零电压开关PWM组合式三电平变换器的箝位策略

零电压开关(zero-voltage-switching,ZVS)PWM组合式三电平变换器利用变压器的漏感(或外加谐振电感)和开关管的结电容可以实现开关管的ZVS,但在副边整流二极管存在反向恢复引起的电压振荡和尖峰。为了解决该问题,该文将2种基本箝位网络应用于该变换器中,提出一族箝位策略;在这些箝位策略中选择出2种可行的方案,不仅有效地消除在三电平模式和两电平模式下副边整流管的电压尖峰,同时保留原有变换器的所有优点。该文分析了引入箝位网络后变换器的工作原理和特点,并进行了实验验证。     

一种全波整流有源箝位ZVS正激变换器的研究

介绍了一种中心抽头全波整流有源箝位ZVS正激变换器的工作原理及主要参数计算。有源箝位电路由一个箝位开关管和箝位电容组成。变压器磁芯实现无损复位,励磁能量和漏感能量全部传递到负载,磁芯利用率高,功率开关管承受电压应力降低。通过变压器漏感与开关管输出电容的谐振,主开关管与箝位开关管都可以实现ZVS开通,提高了变换器工作效率。首先分析了变换器工作原理,然后给出了主要参数的计算方法,最后通过样机(48V输入,5V/20A输出)实验验证了该拓扑的高效性能。     

升压式有源箝位ZVS正激变换器分析

本文对升压式有源箝位零电压开关正激变换器的工作过程进行了分析。讨论了利用升压式有源箝位电路实现功率变压器的对称磁复位,利用功率开关寄生电容和励磁电感谐振实现零电压开关的方法。并通过仿真试验验证了电路分析的正确性。     

1kW最小电压有源箝位PFC变换器

提出了最小电压有源箝位(MVAC)功率因数校正变换器电路，将辅助开关与谐振电感和箝位电容串联支路并联，谐振电感可以抑止二极管的反向恢复电流，有效的减少由二极管反向恢复引起的损耗，箝位电容箝位谐振电感在主开关关断时所产生的电压应力。主开关和辅助开关均可实现ZVS开关，变换器具有电压应力较低的特点。本文分析了最小电压有源箝位功率因数校正变换器中功率器件的电压应力和软开关条件，研制了一台1kW最小电压有源箝位功率因数校正变换器。     

1kW最小电压有源箝位PFC变换器

提出了最小电压有源箝位(MVAC)功率因数校正变换器电路，将辅助开关与谐振电感和箝位电容串联支路并联，谐振电感可以抑止二极管的反向恢复电流，有效的减少由二极管反向恢复引起的损耗，箝位电容箝位谐振电感在主开关关断时所产生的电压应力。主开关和辅助开关均可实现ZVS开关，变换器具有电压应力较低的特点。该文分析了最小电压有源箝位功率因数校正变换器中功率器件的电压应力和软开关条件，研制了一台1kW最小电压有源箝位功率因数校正变换器。     

1kW最小电压有源箝位ZVS PFC变换器

提出了最小电压有源箝位(MVAC)功率因数校正变换器电路，将辅助开关与谐振电感和箝位电容串联支路并联，谐振电感可以抑止二极管的反向恢复电流，有效的减少由二极管反向恢复引起的损耗，箝位电容箝位谐振电感在主开关关断时所产生的电压应力。主开关和辅助开关均可实现ZVS开关，变换器具有电压应力较低的特点。本文分析了最小电压有源箝位功率因数校正变换器中功率器件的电压应力和软开关条件，研制了一台1kW最小电压有源箝位功率因数校正变换器。     

适合直接驱动型风力发电系统的DRC混合箝位变流器研究

针对直接驱动型风力发电系统中需要的全功率变流器,提出了一种基于箝位二极管、电阻、电容DRC(Diode Resistor Capacitor)混合箝位的三电平变流器,并采用载波相移正弦脉宽调制CPS-SPWM(Carrierplaase shifted SPWM)技术产生控制脉冲.仿真结果表明,该变流器输出波形正确,等效开关频率提高了1倍,最低次载波谐波移至载波频率2倍的位置,并具有自动平衡电容电压,电容充放电电流呈周期性变化且无电流尖峰冲击等优点.     

