集成耦合电感的升压-反激变换器

提出了一种高效直流升压变换器,分析了它的工作原理并且阐述了理论推导过程。集成耦合电感的升压-反激变换器通过集成耦合电感和升压-反激变换器在低占空比情况下实现了高升压比和高效率。运用电感伏秒平衡定理、电容安秒平衡定理推导出在电感电流连续模式(CCM)下该新型拓扑电路的电压增益和效率。最后,在实验室里设计出了30 W的电路样机,实现了50 V的稳定输出,并采集了实验波形。根据仿真及实验结果验证了理论分析的正确性。     

多通道交错并联反激变换器磁集成技术研究

采用谐波分解方法揭示了电压调整模块电感耦合带来通道电流谐波消除的内在机理。在反激变换器中,交流线圈损耗可由变压器分量损耗和电感器分量损耗2部分组成。在中小功率场合,变压器的电流纹波较大,电感器分量带来严重的气隙扩散磁通效应往往成为线圈涡流损耗的主要因素,因此,结合多通道耦合电感技术和反激变压器的线圈损耗特点,提出多通道交错并联反激变换器磁集成技术,以减小电流纹波,改善线圈的电感器分量损耗和磁芯损耗,并通过理论分析和实验加以证明。     

正激变换器磁集成分析与设计准则

磁集成技术能有效地减小磁件体积,降低磁件损耗,减小电流纹波,提高变换器的动态响应。该文将正激变换器的滤波电感与变压器进行磁集成,利用数学方程分析耦合电感实现电流纹波减小的条件,并将其应用于正激变换器,根据变换器的工作模态给出占空比的取值,利用磁路分析给出减小电流纹波的集成磁件耦合度设计区域与正激变压器次级绕组及输出电感匝数关系,并分析磁集成后开关管的电压与电流应力。利用磁路电路等效变换方法建立集成磁件等效电路,给出集成磁件的设计准则,对设计实例进行仿真及实验验证,结果验证了理论分析的正确性与设计准则的有效性。     

恒流输出反激变换器分析

在分析恒流输出反激变换器基本工作原理的基础上,根据恒压输出反激变换器的稳态关系推导出恒流输出反激变换的稳态关系.定义了连续度的概念,以便于分析变换器不同工作模式.分析了恒流输出反激变换器的输入电压和负载电阻对连续度、占空比和峰值初级电感电流的影响,得出连续度、占空比和峰值初级电感电流随输入电压和负载电阻变化的规律.设计了一台恒流输出反激变换器,仿真和实验结果验证了理论分析的正确性.     

一种高增益耦合电感双管Sepic变换器

针对传统DC-DC变换器电压增益低,开关器件电压应力大和损耗高的问题,在传统Sepic变换器的基础上,引入耦合电感单元和有源开关电感单元,提出了一种高增益耦合电感双管Sepic变换器拓扑结构。该变换器具有高电压增益,避免了变换器工作在极限占空比状态,降低了开关器件电压应力,实现二极管的零电流关断和开关管的零电流开通,缓解二极管的反向恢复问题,减小开关管的损耗,提高变换器的效率。详细分析该变换器的工作原理,推导变换器的电压增益和开关器件的电压应力大小,研究漏感导致的占空比丢失问题对变换器增益的影响,给出关键参数设计,与其他拓扑在电压增益、开关器件电压应力等方面进行性能对比分析,最后设计一台100 W的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。     

开关-耦合电感DC-DC变换器

本文提出了开关-耦合电感DC-DC变换电路。在针对已经含有开关电感模块和耦合电感模块的DC-DC拓扑族的研究之上,将开关电感和耦合电感进行耦合,使其作为开关-耦合电感发挥作用,进而得到高电压增益、效率得到改善的新式软开关DC-DC变换器。该类变换器集成了含有开关电感模块和耦合电感模块的DC-DC变换器的升压功能,并且同时实现了有源器件的软开关,改善了效率。主要有源器件S在导通的时候实现了零电流导通（ZCS）,减少了它的损耗。关断时漏感能量通过嵌位二极管传递到输出侧,减少了能量损耗、改善了EMI环境。整流二极管能够在零电流（ZCS）情况下关断,此状态优化可以二极管的反向恢复特性,降低反向关断时的损耗。以开关-耦合电感Boost变换器为例进行了该类电路的研究,分别分析了电路的工作原理和周期工作模式,并推导了电压增益的数学公式。在理论指导下,采用200W开关-耦合电感Boost实验样机,证实所提电路理推理的可实施性和准确性。     

双耦合绕组反激式单级PFC变换器

提出了一种新颖的反激式单级PFC变换器拓扑.该拓扑由Boost功率因数校正(PFC)电路和具有双耦合绕组的反激变换电路组合而成,中间储能环节由两个电容构成,除了存储Boost电感能量和作为反激变换器电源之外,还分别用于吸收变压器两个初级绕组的漏感能量,因此能有效抑制功率器件的电压应力.详细分析了该变换器的工作原理和稳态特性;讨论了Boost电感和反激变压器的参数设计.实验结果表明,该变换器具有功率因数高,功率开关电压应力低,中间储能电容电压波动小等特点.     

