适用于ISOP拓扑的DC/DC变换器研究

在交直流混合微电网和电力电子变压器等领域,由于电压较高、功率较大,通常采用ISOP拓扑进行能量的双向传递,本文研究适用于ISOP拓扑的双向LLC谐振DC/DC变换器,采用H桥2个桥臂驱动脉冲移相的方式,解决变换器预充电电流过冲的问题;对于组成ISOP拓扑的变换器之间的移相特性进行了分析与计算,对ISOP拓扑双向传输能量的均压及均流特性进行了分析与设计;采用均压电阻实现ISOP拓扑串联侧的稳态均压,并对双向LLC谐振DC/DC变换器的谐振网络进行了分析与计算;最后研制出由20个双向LLC谐振变换器组成的ISOP拓扑,对文中提出的设计方法进行验证,试验证实变换器移相启动过程中无电流过冲、并实现了基准桥臂的ZVS和移相桥臂的ZCS或者准ZCS,而且变换器组成ISOP拓扑的动态和静态的均压均流满足要求。     

基于LLC谐振变换器的双向DC/DC变换器

在储能系统中,谐振型双向DC/DC变换器因为其优异的特性而得到广泛应用。提出一种基于LLC谐振型双向直流变换器,不仅具有LLC变换器高效率等优点,而且具有能量双向传输的能力。在电路中增加一个辅助电感,实现变换器在正向工作与反向工作时拓扑完全相同。变换器结构简单,无需任何辅助缓冲电路便能实现软开关,适合储能系统中能量双向流动的场合。在采用时域分析与基波分析对变换器的电压增益与软开关条件进行分析的基础上,对变换器的参数进行优化设计。搭建一台5 kW的实验样机,实验验证了变换器结构与设计方法的可行性以及运行效率的优越性。     

同步控制双向LLC谐振变换器

本文提出了一种同步控制的双向LLC谐振变换器。为使变换器在正向、反向工作时拓扑结构相同,在电路中增加了一个辅助电感。该辅助电感除了可以使双向LLC谐振变换器的双向工作特性完全对称外,还可以帮助开关管实现软开关。文章提出的双向LLC谐振变换器结构简单、控制方法易于实现。当变换器开关频率小于谐振频率时,所有开关管均可以实现零电压开通(ZVS);当变换器开关频率大于等于谐振频率时,软开关特性与传统LLC谐振变换器相同。因此变换器具有较高的效率,很适合应用于能量双向流动的场合。同步控制的双向LLC谐振变换器与传统二极管整流的单向LLC谐振变换器的工作特性存在差别,为了精确分析,文章提出了新的等效电路模型,并给出了同步控制双向LLC谐振变换器的电压增益公式和软开关条件。最后通过实验验证了理论分析的结果。     

一种高频隔离LLC谐振双向直流变换器的实现

针对高压大功率应用场合,将LLC谐振槽引入高频隔离三电平半桥(TLHB)双向直流变换器,提出一种新的拓扑结构。该拓扑具有LLC谐振和TLHB双向直流变换器的优点,可采用低耐压的开关器件,在全负载范围内实现了功率开关管的零电压开关(ZVS)和零电流开关(ZCS),从而提高了开关频率,降低了开关损耗,提高了工作效率。分析了TLHB LLC谐振双向直流变换器的工作原理,给出了谐振槽参数的设计方法,实验结果证明了理论分析的正确性。     

基于电压四倍频整流器的全桥LLC研究

LLC谐振变换器是一种软开关频率调制DC/DC拓扑,其开关频率接近共振频率.LLC谐振变换器具有较低的开关损耗和较低的电磁干扰,但常用的LLC谐振变换器的增益小,而光伏发电系统的DC/DC变换器需要产生较高的增益,因此需要在传统LLC拓扑基础上进行改进.这里提出了一种基于电压四倍频整流器的LLC谐振变换器.电压四倍频整流器有效降低了变压器的变比及次级整流开关管的耐压值,使得该拓扑适用于高增益输出应用场合.在此阐述了基于四倍频整流器LLC电路的工作原理,并进行了 300W实验样机的测试,验证了分析的有效性和可行性.     