1kW复合有源箝位功率因数校正变换器

提出了复合有源箝位(CAC)功率因数校正变换器电路。谐振电感与主开关串联，由辅助开关和箝位电容组成的支路并联在谐振电感两端。谐振电感可以抑止二极管的反向恢复电流，有效的减少由二极管反向恢复引起的损耗，主开关和辅助开关均可实现ZVS开关，消除了二极管寄生电容和谐振电感引起的寄生振荡。该文分析了复合有源箝位功率因数校正变换器中软开关范围与谐振电感和电容之间的关系，研制了一台1kW复合有源箝位功率因数校正变换器。     

有源箝位软开关全桥Boost变换器

提出一种含有源箝位辅助电路的软开关全桥Boost变换器,其利用电感与电容谐振实现主开关管的零电流开通与零电压关断。有源箝位电路即可抑制变换器工作时可能出现的电压过冲,又可将箝位电容吸收的能量返还回主电路,且箝位开关管以零电压方式开通与关断。输出端采用倍压整流,可以降低变压器匝比。最后利用硬件实验波形验证了所述变换器的有源箝位和软开关特性。     

有源中点箝位型五电平逆变器SHE-MPC研究

针对大功率有源中点箝位五电平(5L-ANPC)逆变器的低次谐波和电容电压平衡问题,提出一种基于特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)的模型预测控制(MPC)方法。首先,通过求解特定谐波消除(SHE)方程组得到全调制比下的所有开关角度,并设计目标函数选择其最优开关模式,实现SHE;然后,采用MPC方法,通过设计成本函数选择最佳开关状态,减小整体开关频率的同时实现电容电压和中点电位的平衡。硬件在环(HIL)实验结果验证了理论分析的正确性及控制策略的有效性。     

加箝位网络的移相全桥变换器的研究

针对传统移相全桥ZVS PWM DC/DC变换器的缺点,提出了一种次级加箝位网络的改进型移相全桥ZVS PWMDC/DC变换器。该箝位网络减小了移相全桥变换器续流状态时的初级环流,在宽负载范围内实现了滞后桥臂的ZCS开关,并可有效减小次级整流二极管上的振荡尖峰。详细分析了变换器的工作原理及各个工作模态;研制了一台输出功率为3kW(360V/8.5A)的DC/DC变换器样机。实验结果表明,该箝位网络可以减小初级续流环流,并可减小整流二极管上的振荡尖峰,且变换器的整机变换效率高。     

有源箝位正激变换器中励磁电流直流偏置问题的研究

在有源箝位的正激变换器中,由于变压器的漏感和开关管的寄生电容产生的励磁电流的直流偏置会带来变压器磁芯饱和、二极管反向恢复的问题,并有可能导致辅助开关管失去ZVS开通,本文分析了励磁电流直流偏置产生的原因,并给出了描述励磁电流直流偏置的简洁方程。     

有源箝位正激变换器中励磁电流直流偏置问题的研究

在有源箝位的正激变换器中，由于变压器的漏感和开关管的寄生电容产生的励磁电流的直流偏置会带来变压器磁芯饱和，二极管反向恢复的问题，并有可能导致辅助开关管失去ZVS开通，本文分析了励磁电流直流偏置产生的原因，并给出了描述励磁电流直流偏置的简洁方程。     

二极管箝位型多电平逆变器全范围电容电压平衡的PWM调制方法

电容电压偏移是二极管箝位型多电平逆变器的主要缺点。空间矢量调制和正弦载波调制方法,在调制度较高且功率因数较低时,电容电压出现低频波动。该文首先建立含电容电压的二极管箝位型三电平逆变器的脉冲宽度调制(pulse-width modulation,PWM)模型,提出一种新的调制方法,只需满足三相电流之和为零,该方法在任意调制度和功率因数下都能确保电容电位的平衡。并对算法累积误差进行修正。实验结果表明,这种方法较以前的解决方案能更好地平衡电容电压。最后将算法拓展到二极管箝位型任意电平数逆变器的调制中。     

一种新型次级箝位ZVZCS-PWM变换器的研究

在分析ZVZCS-PWM软开关工作原理的基础上,提出了一种利用耦合输出电感的新型次级箝位ZVZCS-PWM变换器.该变换器采用了不带损耗元件和有源开关的简单辅助电路,减小了次级整流二极管的电压应力,且轻载时箝位电容的充、放电电流能根据负载情况自动调整.最后,成功得出了变换器的设计参数并给出了实验结果.     