输入电流低纹波的超高增益非隔离DC-DC变换器EI北大核心CSCD

高电压增益DC-DC变换器广泛应用于清洁能源发电系统。输入电流低纹波有利于延长可再生能源模块和变换器的使用寿命。提出一种集成三绕组耦合电感和倍压电路的超高增益DC-DC变换器。变换器拥有输入电流连续、电压增益高、开关管电压应力小、无源钳位及输入输出共地等优点,特别适合作为并网电路前级DC-DC变换器,应用于清洁能源发电系统。独特的三绕组耦合电感和倍压电路构成的升压结构,使变换器在较小的耦合电感总匝比和合适的占空比下实现了很高的电压增益。和相同电压增益的基于两绕组耦合电感的变换器相比较,增加的降压绕组(n_(2)<1)不但没有增加耦合电感的感量和磁芯体积,反而减少了耦合电感的总电感和磁芯大小。因此在实现相同的升压比时,所提变换器比现有相近结构的变换器耦合电感总感量小,磁芯体积小,相应的耦合电感损耗小,功率密度高。开关管和钳位二极管的低电压应力为选择低导通损耗的开关器件和超快恢复二极管提供了便利,减小了开关管导通损耗和二极管反向恢复损耗。论文详细分析变换器的工作模态、稳态性能、各元器件的电压和电流应力,提出变换器的元器件设计指导准则,最后用实验室样机进行验证,实验结果和理论分析非常契合。     

准谐振软开关双管反激变换器

在传统双管反激变换器基础上,通过引入谐振网络,并用开关管替换一次侧的一个钳位二极管,提出一种准谐振软开关双管反激变换器。该变换器具有双管反激变换器的优点,所有开关管电压应力钳位在输入电压,因此可选取低电压等级、低导通电阻MOSFET以提高变换器的效率、降低成本;利用谐振电感与隔直电容谐振,实现变换器全部开关管的零电压导通(ZVS),减小了开关管的开通损耗。同时漏感能量回馈到输入电源,减小了谐振电感电流的反向峰值,降低了开关管的关断损耗,进一步提高变换器的效率。本文研究变换器工作在励磁电感电流单向工作模式时的工作原理和工作特性,重点分析开关管电压、电流应力及其ZVS条件。最后,设计一台60W的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。     

一种高增益交错耦合电感直流变换器

提出一种高增益交错耦合电感直流-直流升压变换器,适用于低输入电压、高输入电流的低压可再生能源发电系统应用场合,如光伏/燃料电池发电系统。该变换器在输入端把两个耦合电感的原边电流进行交错并联,减小了输入电流和输出电压纹波;两个耦合电感的副边串联后再与一电容相结合组成倍压单元,进一步提高变换器的电压增益。该电路结构中,使用两个交错串联的输出电容,它们既能回收利用耦合电感的漏感能量,又能钳位开关管的漏源电压,减小开关管电压应力,因此,有利于选择低导通电阻、高性能的开关器件以进一步减小功率管的开关和导通损耗。另外,耦合电感的漏感可使主开关管零电流开通,同时漏感也能控制二极管关断电流的下降率,大大减轻二极管的反向恢复问题。论文详细分析所提变换器的工作原理和稳态特性,最后通过一台实验样机验证了理论分析的正确性。     

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。     

一种高增益DC-DC变换器实验分析

针对传统Boost升压电路受到电路元件寄生参数的影响无法实现高升压比的问题,提出了一种基于三绕组双倍压单元的新型高增益直流变换器。变换器利用二极管、电容和耦合电感构成的双倍压单元扩大电压增益,并利用无源无损吸收电路来吸收漏感能量,抑制漏感带来的尖峰电压。通过对新型变换器工作的各个模态进行详细分析,推导了电压增益及元器件电压电流应力;实验表明该新型变换器能够有效提高电压增益、降低功率开关管的电压应力。     

一种混合耦合电感和开关电容的DC-DC升压变换器

为满足工业应用中高电压增益DC-DC变换器的要求,在基本boost变换器基础上,利用耦合电感和开关电容技术,研究了一种具有高电压变比的boost变换器。该变换器将耦合电感和电容混合连接,通过耦合电感对电容进行充电,提高升压变比,而且开关管和二极管等功率器件的电压应力能够得到有效降低,同时耦合电感漏感的能量可以回收和再利用,有利于提高变换器的效率。详细分析了该变换器的工作原理和稳态特性,最后通过搭建一个实验样机,验证了理论分析的正确性。     

