二次型Boost变换器工作模式及输出电压纹波分析

根据二次型Boost变换器输入电感和储能电感的工作模式,划分了二次型Boost变换器的工作模式区域,并分析了不同能量传输模式时输出电压的纹波特性。根据储能电感电流谷值与输出电流的关系,分析了二次型Boost变换器在开关管关断期间的能量传输模式:完全电感供能模式(CISM)和不完全电感供能模式(IISM),得出了CISM与IISM的临界电感值和临界工作条件。当储能电感工作于连续导电模式(CCM)时,二次型Boost变换器既可以工作于CISM,也可以工作于IISM;当储能电感工作于不连续导电模式(DCM)时,二次型Boost变换器只能工作于IISM。对于给定输入电感、负载、电容和开关频率的二次型Boost变换器,当储能电感工作于CCM-CISM模式时,输出电压纹波最小,输出电压纹波仅由开关管导通期间输出电容电压的下降幅度决定,与储能电感无关;而当储能电感工作于DCM-IISM模式时,输出电压纹波最大,输出电压纹波随着储能电感的减小而增大。最后,通过试验装置验证了理论分析的正确性。     

Boost变换器的能量传输模式及输出纹波电压分析

分析了Boost变换器在开关关断期间的能量传输模式，根据流经电感的最小电流与输出电流的比较，将其分为完全电感供能模式（CISM）和不完全电感供能模式（IISM），得出了CISM和IISM的临界电感和临界条件。指出工作在连续导电模式（CCM）的Boost变换器，既可能工作在CISM也可能工作在IISM；而在不连续导电模式（DCM）的Boost变换器，必定工作在IISM。指出对于给定负载、电容和开关频率的Boost DC-DC变换器，CCM-CISM模式的输出纹波电压最小且与电感无关；CCM-IISM模式的输出纹波电压较大且随电感减小而增大；DCM模式的输出纹波电压最大且亦随电感减小而增大；CISM和IISM的临界电感即为使得变换器的输出纹波电压最低的最小电感。文中给出了实例，并用实验结果验证了理论分析的正确性。     

级联Boost变换器输出电压纹波分析

级联Boost变换器含有两个LC滤波器,呈现四阶动力学特性,具有宽输入电压范围的特点。其输出电压纹波与电感、开关周期、电容和负载等因素有关,其中输出电压纹波受电容等效串联电阻影响较大。采用时间平均等效原理对级联Boost变换器进行直流稳态分析,分析了两个电容等效串联电阻对输出电压纹波的影响,由理论分析可知电容C1的等效串联电阻对输出电压纹波影响较小,电容C2的等效串联电阻对输出电压纹波影响较大。采用谷值电流控制策略,保证了变换器稳定地工作在较高直流电压传输比的情况下,避免了次谐波振荡现象。实验验证了理论分析的正确性。     

交错控制双输入Boost变换器的能量传输模式及输出纹波电压分析

多输入Boost变换器较传统并联方式工作的Boost变换器而言,具有体积小、成本低、增益高、控制方式灵活等优点,因此在新能源联合分布式发电系统中具有广阔的应用前景.但由于多输入Boost变换器存在多个输入电压及功率开关管,导致其供能模式及输出纹波电压较传统Boost变换器要复杂得多.为给多输入Boost变换器的分析和设计提供正确的理论指导,该文对采用交错控制的双输入Boost变换器供能模式及输出纹波电压进行深入研究.研究结果发现,电感L1存在完全电感供能模式(CISM)、不完全电感供能模式(IISM)和断续导电模式(DCM)三种供能模式;电感L2存在连续导电模式(CCM)和DCM两种供能模式.推导出各供能模式的临界电感,得到各供能模式的输出纹波电压解析式,据此给出双输入Boost变换器参数设计方法.实验结果验证了该理论分析的正确性.     

