工况、宽电压范围适用的高频、高效软开关拓扑。文中提出了一种可变结构多模式运行的隔离型多谐振直流变换器。该变换器采用辅助开关控制谐振腔,从而在不同应用场景下表现出自适应谐振特性。当系统输入电压较低时,采用双变压器多谐振拓扑结构,以获得较高的电压增益;而在额定状态下则采用五元件多谐振拓扑结构运行,实现高效率。得益于变结构多模式运行拓扑结构,该变换器具有较宽的电压增益范围,并能够始终保持较高的效率。这些特点使该变换器非常适合应用于直流配用电系统。文中在电路特性分析的基础上,制作样机并完成了实验验证。输入电压范围为80～600 V,输出电压为400 V,变换器峰值效率达到97.5%。     

具有共谐振支路的定频倍压型宽增益LLC谐振变换器

宽增益和高性能是LLC谐振变换器应用于电动汽车、可再生能源系统等领域的关键,而传统变频控制下存在开关频率范围宽、电压调节性能差的问题。为此,基于倍压整流结构提出一种共谐振支路的改进型拓扑,设计了定频变占空比的调制策略。首先给出了变换器的拓扑介绍及工作原理;其次根据增益特性分析了电感比和品质因数对增益的影响,根据零电压导通(zero voltage conduction,ZVS)条件对参数进行了约束;最后比较了变换器性能。仿真及实验表明,该变换器可实现宽输出电压调节,具有良好的软开关性能。相比于传统变频控制,始终工作在最佳谐振频率点,电路中循环电流小。     

谐振式模块化直流变换器的高增益控制

随着新能源发电并网系统发展和各类新兴直流负载出现,直流配电网得到快速发展,高增益直流变换器成为不同电压等级互联的关键设备。提出了一种基于子模块级联结构的谐振式模块化直流变换器RMDC(resonant modular DC converter)拓扑,并利用子模块电容与桥臂电感构成串联谐振回路实现能量传递,同时级联结构易于获得较高的电压增益。首先分析了RMDC工作原理及关键参数和电压增益之间的数学关系;在此基础上,提出一种高增益控制方法;最后通过仿真和实验结果验证了理论分析和高增益控制方法的有效性和正确性。     

谐振式模块化高增益升压型直流变换器北大核心CSCD

高压直流变换器是实现不同电压等级的直流电网线路之间互联的关键设备之一。然而传统高压直流变换器多存在增益低、装置体积和重量大等不足。提出了一种谐振式模块化高增益升压型直流变换器(resonant modular high-gain step-up DC/DC converter,RMHGDC)拓扑,利用子模块电容与桥臂电感构成串联谐振回路,采用子模块级联结构获得更高的电压增益。在分析RMHGDC工作原理及关键参量数学关系的基础上,提出了一种高增益控制技术,实验结果验证了本文理论分析及控制的可行性和有效性。     

宽输入高增益隔离升压型DC/DC变换器

隔离升压型DC/DC变换器是一类可以将低压直流母线变换成高压直流母线并实现电气隔离的变换器的统称。该技术在新能源发电领域如燃料电池发电系统以及微逆变器系统中应用广泛,其研究热点是宽输入适应性、高增益和高效率功率变换。LLC谐振变换器很好地符合这些要求。为此,研究了基于全桥LLC谐振变换器的高增益隔离升压型DC/DC变换器,提出了单级式和两级式两种方案,单级式方案为输出稳压LLC谐振变换器,而两级式方案为Boost变换器级联输出不稳压LLC谐振变换器。分别提出了LLC谐振变换器在单级式和两级式方案中的基于最佳励磁电感的谐振腔参数设计方法,并且分别通过样机实验验证了所提出的设计方法的有效性。     