交错并联三绕组耦合电感高增益Boost变换器

针对光伏、燃料电池等新能源发电系统所需的高升压比的应用场景,提出一种交错并联三绕组耦合电感高增益Boost变换器。以交错并联的控制方式减小了耦合电感原边电流纹波,切分了占空比从而减少了各开关管导通时长,交错并联的开关管与输出开关管在电路结构上实现了电压钳位,不会出现电压尖峰。桥式倍压单元缓解了二极管反向恢复问题。交错并联耦合电感双原边的构造提高了变换器的工作可靠性。另外,基于该变换器还拓展出交错并联n+1绕组耦合电感高增益Boost变换器和n耦合电感交错并联n桥式倍压高增益Boost变换器。围绕所提变换器的工作原理及稳态性能进行了深入分析。且在理论分析的基础上通过实验平台制作了一台功率为500 W的样机验证了其准确性。     

Design of a ZVS PWM DC–DC converter for high gain applications

In this paper, a pulse width modulation DC‐DC converter with high step‐up voltage gain is proposed. The proposed converter achieves high step‐up voltage gain with appropriate duty ratio, coupled inductor, and voltage multiplier technique. The energy stored in the leakage inductor of the coupled inductor can be recycled in the proposed converter. Moreover, because both main and auxiliary switches can be turned on with zero‐voltage switching, switching loss can be reduced by soft‐switching technique. So the overall conversion efficiency is improved significantly. The theoretical steady‐state analyses and the operating principles of the proposed converter are discussed in detail for both continuous conduction mode and discontinuous conduction mode. Finally, a laboratory prototype circuit of the proposed converter is implemented to verify the performance of the proposed converter. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

寄生电阻对有源箝位Z源逆变器的影响

研究了一种高增益Z源逆变器的主电路寄生电阻对电路性能的影响。以有源箝位软开关变压器型准Z源逆变器SSTZSI(soft-switching trans-Z-source inverter)为例,运用状态空间平均法建立了电路模型,推导出寄生参数影响下逆变器直流链升压比和效率表达式,分析了逆变器电压增益、工作效率与各元器件寄生电阻的关系。在具体的功率等级下,通过仿真测试以及实验验证了电压增益、工作效率与寄生参数的关系,主电路寄生电阻对电路效率影响明显,尤以电感一次侧ESR为盛。为电路设计及优化提供了理论依据。     

一种带开关电容的二次型高增益Boost变换器的研究

光伏、燃料电池等发电系统的输出电压等级较低且输出电压不稳定,需要通过高增益Boost变换器把较低等级的直流电压进行升压以满足并网要求。提出一种带开关电容的二次型高增益Boost变换器,在传统二次型Boost变换器的基础上引入开关电容单元,提高了变换器的升压能力,实现了以较小的占空比获得较大的电压增益,拓宽了输入电压范围。同时,该变换器改进了传统二次型Boost变换器开关管和二极管电压应力过大的缺点,减小了开关管的导通损耗和二极管的反向恢复损耗。另外,该变换器还有输入电流连续、输出电压纹波小的优点。分析了该变换器的工作原理及工作特性,在理论研究的基础上搭建了一台12 V/60 V的实验样机,实验结果证明了理论分析的正确性。     

一种新颖的升压型电压调整器-两相交错并联耦合电感BOOST变换器

单体蓄电池的使用寿命高于串联使用的蓄电池组,但是单体蓄电池普遍存在电压偏低的问题。针对这一问题选用一种新型的升压电路结构,即两相交错并联耦合电感BOOST变换器,通过改变耦合电感匝比来获得不同的输出电压。在传统两相交错并联BOOST变换器中,当输入输出电压增益较高时,电路的占空比调节范围较小。通过采用耦合电感的方法可以扩展电路的占空比,但由于漏感能量的存在会造成开关管上较大的电压尖峰。该文提出一种在两相交错并联耦合电感结构的变换器中利用相邻相开关管作为钳位管的方法,该方法只需增加一个电容元件即可实现电路的有源钳位功能。理论分析和实验结果均表明该变换器对抑制开关管电压尖峰有很好的效果。     

一种改进二次型高增益Boost-Sepic变换器

高增益DC-DC变换器是可再生能源发电实现高压并网的一个重要环节。提出一种改进二次型高增益Boost-Sepic变换器,既实现在较小占空比的情况下得到较高的电压增益,又降低功率MOS管与二极管的电压应力,同时还具有输入电流连续的优点;且由于二次型Boost变换器与改进Sepic升压变换器的集成,共用一个功率MOS管,变换器的主电路与控制电路均变得简单。对该变换器的工作原理和工作过程进行详细的论述,对变换器增益、功率器件、电容电压应力进行分析,并与目前常用的高增益DC-DC变换器进行对比研究。最后,在理论分析基础上,搭建了一台100 W实验样机进行实验研究,实验结论与理论分析结果一致。