一种并联输入并联输出的宽范围双向隔离DC/DC变换器

目前,DC/DC变换器广泛应用于新能源发电、电动汽车以及锂电池化成分容等领域。针对低压大电流双向功率传输应用场合,提出了一种输入并联输出并联的宽范围双向隔离DC/DC变换器。该变换器由2个相同的两级式DC/DC变换器组成,前级采用高效率LLC谐振变换器作为直流变压器,以实现电气隔离;后级采用交错式Buck/Boost变换器,保证宽范围电压输出和高动态性能。所提变换器能够实现功率的双向传输,且采用了一种功率方向改变时,无需进行功率流向判断与开关逻辑切换的调制策略,简化了系统的控制策略并提高可靠性。设计了1台3 kW的实验装置,实验结果验证了所提变换器及其控制方法的可行性和有效性。     

电力电子变压器中LLC谐振变换器的研究

针对传统移相全桥两电平变换器低耐压能力且轻载时不利于软开关实现而导致的低效率问题,提出了一种应用于电力电子变压器中的双向对称半桥三电平LLC谐振变换器结构,该结构利用电感电容的谐振原理,当系统工作在感性区域时,可实现全负载范围内初级开关管的零电压导通(ZVS)和次级二极管的零电流关断(ZCS),进而提高系统效率,且该结构能实现能量的双向传输,应用灵活。最后根据基波近似等效法得到了半桥三电平LLC谐振变换器的等效模型,由仿真和实验结果共同验证了理论分析的正确性与该结构的可行性。此外,根据LLC的增益特性和阻抗特性所得的谐振网络参数也使系统得到了较好的稳定性和较强的鲁棒性。     

一种采用倍流整流电路的ZVS-ZCS三电平DC/DC变换器的研究

三电平DC/DC变换器多采用移相ZVS控制,而常规的移相ZVS控制的变换器,滞后臂较难实现ZVS,同时换流时的环流也会降低变换器的效率.另外,传统的输出全波整流设计,其大电流增加了输出滤波电感和变压器的体积以及整流管上的电压应力,这不利于用在低压大电流输出场合.为此,本文采用倍流整流电路的ZVS-ZCS三电平DC/DC变换器,提出把实现滞后臂ZCS的谐振电容设计在副边的倍流整流电路中,有效地克服了环流的影响和降低整流管的电压应力,同时相应地减小了流过变压器副边和输出滤波电感的电流.理论分析和实验验证了方案的正确性.     

一种新颖的变模态控制双向DC/DC变换器

以燃料电池电动车(FCEV)为应用背景,提出了一种新颖的变模态控制双向DC/DC变换器。变换器具有两种工作模式,可以根据能量流动方向自动选择对应的工作模式。能量正向流动时,采用脉冲宽度调制(PWM)方式,变换器等效为有源箝位隔离型Boost变换器,通过采用次级谐振倍压实现整流开关管零电流开关关断。能量反向流动时,采用脉冲频率调制(PFM)方式,变换器等效为半桥LLC谐振变换器,无需辅助电路初、次级开关管均能实现软开关。给出了变换器工作原理分析及设计方法。最后,搭建了一台500W的样机,实验结果验证了所提变换器的优良性能。     

一端稳压一端稳流型软开关双向DC/DC变换器(Ⅰ)——电路原理和控制策略

提出了一种适合于高低压变换的软开关双向DC/DC变换器,该变换器为隔离Boost变换器和全桥变换器组合而成的电流-电压型拓扑.详细分析了能量双向流动和实现软开关的原理.提出一端稳压和一端稳流的控制策略,可实现能量双向流动的自由转换.采用一种启动电路,可抑制Boost模式启动时的冲击电流.     

双向全桥LLC谐振变换器的理论分析与仿真

将LLC谐振网络引入到全桥双向DC-DC变换器中,提出一种新型双向全桥LLC谐振变换器。该变换器主要由传统全桥双向DC-DC电路和LLC谐振网络组成。该电路可以在全负载范围内实现功率开关管的零电压开通关断和整流环节的零电流开通关断。文中介绍和分析了变换器的拓扑结构与工作原理,并通过仿真验证了理论分析的正确性。     

基于变频控制的串联谐振DC/DC变换器的研究

串联谐振DC/DC变换器具有电路结构简单、在全输入和全负载范围内可实现开关管的ZVS、功率转换效率高等优点,是目前开关电源研究的热点之一。本文分析了基于变频控制的串联谐振DC/DC变换器的工作原理,阐明了变换器在三种不同开关频率下的工作特性,定量地给出了不同工作状态下变换器的输入电压、输出电压、开关频率以及谐振电感等参数之间的关系式。在一台1.5KW原理样机上的实验结果表明,该变换器变换效率最高可达96.3%,所有开关管实现ZVS,不同工作状态时变换器输入输出电压等参数关系与理论分析一致。     

A ZVS‐ZCS phase shift full bridge DC‐DC converter with secondary‐side control for battery charging applications

The output power requirement of battery charging circuits can vary in a wide range, hence making the use of conventional phase shift full bridge DC‐DC converters infeasible because of poor light load efficiency. In this paper, a new ZVS‐ZCS phase shift full bridge topology with secondary‐side active control has been presented for battery charging applications. The proposed circuit uses 2 extra switches in series with the secondary‐side rectifier diodes, operating with phase shift PWM. With the assistance of transformer's magnetizing inductance, the proposed converter maintains zero voltage switching (ZVS) of the primary‐side switches over the entire load range. The secondary‐side switches regulate the output voltage/current and perform zero current switching (ZCS) independent of the amount of load current. The proposed converter exhibits a significantly better light load efficiency as compared with the conventional phase shift full bridge DC‐DC converter. The performance of the proposed converter has been analyzed on a 1‐kW hardware prototype, and experimental results have been included.     