基于五元件谐振网络的宽增益直流变换器

LLC三元件谐振变换器受自身结构限制,增益对负载变化敏感、调压范围与转换效率相互制约,且只能通过基波传输功率。对此,该文提出了一种基于LLC-LC五元件谐振网络的宽增益直流变换器,采用多模式倍压整流单元和脉宽调制方式,获得与负载解耦的宽增益;同时,通过五元件谐振网络传输3次谐波功率,提高了变换器的效率。最后,采用PLECS建立仿真模型并制作一台200W实验样机,仿真和实验结果验证了所提直流变换器拓扑及其调制方法的有效性,归一化增益范围为1～4,转换效率达到92.5%。     

一种应用于电动汽车充电机的谐振变换器设计

介绍了一种电动汽车充电模块拓扑,该拓扑包括了前级的PWM整流器和后级的谐振变换器。由于电动汽车车载电池的电压变化范围较宽（200~450 V）,为了提高全电压范围的转换效率,谐振变换器根据输出电压的变化,分别工作于3种模式：亚谐振频率调频模式、固定开关频率模式和超谐振频率调频模式。分析了3种工作模式的损耗,设计了谐振变换器的主电路参数,并在10 kW实验样机进行了验证。     

宽增益三电平串联谐振双向DC-DC变换器

针对输入电压变化范围较宽且电压等级较高的应用背景,本文提出一种三电平串联谐振双向DC-DC变换器拓扑。新的拓扑采用三电平全桥结构和移相控制技术,通过调节移相角和三电平桥输出电压零电位占空比,用以改变输出电压。综合考虑软开关范围和谐振腔电流等因素,对系统进行建模。通过分析,给出了三电平串联谐振双向DC-DC变换器的参数设计方法。同时,在保证所有开关管均可以实现零电压开关的前提下,有效地扩宽了电压增益范围。最后,设计了一组额定功率为1.6 kW的PSIM仿真系统,验证了拓扑结构和参数设计的可行性。     

高频高效的LLC谐振变换器研究

随着开关频率的提高,LLC谐振变换器中开关损耗会随之增加。将具有高频特性的氮化镓（GaN）器件结合平面变压器和同步整流技术应用于LLC谐振变换器中,实现开关频率和效率的双重提高。首先分析了LLC谐振变换器的工作原理,之后以减小损耗为目标,对谐振元件参数进行设计。在此基础上建立了两套对照实验,计算了两个实验中功率管、变压器和整流管中的损耗,最后搭建两个实验样机平台。相关实验表明：效率提高11.25%,验证了所设计方案的合理性。     

一种新型高电压增益DC-DC变换器研究

随着分布式发电的出现,可再生能源与电池组的结合以及负荷对其的严重依赖,对高效电力电子变换器的需求日益增加.提出一种降低电压应力的高增益DC-DC变换器的新颖结构.该结构是传统Boost变换器两级叠加的结果.当占空比较低时,因为增益与占空比的二次关系,所提供的电压增益很高.此外,该变换器的输入电流连续,所提供的负载接地....     

一种大带宽高增益微带天线的研究与设计

普通微带天线带宽很窄,大多数扩展其带宽的方法是以牺牲天线增益为代价的.本文提出了一种新型大带宽、高增益微带天线结构.该天线采用厚的空气介质层,通过与贴片相连的斜置金属带进行馈电.此外,还采用了U形接地板来提高天线的增益.利用HFSS仿真软件计算和分析,探讨了各结构参数的变化对天线性能的影响,给出了详细的设计过程.仿真结果表明,该天线在驻波比小于2 时的相对带宽可达75.5%,在整个频带内的平均增益为7.31 dBi,而且,方向图和增益随频率变化较平稳.     

