一种适合宽输入范围的双电压输入功率变换器

在新能源发电领域,通过多输入电力电子变换器代替多个单输入变换器,可降低成本,提高系统的效率和稳定性。这里提出一种具备宽输入电压范围的双输入电力电子变换器,其具备结构简单、宽输入电压范围和良好的容错能力。具体而言,分析了变换器的工作原理,并给出了变换器的稳态特性,最后通过搭建样机验证了理论分析的正确性和可行性。     

一种新型大功率ZVZCS三电平DC-DC变换器

三电平直流变换器因其主开关器件电压应力仅为Vin/2且具有拓扑结构简单和软开关特性好等优点,受到工业界和学术界的广泛关注。基于IGBT的零电压零电流开关ZVZCS(zero-voltage zero-current switching)三电平DC-DC变换器是大功率高压直流变换的主流方案,具有通流能力强、软开关负载范围宽和原边通态损耗低等优点。但目前ZVZCS三电平直流变换器仍存在原边电流复位困难和整流二极管电压应力高等问题,限制了该类变换器在大功率场合的应用。提出一种新型ZVZCS飞跨电容型不对称PWM半桥三电平DC-DC变换器,采用电压可变电流复位电路,在保证主开关器件宽负载范围实现软开关的同时不增加副边整流二极管的电压应力,且复位电路中的MOSETs全负载范围ZVS(zero-voltage switching)关断和ZCS(zero-current switching)开通。此外,该电路在飞跨电容两端串联一个双向开关,防止原边电流复位后反向,该双向开关在全负载范围可实现ZVS关断和ZCS开通,因此增加的损耗可以忽略。讨论了电路的结构、工作原理和特性,设计了一台6.5 kW实验样...     

一种Boost型宽电压范围输入LLC谐振变换器

传统的桥式LLC谐振变换器不适合宽电压范围输入,且其输入电流断续。为此提出了一种新型的 Boost 型 LLC谐振变换器。通过集成两个交错并联的Boost电感,不仅可以拓宽LLC变换器的增益范围,而且可以显著减小输入电流的纹波,因此该变换器适合用在光伏、燃料电池等可再生能源发电系统中。与传统的脉冲频率调制控制相比,该变换器采用定频脉冲宽度调制控制,励磁电感和Boost电感对变换器的增益特性影响很小,可以简化谐振参数的设计,同时定频控制也有利于磁性元器件和滤波电路的设计。首先介绍了该变换器的工作原理;然后通过时域分析,对该变换器的增益特性进行了深入研究;之后对变换器的ZVS软开关条件进行了详细的分析;最后建立了一台120~240 V 输入、24 V/25 A 输出的实验样机,实验结果验证了变换器的实用性及理论分析的正确性。     

宽输入LLC谐振变换器多电平控制策略

为了满足对宽范围输入电压适应能力与高效率的要求,通过对三电平LLC谐振变换器的控制策略进行调整,得到一种多电平工作模式半桥LLC,该变换器可根据输入电压大小工作在两种电平模式,在不改变谐振元件参数的前提下将输入电压适应范围扩大一倍。对LLC变换器的电压增益特性及功率损耗进行分析,明确了其输入电压适应范围的限制因素。通过分析LLC变换器多电平工作模式及其对输入电压适应范围的影响,确定了多电平工作模式的控制策略。仿真和实验结果证明了多电平工作模式半桥LLC的宽输入适应性以及高效性。     

低占空比谷值电流控制三电平Buck变换器研究

为了实现三电平Buck（Buck TL）变换器使开关管的电压应力减小为输入电压的一半、电感电流脉动频率提高为开关频率的两倍以减小滤波器的尺寸的优点,使变换器具有较高的功率密度,必须保持飞跨电容的电压为输入电压的一半。因此,基于谷值电流控制方法,建立Buck TL变换器的小信号模型,获得了小信号传递函数,然后对其补偿网络进行设计,以实现对电感电流的控制。最后,将电流控制模式和电压控制模式进行了比较,仿真验证了电流控制模式的优越性。理论分析的正确性和控制策略的可行性也得以证实。     

一种新型高增益双输入DC-DC变换器

针对新型分布式光伏发电系统输入源模块多、输出电压低的缺点,提出一种新型高增益双输入直流变换器。在双输入交错并联Boost变换器的后级增加了三个电容和三个二极管,构成了电容串并联结构。电容的有效充放电使变换器具有高电压增益和低开关器件电压应力的特点。此外,变换器还具有电路结构对称、控制简单、灵活实现各输入源功率分配等优点。首先,本文详细分析了变换器的工作原理和电路稳态特性,给出了电感和电容的参数设计过程。最后制作了一台400 W实验样机,实验结果验证了电路的有效性。     