基于飞跨电感的高升压比级联式DC/DC变换器

高升压比DC/DC变换器在微电源并网、不间断电源以及车载电源等场合均有广泛应用。飞跨电感模块,既具有升、降压能力,又可以实现能量双向流动。利用多个飞跨电感模块输入、输出端串、并联组成共正极、共负极和不共地3种不同结构的级联式高升压比DC/DC变换器,其均可在较合适的占空比下维持较低的电流应力,获得高电压增益。模块间采用载波移相调制可以减小模块输入侧电流纹波、变换器输出电压纹波和输出滤波电容容值。详细介绍了飞跨电感模块和DC/DC变换器的结构及工作原理,并以其中不共地变换器拓扑为例通过仿真和实验验证了其正确性。所提变换器具有电压增益便于调节、扩容方便和应用范围广等优点。     

基于GaN器件大功率双向DC/DC变换器的设计与仿真

介绍了一种新的高功率双向隔离式DC/DC变换器作为高功率转换系统的主要电路.DC/DC变换器使用基于氮化镓(GaN)的功率开关器件.对10 kW GaN大功率DC/DC变换器的拓扑结构进行了优化、参数化和分析,并通过仿真和实验验证了其有效性.它由使用新型的GaN晶体管组成的两个单相全桥电路、两个输入/输出电感和一个高频...     

一种L-R复合型桥式DC/DC变换器

提出了一种L-R复合型桥式DC/DC变换器。该变换器在传统半桥LLC谐振变换器的基础上,仅增加一组L桥臂,有高、低2种电压增益模式。在高电压增益模式,采用脉冲宽度调制,通过L桥臂对电感线性储能,获得了比传统LLC谐振变换器更高的电压增益,具有更宽的输出电压范围,且电压增益受励磁电感影响小,电路工作无回馈电流。在低电压增益模式,采用脉冲频率调制,电压增益特性与传统LLC谐振变换器接近,但有更小的回馈电流和循环电流。详细分析了所提拓扑2种电压增益模式的工作原理,推导出增益公式,并与传统拓扑进行对比。最后搭建了一台输入电压为220 V、输出电压为100~160 V的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。     

Tapping on HVDC lines using DC transformers

This paper investigates a new topology for tap terminals on HVDC transmission, which is based on high-power DC/DC converters. The use of DC transformers brings benefits in terms of better resilience from tap system faults, more flexibility in power reversal, an additional control channel and lower costs for main AC/DC converter and transformer. The paper studies both options: using line commutated and voltage source converters as the main AC/DC tap converters. PSCAD simulation results are given for a 0.025 p.u. bidirectional tap on the 1000 MW CIGRE HVDC benchmark system. The simulation responses with a line commutated converter indicate ability to operate the tap terminal at neutral reactive power exchange over wide range of power levels and also excellent resilience to disturbances on the tap AC grid. The simulations with voltage source AC/DC converter also show excellent responses for wide range of inputs but the DC/DC converter becomes more complex. It is concluded that the proposed topology may provide means for wider access to the existing HVDC transmission links.     

一种新颖的三电平软开关谐振型DC/DC变换器

该文提出一种新颖的三电平LLC串联电流谐振型DC/DC变换器。每个主开关电压应力是输入电压的一半，并且全范围实现ZVS而不用附加任何电路。整流二极管工作在ZCS状态。该变换器通过二次谐振的手段使得以较小的频率变化范围就可以实现较大的输入输出调节范围。整个变换器只需一颗磁元件。该变换器在高压端输入时效率较高，应用在要求有保持时间的电源产品上特别有利。文中通过一个500V～700V输入，54V／10A输出的样机验证了它的工作原理和特点。该样机在额定条件下效率达到94．7％。     

应用于混合动力汽车的三电平双向DC/DC变换器

为了提高混合动力汽车驱动系统中双向DC/ DC装置的开关频率,把三电平技术应用到该装置中,提出一种新的三电平双向DC/DC变换器拓扑。通过分析电路,在相同先决条件下,将三电平拓扑和传统两电平拓扑相比,得出前者的开关管电压应力和电感电流可减小的幅度,最后通过仿真试验验证了分析结果。