具有开关电容单元的电感集成Boost变换器

为提高传统Boost变换器的电压增益,降低开关管电压应力,减小变换器损耗,将开关电容和开关电感应用在传统Boost变换器中,提出一种具有开关电容单元的电感集成Boost变换器。利用开关电感与开关电容替代传统Boost变换器中的储能电感与滤波电容,并对开关电感进行了耦合集成。分析了变换器的工作模态,推导得到了变换器电压增益表达式,并研究了电感串联等效电阻对变换器电压增益的影响;分析了开关管电压应力与电感电流纹波的大小。与传统Boost变换器相比,具有开关电容单元的电感集成Boost变换器的电压增益增加一倍,开关管电压应力减小了一半,电流纹波减小接近1/2。样机实验结果验证了理论分析的正确性,表明具有开关电容单元的电感集成Boost变换器具有优良的综合性能。     

考虑滤波电容ESR的Boost变换器输出纹波电压畸变机理及精确建模

Boost变换器由于受元件寄生参数的影响,输出纹波电压存在多种畸变波形,传统的忽略寄生参数的纹波电压波形分析结果单一,且误差较大,因此需要深入研究揭示纹波电压的畸变机理并建立较为精确的数学模型。研究发现开关变换器输出滤波电容的等效串联电阻(equivalentseries resistance,ESR)是引起输出纹波电压波形畸变及产生较大误差的主要原因。针对传统忽略ESR的Boost变换器输出纹波电压分析方法存在的问题,提出一种考虑滤波电容ESR的纹波电压建模方法,研究发现变换器工作在电感电流连续导电模式和不连续导电模式均存在5种类型纹波电压波形,并推导了不同模式下每种类型的输出纹波电压解析式。在此基础上进行了实验验证,实验结果验证了纹波电压畸变机理分析的正确性,同时表明建立的纹波电压数学模型具有较高的精度。     

单电感双输出Buck变换器的供能模式及输出纹波电压分析

由于后级开关的存在,使得单电感双输出(SIDO)Buck变换器的供能模式变得复杂化,为给SIDO Buck变换器的分析设计提供正确的理论指导,该文对SIDO Buck变换器的供能模式进行深入分析。发现变换器工作在连续导电模式(CCM)时存在完全电感供能模式(CISM)和不完全电感供能模式(IISM)两种供能模式,同时变换器工作在断续导电模式(DCM)时也存在两种供能模式:双支路供能模式(DSM)和单支路供能模式(SSM)。该文得到各供能模式的临界电感,推导各供能模式的输出纹波电压解析式,总结出供能模式和输出纹波电压与电感之间的关系,并指出变换器工作在CCM时两条支路输出纹波电压间存在交叉影响。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。     

恒定导通时间控制二次型Buck变换器分析

分析了二次型Buck变换器的工作原理,研究了恒定导通时间(COT)控制二次型Buck变换器的实现过程,揭示了输出电容等效串联电阻对控制性能的影响,并给出了COT控制二次型Buck变换器发生脉冲簇发现象的临界输出电容等效串联电阻值。研究结果表明,当输出电容等效串联电阻小于临界值时,出现脉冲簇发现象,导致输出电压纹波增大;当输出电容等效串联电阻大于临界值时,脉冲簇发现象消失,电路正常工作。最后,通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。     

二次型Boost PFC变换器低输出电压纹波分析

工作于电感电流断续导电模式(DCM)的传统Boost功率因数校正(PFC)变换器的输出电压含有二倍工频纹波。当二次型Boost PFC变换器的两个电感均工作于DCM(简称为DCM-DCM Boost PFC变换器)时,其输出电压含有的二倍工频纹波大大减小。详细分析了二次型DCM-DCM Boost PFC变换器的工作原理,推导了其输出电压纹波及功率因数值表达式,验证了二次型DCM-DCM Boost PFC变换器的高功率因数和低输出电压纹波特性。最后通过实验结果验证了理论分析的正确性。     

脉冲跨周期调制连续导电模式Buck变换器低频波动现象及其抑制技术

揭示并分析了连续导电模式(CCM)脉冲跨周期调制(PSM)Buck变换器中输出电压低频波动现象及其形成机理,提出了一种应用电感电流纹波注入反馈(ICRIF)法来抑制该现象的技术。结果表明,输出电容串联等效电阻(ESR)是影响PSM CCM Buck变换器控制性能的关键参数。选用较小ESR输出电容时将引发输出电压低频波动;而选用较大ESR输出电容时可抑制该现象,但输出电压纹波仍然很大。利用ICRIF法,可以抑制低ESR输出电容时的低频波动现象,还可以有效降低输出电压纹波。电路实验结果验证了理论分析和电路仿真的正确性。     

