移相全桥ZVS直流变换器研究综述

摘要：移相全桥ZVS(Zero Voltage Switching)直流变换器具有工作频率恒定、拓扑结构简单、功率密度高且能利用器件自身的寄生参数谐振实现ZVS等特点,在中高功率应用场合中备受青睐。然而,传统移相全桥ZVS变换器软开关范围有限,存在环流损耗、副边占空比丢失以及整流桥寄生振荡等缺陷。本文对移相全桥ZVS变换器存在的问题进行分析,针对典型的拓扑结构和调制策略进行分类,比较了各方案的优势与不足,并提出一种基于互补占空比的改进方案,建立模型并进行仿真验证。     

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。     

多相控制全桥ZVS—PWM变换器的分析与设计

阐述了零电压开关技术（ZVS）在移相全桥变换器电路中的应用。分析了电路原理和各工作模态，给出了实验结果。着重分析了主开关管和辅助开关管的零电压开通和关断的过程及实现条件。并且提出了相关的应用领域和今后的发展方向。     

不对称控制全桥副边双谐振DC-DC变换器

提出一种全桥副边双谐振(full-bridge secondary-dual-resonance,FB-SDR)DC-DC变换器。变换器无需添加辅助电路即可在全负载范围内实现开关管的零电压开关和副边整流二极管的零电流关断,减小了开通损耗和反向恢复损耗;同时,采用不对称控制策略,消除了传统移相全桥变换器的环流损耗,提高了变换器的效率;有效抑制了整流二极管的电压尖峰和振荡,将整流二极管电压箝位在输出电压,减小了电压应力,进一步提高了变换器的性能。详细研究FB-SDR变换器的工作原理及稳态特性,并对电路关键参数进行设计。最后,通过搭建一台1 kW、400 V/48 V的实验样机,验证理论分析的正确性。     

全桥ZVS PWM电容器充电变换器

为对广泛应用的电容充电大功率全桥零电压软开关高压变换器进行理论分析,从零电压(相当输出短路)到最大电压用变换器对电容器进行了充放电试验。变换器电路中充分利用器件的寄生参数,通过在高压变压器的原线圈串联电感,实现主开关管输出高压整流二极管的零电流软切换,变换器通过脉宽调制和电流控制调节输出电压并具有过压和过流保护功能。给出变换器的静态分析,同时给出了基于UCC3895 PWM控制器的直流—直流变换器样机的详细设计和1 kJ/s充电速度的实验结果表明变换器的理论分析正确,方法可行。     

旋转式ZVS移相全桥DC-DC变换器的研究

根据旋转式非接触感应电能传输系统的应用要求,本文设计了一种旋转式ZVS移相全桥DC-DC变换器。详细分析了移相全桥ZVS的工作模态及占空比丢失问题,给出了高频旋转变压器的具体分析与设计方案,最后对所设计的移相全桥旋转变换器进行了性能测试,分析了转速变化对输出的影响,给出了实验波形,验证了该旋转变换器的可行性。     

一种新型ZVS型Buck变换器的设计

分析了零电压开关(ZVS)型Buck准谐振变换器(ZVS-Buck-QRC)的工作原理,仿真验证了ZVS效果,指出电路开关器件需承受很高电压应力的缺点,提出一种新型ZVS型Buck电路拓扑结构,相比ZVS-Buck-QRC,通过添加一个辅助开关管和箝位电容,有效限制了主开关管电压应力。主开关管导通前先使辅助开关管导通,添加死区,实现了主、辅开关管的零电压导通和关断。对新型电路的软开关过程进行详细分析,并推导出谐振电路参数的计算公式,仿真及实验结果验证了电路的软开关作用及电路对主开关电压应力的有效限制能力。     

移相全桥ZVS变换器的原理与设计

介绍移相全桥ＺＶＳ变换器的原理，并用ＵＣ３８７５控制器研制成功３ｋＷ移相全桥零电压高频通信开关电源。     

改进型ZVS PWM全桥DC-DC变换器的研究

研究一种把软开关技术和移相PWM控制技术以及双向DC DC变换器技术有机结合在一起的新型高频DC DC开关功率全桥变换器。它采用电流模式移相PWM控制,在较大的负载范围内实现了开关器件的零电压软开关(ZVS)。该电路简单高效,超前臂、滞后臂都能在很宽的范围实现软开关。介绍和分析了变换器的工作原理,最后给出了实验结果和两个主要波形,并做出了详细的说明。     

基于数字控制的移相全桥ZVS-PWM变换器的设计

介绍了一种采用辅助谐振网络的移相全桥ZVS-PWM变换器,简述其工作原理。使用TMS320LF2407A作为主控芯片,实现了数字移相控制及全桥变换零电压软开关。试制了一台8kW/20kHz的样机,给出了实验波形及结论。     