多电平直流变换器中飞跨电容电压的一种控制策略

多电平直流变换器利用飞跨电容使得输入电压在串联的各开关管之间均分，以降低各开关管的电压应力。合适的飞跨电容电压是保证多电平直流变换器正常工作并具有良好性能的关键。文中提出一种新颖的控制飞跨电容电压的方案，该方案首先将输出电压与飞跨电容电压解耦，使得控制飞跨电容电压的同时不影响输出电压的调节。继而对飞跨电容电压进行解耦控制，采用这种控制方案有利于分别独立设计各个飞跨电容电压和输出电压的控制闭环。此控制方案通过四电平直流变换器进行了实验验证。     

宽增益高效率LLC谐振变换器拓扑

针对LLC谐振变换器增益负载敏感性强、与效率存在强耦合的不足,提出了一种由LLC 谐振变换器和两开关buck-boost构成的宽增益高效率LLC谐振变换器拓扑。通过采用输入并联与输出串联的方式,分别由LLC谐振变换器传输功率、buck-boost调节输出电压。其中,LLC谐振变换器运行于谐振频率,buck-boost采用PWM调节输出电压。分析了变换器的运行模式,给出了相应的参数设计方法,并进行了仿真验证。最后,对输入30 V、输出200~360 V、360 W样机进行了实验,实验样机增益范围和效率分别为6.67~12、97.4%。仿真与样机实验验证了所提出的宽增益高效率LLC变换器拓扑及其调制方法的有效性。     

一种独立光储发电系统用宽输入范围非隔离三端口变换器

针对独立光储发电系统中光伏电池输入电压的不稳定性,提出一种能够在大于和小于储能端口电压范围内工作的宽输入范围非隔离三端口变换器,可以实现光伏电池、蓄电池和负载之间的能量流动和功率平衡。该文所提变换器是由传统的Buck、Boost和Buck-Boost变换器分别与双向升降压四开关Buck-Boost(FSBB)变换器进行组合得到。FSBB用于连接光伏电池和蓄电池端口,可以削弱储能端口电压对光伏端口电压的约束,满足光伏端口宽电压输入的应用需求,增加了系统的稳定性。该文以Boost变换器和FSBB变换器进行组合为例设计实验样机,通过实验验证了该变换器理论分析的正确性和所提控制策略的可行性。     

分布式发电应用下宽输入LLC谐振变换器的研究

为解决新能源分布式发电系统中发电单元输出电压范围较宽,后级变换器输入电压不稳定的问题,研究设计了一种高功率密度、高效、宽输入范围的全桥LLC谐振变换器。为适应宽输入电压的条件,采用对比分析的方法总结出变频和移相混合控制下的增益曲线,结合最佳的模式切换点,实现了宽输入条件下工作的高效率;主控芯片选用UCC3895使电路的控制更加简便,并且保证了输出电压的稳定性。最后制作了一台额定功率为2 kW,输入电压为250～500 V的实验样机,通过实验数据的测试分析验证了理论分析的正确性。     

定频滑模控制三电平Buck变换器研究

三电平Buck(Buck TL)变换器可以降低开关管的电压应力,提高电感电流的脉动频率以减小滤波器的尺寸。本文基于电压解耦控制方法,建立Buck TL变换器的飞跨电容电压环小信号模型和输出电压外环的定频滑模控制模型,然后分别对其控制器进行设计。通过计算机仿真证明了理论分析的正确性和有效性。     

一种多模态宽范围箝位桥并联型LLC变换器控制方法

对箝位桥并联型LLC变换器提出了多模态的宽增益范围控制策略。本文首先讨论了箝位桥并联型LLC的子模态控制原理及工作特性。针对现有控制方案各子模态逻辑独立、整体增益范围有限等不足,对箝位桥并联型LLC变换器提出一种平滑柔性多模态控制策略,并说明了各子模态的工作特性及整体控制方法。样机实验证明所提方法能使箝位桥并联型LLC实现极宽的增益范围,且在全工作范围内保证变换器零电压开通,拓宽副边零电流关断范围,实现宽范围下的高工作效率。     