储能电感对二次型Boost PFC变换器的性能影响

相比于断续导电模式(DCM)Boost功率因数校正(PFC)变换器,输入电感L1和储能电感L_2均工作于DCM的二次型Boost PFC变换器的输出电压纹波明显减小,但其功率因数(PF)较低。首先分析了电感L1工作于DCM的二次型Boost PFC变换器PF值表达式,指出可通过适当增大变换器中间电容电压VC1以提高PF值。其次,研究了电感L_2取值对中间电容电压及其电压纹波的影响。研究结果表明,当L_2工作于DCM时,可以通过设置较大的电感L_2/L1比值,以实现变换器更高的功率因数和更低的输出电压纹波。仿真与实验结果验证了理论分析的正确性。     

峰值电流控制二次型Boost变换器

二次型Boost变换器因其具有宽输入电压范围特性而得到广泛关注.与传统Boost变换器相比,二次型Boost变换器含有两个LC滤波器,呈现四阶动力学特性.本文提出将二次型Boost变换器输入电感电流和输出电容电压作为反馈信号的峰值电流控制策略,简化了控制环路设计.实验结果验证了峰值电流控制二次型Boost变换器具有瞬态...     

具有LCL单元的磁集成Boost变换器

提出一种由2个电感、一个电容和2个二极管组成的LCL单元,利用该单元的储能作用,提高升压变换器的电压增益.应用磁集成技术对电感进行耦合集成,降低电感电流纹波.为进一步增加电压增益、减小开关管的电压应力引入电容C2.分析了变换器的工作原理,推导了电压增益公式、开关器件的电压应力和电感电流纹波.与传统Boost变换器相比,...     

变占空比控制二次型Boost功率因数校正变换器

与传统电流断续模式(DCM)Boost功率因数校正(PFC)变换器相比,定占空比控制二次型DCM-DCM Boost PFC变换器的输出电压纹波明显减小,然而,其功率因数(PF)低于传统DCM Boost PFC变换器,并随输入电压的增大而下降。针对此问题,提出了变占空比控制二次型DCM-DCM Boost PFC变换器,研究了其PF和输出电压纹波的表达式,通过占空比的拟合,给出了相应的控制电路。在90~220V输入电压范围内,变占空比控制二次型DCM-DCM Boost PFC变换器的PF均接近于1,且具有较小的输入电感电流纹波和较低的输出电压纹波,实现了高功率因数与低输出电压纹波特性。实验结果验证了理论分析的正确性。     

具有降压单元的磁集成组合Buck变换器的研究

通过对Buck变换器和Buck-Boost变换器中的储能元器件进行分析,从中构造出2种开关电感降压单元,分析了降压单元的工作原理,探讨了降压开关电感结构与升压开关电容结构之间的对偶关系.从二次型Buck变换器中提取前级降压单元,将其与2种降压开关电感单元进行组合,从而提出了一种具有降压单元的新型组合Buck变换器.通过...     

一种新型单级PFC变换器的研究

提出了一种新型单级功率因数校正变换器的电路拓扑,分析了其工作原理。通过一台输出容量为600W的实验装置,研究了该电路拓扑的输入、输出性能指标。实验结果表明,应用该电路拓扑的实验装置,其功率因数较高,输入电流的总谐波畸变较低,输出电压纹波小,而且整个装置的效率也比较高。     

反激式隔离型高增益DC/DC变换器

提出了一种反激式隔离型高增益DC/DC变换器.该变换器利用反激变压器的变比和开关电容来提高输出电压增益,满足输入输出的电气隔离.开关电容的引入,使得反激变压器副边绕组在开关管闭合时给倍压电容充电,在开关管断开时给负载供电,提高了变压器绕组的利用率,还解决了反激变换器输出二极管与漏感的谐振问题.由于变压器漏感的原因使得所...     

基于倍压单元耦合电感高增益DC/DC变换器

提出一种基于倍压单元的新型DC/DC高增益变换器.在传统Boost变换器的基础上引入倍压单元,提高变换器电压增益,并把2个储能电感进行磁集成,减小变换器体积和电感电流纹波.分析了该变换器的工作原理以及工作模态,推导了输出电压增益公式、各二极管和开关管的电压应力以及电感电流纹波.与传统Boost变换器相比,电压增益提高了...     

交错并联磁集成开关电感高增益Boost变换器

为了提高Boost变换器电压增益、减小支路电感电流纹波、减弱开关管电压应力、减小变换器体积,提出了一种新型带有开关电感及开关电容的交错并联磁集成Boost变换器.相对于传统交错并联Boost变换器而言,利用2个开关电感单元代替储能电感,2个电容及4个二极管构成开关电容,对所提出的拓扑进行理论分析、仿真及实验验证.结果表...