高电压增益混合型DC-DC变换器研究

随着分布式发电的出现,对高增益DC-DC变换器的要求越来越高。为了获得更高的电压增益,提出一种光伏发电用混合型高电压增益非隔离单开关DC-DC变换器。该变换器将传统的Boost和Cuk变换器并联,详细讨论了其拓扑结构、工作原理以及电路参数设计,实现了基于Matlab/Simulink的仿真研究和基于单片机的150 W实验样机。仿真研究和实验结果与理论分析吻合较好,验证了理论分析的正确性以及混合型DC-DC变换器拓扑结构的有效性。所提混合型拓扑使用元件数较少的单一功率开关,并能提供比非隔离式传统变换器更高的电压增益。该拓扑在单功率开关作用下可提供连续电流的工作模式,而且降低了功率开关和二极管的电压应力。     

基于耦合电感的新型高增益软开关直流变换器

针对升压直流变换器的高增益问题,以一种带有泵升电容的Boost变换器为基础,提出一种基于耦合电感的新型高增益软开关直流变换器。讨论该变换器的工作原理、性能对比分析、关键参数设计,并且通过仿真验证了理论分析的正确性。该变换器通过引入耦合电感和倍压电容不仅拓展了调控电压增益的自由度,突破了仅由占空比来提升电压的局限,还减小了输出二极管的电压应力,且耦合电感中的漏感缓解了二极管反向恢复问题。利用有源钳位的方法减小了开关两端的应力,并使所有开关管实现软开通,使电路损耗得以降低。     

一种输入电流连续的新型高增益DC-DC升压变换器

高增益DC-DC变换器正越来越多地应用于太阳能光伏或其他可再生能源发电系统。良好的稳态和动态性能以及更高的效率,是为上述应用选取变换器的先决条件。为此,提出一种高增益DC-DC升压变换器。首先,详细阐述了该新型变换器的拓扑结构与工作原理,在此基础上,对其电路参数进行了设计。然后,将所提变换器与最近提出的其他类似变换器在各种性能参数上进行了比较。最后,采用Matlab软件建立了系统仿真模型,并研制了实验样机。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。所提变换器只使用一个功率开关,具有连续的输入电流,同时能够降低开关器件间的电压应力。占空比的工作范围更宽,并且在较低的占空比下可以获得较高的电压增益。输入电流连续是DC-DC变换器的一个理想特性,所提变换器非常适合太阳能、光伏应用。     

一种差动型高增益DC-DC变换器分析与设计

针对传统DC-DC变换器电压增益低、开关管电压应力较高、输入电流和输出电压纹波较大等问题,提出一种由两个多电平升压变换器差动连接而成的DC-DC变换器。首先,详细分析了所提变换器的拓扑结构、工作状态以及电路参数设计。理论分析结果表明,在占空比为0.5时,该新型变换器输入电流和输出电压的纹波相互抵消,具有明显的纹波抑制功能。同时,当电容器以互补开关方式运行时,电容器纹波的减少降低了电容器的尺寸。此外,该新型变换器无需添加额外的开关管,驱动及控制电路设计简单。然后,对所提变换器与其他类似变换器在电压增益、元件器数量以及半导体器件的电压应力等方面进行了对比分析,进一步说明了所提变换器的优越性能。最后,通过仿真研究和样机实验验证了理论分析的正确性,以及所提拓扑结构在降低元器件电压应力、提高电压增益方面的有效性。     

Expandable interleaved high voltage gain boost DC-DC converter with low switching stress

In this paper, an interleaved DC-DC step-up boost converter with high voltage conversion ratio and low voltage stresses on switches and diodes is proposed. The proposed converter has low average current passing through the diodes and switches and low input current ripple as a feature of interleaved converters. The voltage gain of the proposed converter can be increased by adding more diode-capacitor modules; therefore, the proposed converter has expandable structure. In addition, by implementing more diode-capacitor modules, the switching stresses would be more decreased. Also, to evaluate the performance of the proposed converter, it is compared with other similar presented circuits in the literature. The proposed converter is not only able to provide higher voltage gain but also has lower voltage stresses on switches and diodes. Consequently, switches and diodes with low voltage ratings can be selected. Theoretical analysis is provided in this study for each operation mode and the average current through the switches, diodes and inductors, voltage stresses on switches and diodes, voltage gain, and input current ripple are calculated. Finally, to demonstrate the accuracy performance of the proposed converter, a 450-W prototype is implemented practically.