基于混合控制模式的宽范围LLC谐振变换器设计

为了提升LLC谐振变换器的输入电压范围,提出了一种混合控制的方式来提升LLC谐振变换器电路的增益。将整个控制分为3个模式,分别为全桥模式、半桥模式以及混合模式。在混合模式下,通过PI运算得出半桥LLC谐振变换器和全桥LLC谐振变换器分配的权重,控制信号由数字信号处理器DSP28335发出,让整个电路在控制周期的一定时间内工作在全桥LLC谐振变换器模式,其余时间工作在半桥LLC谐振变换器模式。前期通过分析和仿真,能够确定控制方式的最佳控制方案,最后通过一个输入50～150 V直流、输出12 V/5 A的实验样机,验证了所提控制方式的正确性和合理性。     

一种高效率隔离型功率变换器的研究

提出了一种新型的高效率隔离型功率变换器,能够满足宽范围输入电压,同时能够实现自然零电压开关而提高效率。最后通过实验验证了理论的分析。     

一种宽输入大电流输出的Buck变换器

无人驾驶技术要求汽车供电系统不仅能覆盖蓄电池的宽输入电压范围,而且能提供大电流以保证对大量数据运算的高速处理。峰值电流模控制模式的Buck变换器广泛应用于汽车电子系统,但在无人驾驶应用中,峰值电流模的带宽受到双极点的限制,瞬态响应速度难以满足要求。在此提出Buck变换器由恒定导通时间(COT)模式控制,能够满足大负载电流下快速瞬态响应的要求,采用了远端差分采样电路和电流型PWM比较器,对大电流应用下的导线压降效应以及串联电阻采样时输出共模电平的干扰进行优化。在此采用0.35μm的BCD工艺对电路方案进行搭建验证,Simplis和Hspice仿真结果表明,所设计的电路在最大至20 A负载电流的应用条件下均可实现稳定的电压调制。     

一种柔性多模态宽范围全桥LLC变换器控制方法

对全桥LLC变换器提出一种柔性多模态的宽增益范围控制策略。文中首先讨论全桥LLC的状态分析模型和现有子模态控制原理,并建立数字辅助设计平台,这些理论、工具为后续工作奠定基础。针对现有全桥LLC变换器各子模态逻辑独立、整体增益范围有限的不足,提出一种全桥变频–移相不对称–DPWM控制的平滑柔性变模态控制策略,并分析各子模态的工作特性,对模态工作机匹配和状态过渡过程等技术问题与设计要点进行详细说明。样机实验证明,所提方法能使全桥LLC变换器实现极宽的增益范围,并能在全工作范围内保证变换器零电压开通,实现高工作效率。     

宽电压范围双向DC-DC变换器的控制策略研究

针对双主动全桥DC-DC变换器输入和输出侧电压严重不匹配的问题,研究了宽电压范围双向DC-DC变换器,分析了其电压特性、电流特性和功率特性,研究了主电路参数的设计,并提出了一种分布式闭环控制与集中式电压平衡控制相结合的控制策略,结合了集中式控制和分布式控制的优点,具有简单有效、易于扩展不同级联数和电压等级的DC-DC变换器的优点,且具有良好的动态响应能力.在理论研究的基础上,研制了一台实验样机,并且通过实验验证了所提出控制策略的有效性.     

一种高电压增益宽范围软开关双向DC-DC变换器

提出一种高电压增益宽范围软开关双向DC-DC变换器拓扑,其以双向Buck/Boost结构为基础,利用耦合电感的漏感与谐振电容串联谐振,能够在非极端占空比条件下实现高电压增益。耦合电感的漏感与谐振电容组成的谐振腔不仅可以控制循环的漏感能量,还可以抑制谐振电流的变化,使其在低压侧较宽的电压范围内,全负载工况下均能实现软开关。所提拓扑采用低压侧交错并联、高压侧串联的结构,使其具有低压侧电流纹波小、相电流小、开关管及电容电压应力低等优点。详细分析该变换器的工作原理,对其电压增益、软开关条件等稳态工作特性进行研究。最后,搭建一台低压侧40～150V、高压侧400V、功率2kW的实验样机,验证理论分析的正确性。     

一种具有自动均压均流特性的组合式LLC谐振变换器

提出一种具有自动均压和均流特性的组合式LLC谐振变换器。该变换器拓扑基于多个LLC模块的ISOP结构,通过在变换器前级开关电容网络中加入飞跨电容实现各串联模块输入端电压的均衡,在不同模块的谐振槽中串联耦合电感实现各模块电流的均衡。该拓扑保持了传统LLC谐振变换器的高效率、软开关和低电磁干扰(EMI)等优良特性,且具有控制简单、系统可靠性高等优点,非常适用于高降压比、大功率输出场合。以两个LLC模块的组合式变换器为例,对该拓扑的均压和均流原理进行详细分析。最后,通过一台输入400~550V、输出48V/24A的实验室样机,对该拓扑的均压和均流效果进行实验验证。