含开关电容的有源箝位多电平逆变器

针对传统多电平逆变器输出电平不易扩展的问题,结合开关电容能输出二倍电容电压的特点,提出一种含开关电容的有源箝位多电平拓扑。该拓扑能明显增加输出电平数,由开关电容带来的冗余状态也有利于电容电压均衡,且所含电容少逆变器体积小,适用于低压高功率密度的场合。分析了新拓扑中基本单元分别为开关电容单元和飞跨电容单元的情况,从电容容值和成本角度出发,得出了含开关电容的有源箝位型多电平拓扑构成原则。在此基础上从开关管数量、电容数量和冗余开关状态数量3个方面对比了新拓扑与普通有源中点箝位型拓扑的特性,最后以九电平组合拓扑为例,分析其工作原理、调制策略及电容电压控制策略。仿真和实验结果验证了其可行性。     

中点箝位型三电平逆变器空间矢量与虚拟空间矢量的混合调制方法

中点电压偏移是中点箝位型(neutral point clamped,NPC)多电平逆变器的主要缺点。空间矢量脉宽调制(space vector pulse-width modulation,SVPWM)由于算法本身的缺陷,在调制度较高且功率因数较低时,电容电压出现低频波动。虚拟空间矢量调制(virtual SVPWM, VSVPWM)方法能够在全范围内处理中点电压偏移问题,但存在开关次数较多,谐波特性较差的缺点。该文建立含电容电压的NPC三电平逆变器的PWM模型,讨论SVPWM和VSVPWM的约束条件。在特定的区域采用SVPWM,其他区域采用VSVPWM,给出了这2种调制策略的切换条件。实验结果表明,混合调制方法(hybrid PWM,HPWM)较之以前的解决方案能够更好的平衡电容电压,并且也能够有效的降低开关次数和提高逆变器输出的谐波特性。     

一种新型有源箝位Boost变换器

提出了一种应用于Boost变换器的新型有源箝位电路，在Boost变换器的主关和升压二级管之间串入1个谐振电感，由有源开关和箝位和电容组成和箝位支路并联在谐振电感两端。该电路能够抑制快恢复二极管的反向恢复电流，削减由反向恢复电流引起的能量损耗，电路中主开关管与辅助开关管均工作在零压开关条件（ZVS）下，消除了由二极管结电容上起的寄生振荡，提高了变换器的效率，并试制了1台1KW实验模型验证文中提出的理论。     

一种隔离型有源箝位交错并联Boost软开关变换器

采用原边并联/副边并联的交错结构,提出了一种新型的隔离型有源箝位交错并联Boost软开关变换器。耦合电感的漏感限制了输出二极管关断电流的下降速率,抑止了输出二极管的反向恢复,大大减小了反向恢复电流引起的损耗。由有源开关和箝位电容组成的箝位电路吸收并无损的转移了漏感能量,消除了主开关管上的电压尖峰,而两相交错并联电路只需要一组箝位电路,大大简化了电路结构。在整个开关周期内,主开关管和辅助开关管都是零电压软开关动作,大大减小了开关损耗。最后,设计了一台40 V输入、380 V输出的1 kW试验样机。试验结果表明,所有的功率器件均为软开关工作。     

谐振开关电容DC/DC变换器拓扑研究综述

开关电容变换器(switchedcapacitorconverter,SCC)具有效率高、体积小、重量轻等优点,适用于数据中心、电动汽车等对效率和功率密度要求较高的场合。文章归纳出一个谐振开关电容基本单元,基于此,对现有谐振开关电容变换器的拓扑结构和软开关工作原理进行分析,并概括为串并联、多级模块化、多电平及级联等4种组成类型。文章总结移相、调频、占空比分配等调压方法,指出通过移相或改变开关频率,使变换器工作在零电压开关(zerovoltage switching,ZVS),可以实现电压连续调节;占空比重新分配,改变开关状态,可以实现电压断续调节。针对无源器件参数差异造成的开关管电压振荡问题,给出耦合电感去除法和电感共用法等解决方案,可省去相应的电压箝位电路。将用于实现高增益和多电平的开关电容单元应用于谐振SCC,并对其进行改进,可提升其电压变换比,便于电路参数选择,提高稳定性。最后,对典型谐振SCC进行性能对比,并提炼现存共性问题,供读者参考。