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。     

一种用于双向全桥DC/DC变换器的新型反激绕组设计方法

为改善反激绕组传统设计方法的不足,以双向全桥DC/DC变换器为例,提出一种反激绕组的全新设计方法,包括原边电感量、匝数和气隙的改进设计方法。首先,提出"抛物线求解法",准确地求出了原边所需电感量,使电感电流纹波真正满足设计要求,并直观地找出电流纹波最恶劣的工作点。然后,提出匝数和气隙的新型设计方法,不仅抵消了边缘磁通对电感量的影响,而且直接得出精确的设计结果,避免了反复凑试的繁琐。最后,此新型设计方法应用于一台双向DC/DC变换器,实验结果表明电路工作稳定,该方法有效、可靠且实用。     

LLC谐振全桥DC/DC变流器的优化设计

LLC谐振全桥DC/DC变流器具有很高的功率密度和转换效率,但仍需合理的设计才能体现其优势.在该变流器中,谐振网络参数的选取对电路性能有至关重要的影响.本文从提高全输入范围内变流器转换效率的角度出发,对谐振网络及其它参数进行了优化设计.最后制作了一台1 kW功率等级的样机,对所提出的设计方法进行的实验结果表明,采用所设计的LLC谐振全桥DC/DC变流器具有工作频率范围窄,全输入范围内效率高等优点.     

双向DC/DC变换器的改进相移控制设计

改进相移控制的双向DC／DC变换器结合了PWM和相移控制的优点，减小了变换器的电流应力，拓宽了软开关范围，提高了变换器的效率。详细介绍了控制电路的设计方法，最后给出了实验结果。     

Design and implementation of a high‐efficiency bidirectional DC‐DC Converter for DC micro‐grid system applications

This paper studies the design and implementation of a non‐isolated dual‐half‐bridge bidirectional DC‐DC converter for DC micro‐grid system applications. High efficiency can be achieved under wide‐range load variations by the zero‐voltage‐switching features and an adaptive phase‐shift control method. A three‐stage charging scheme is designed to meet the fast‐charging demand and prolong the lifetime of LiFePO₄ batteries. A digital‐signal‐processing control IC is used to realize the power flow control, DC‐bus voltage regulation, and battery charging/ discharging of the studied bidirectional DC‐DC converter. Finally, a 10 kW prototype converter with Enhanced Controller Area Network communication function is built and tested for micro‐grid system applications. A light‐load efficiency over 96% and a rated‐load efficiency over 98% can be achieved. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

等离子切割机直流电流源的设计

多级并联BUCK DC-DC直流电流源的电流精度高,稳定度好,支持功率等级大,是目前的主流首选设计方案。设计一种独立电压供电、输出并联的BUCK DC-DC直流电流源,采用移相交错驱动技术,支持输出直流电流260 A和输出电压150 V~170 V,输入功率45 k W,并进行了仿真分析和实验验证。结果表明,具有良好的稳态性能和动态性能,整体性能达到国际同类标杆产品的性能指标。     

同塔双回直流输电工程同址换流站交流滤波器设计关键问题研究

同塔双回、换流站同址的直流输电工程具有同塔双回直流独立运行、换流站同址合建、共用交流场的特点,其灵活、多样的运行方式对滤波器设计提出更高的要求。本文按照滤波器设计的流程详细分析了同塔双回、换流站同址时影响滤波器设计的关键问题,分别针对直流运行方式、双回直流谐波电流计算、谐波阻抗分区、滤波器选型和参数选择、滤波器策略进行分析并提出相应的解决方案。算例计算结果表明,本文提出的解决方案,可以用于同塔双回、换流站同址的直流输电工程交流滤波器设计。     

Design and Implementation of an Embedded Control System for the Interconnection of a DC Microgrid to the AC Main Network

Abstract

This paper presents the design of an embedded control system and its implementation on a DC-AC bidirectional converter for the interconnection of a DC Microgrid (MG) with the AC Main Network (MN). This control system was designed in LabVIEW and implemented on the NI myRIO platform, and it was used for the synchronization of the MG with the MN. Its main goal is to keep the stability of the DC bus when energy is supplied to or extracted from the MN. The MG is composed of two 500?W photovoltaic panel arrays (PAs), each with a Boost DC-DC converter to generate a DC bus of 190?V, and a DC-AC bidirectional converter that interconnects the MG with the MN. The control system was tested considering nonl-inear loads such as computers, commercial fluorescent lamps, and LED, with the aim to analyze the response of the system to real life conditions. Results show that the embedded control system is capable to stabilize the DC bus at a voltage level of 190?V?±?5% when interacting with the different non-linear loads connected to the MG. This is an improvement on the control of the voltage variation previously presented in the literature of 190?V?±?10%.