一种适用于两级DC/DC变换器的磁集成结构

针对48 V输入低压大电流输出的两级DC/DC变换器,提出了一种包含两个电感和一个变压器的磁集成结构。该结构的主要特点是实现了磁芯窗口面积利用率的最大化,可降低集成磁元件的铜损和改善其散热条件。以Buck级联半桥两级DC/DC变换器为应用实例,集成了磁元件并制成90 W的样机。实验结果表明,按提出的结构对磁元件进行集成,原有变换器电路的工作特性可得到保持。依据实验结果,对其中的集成磁元件进行损耗分析,并进一步提出了若干集成磁元件的优化措施。     

四相电压调整模块中平面型可消除直流偏磁集成磁件研究

由于电压调整模块(VRM)的磁件中存在较大的直流偏磁,限制了磁件尺寸和损耗的减小,进而制约了VRM向着低压大电流和“轻、薄、小”方向发展。文中以消除磁件的直流偏磁为突破点,提出了用于四相VRM的可消除直流偏磁的平面型两相集成磁件和四相集成磁件,并用“场”、“路”相结合的方法进行了理论分析和电磁设计,使磁件铁心中柱和中轭的直流偏磁都得到消除,与现有集成磁件相比,具有绕组长度小,所占VRM主板面积小,绕组损耗小,绕组制造工艺简化,铁心得到最充分利用等优点。通过仿真和实验验证了其正确性。     

开关电源集成磁元件线圈交流损耗机理及双电阻模型

本文根据开关电源集成磁元件的电路工作特征,将其线圈电流分解为变压器分量电流和电感器分量电流,从理论上论证了两分量在频域上的正交性,指出了集成磁元件的线圈交流损耗为变压器分量损耗和电感器分量损耗之和,建立了表征线圈交流损耗的双电阻新模型,应用于集成电感功能的变压器和集成变压器功能的电感,并采用有限元仿真软件分析了集成磁元件线圈损耗的特点     

谐振开关电容变换器磁集成电感设计

谐振开关电容变换器（SCC）因可实现零电流开关、减小开关损耗和提高功率密度而广泛应用于数据中心、电动汽车等高功率密度和增益比场合,电感元件作为其重要组成部分是影响变换器提高性能的关键因素。为解决变换器前后级谐振电流不等而导致的解耦困难问题,该文设计一种中柱不开气隙的解耦磁集成电感。在研究电路工作原理的基础上,通过对偶分析法分析并与耦合磁集成相比得出,中柱不开气隙的解耦磁集成方法电感耦合度更高、且能够实现两级解耦。变换器谐振参数不对称会导致前后级谐振周期不一致,该文采用完全对称绕组以降低绕组对磁性参数的影响,保证多个电感参数的一致性。最后制作实验样机,验证了所设计的谐振SCC磁集成电感的合理性和有效性。     

阵列式平面集成磁件的研究

本文从磁路和电路的结合出发，提出了在矩阵变压器上集成电感，通过电路的有效组合实现了解耦集成，形成了阵列式解耦集成磁件，然后，将其平面化，从而形成了阵列式平面集成磁件。阵列式平面集成磁件的平面化和阵列式结构使其达到了轻、小、薄的目的，并降低了损耗。仿真和实验表明本文提出的阵列式平面集成磁件具有良好的性能。     

倍流输出电流型输入ZVS全桥变流器新型磁集成方案

提出了一种倍流输出电流型输入的零电压开关(ZVS)全桥变流器的磁集成方案.将输入电感和倍流输出电感集成在一个变压器磁心上,减小了变流器的磁元件数目和磁元件的损耗,但不影响电路的零电压开关特性,且输入和输出电流的纹波都很小.采用该集成方案后,由于变压器漏感的存在,加在变压器一次侧的输入电压和加载变压器二次侧的输出电压不平衡,需要增加一个很小的电感来平衡输入和输出电压的差.实验样机验证了理论分析的正确性.     

开关变换器中阵列式平面集成磁件的磁集成研究

阵列式磁芯结构使矩阵变压器具有多个磁路,本文以矩阵变压器的多磁路为基础,从磁路和电路的结合出发,提出在矩阵变压器上通过电路的有效组合并利用解耦集成方法集成电感,形成阵列式解耦集成磁件基本单元,并从整体磁路的角度分析了其解耦集成原理,给出其基本单元等效电路并进行了仿真。通过将该解耦集成磁件平面化,形成了阵列式平面集成磁件。将阵列式平面集成磁件应用到带变压器隔离的Cuk变换电路的实验研究表明,阵列式平面集成磁件的平面化和阵列式结构使其达到了轻、小、薄的目的,并降低了损耗,并证明本文提出的阵列式平面集成磁件具有良好的性能。     

并联型有源电力滤波器中磁集成技术的应用研究

介绍了磁集成技术在并联型有源电力滤波器(SAPF)的应用思路。电感的解耦集成技术可以减小磁件体积,降低磁件损耗,提高系统的整体效率。针对不同的磁心材料进行了损耗对比分析。计算结果说明,磁集成技术在并联型电力有源滤波器中有一定的应用前景。     

应用于四相电压调整模块的阵列式集成磁件

为了提高电压调整模块(VRM)的输出动态响应速度并降低其稳态电流纹波,利用多副磁心组合的方法,提出了一种应用于四相VRM的阵列式集成磁件。在不考虑漏磁通影响的情况下,分析了阵列式集成磁件参数对VRM性能的影响,建立了阵列式集成磁件的等效电路模型,并对磁件的平面化结构进行了电磁场有限元分析;在考虑漏磁通影响的情况下,对等效电路进行了修正;在稳态等效电感和动态等效电感相同的条件下,对阵列式集成磁件和分立磁件的等效电路进行了比较,并进行了电路仿真、实验。仿真结果验证了理论分析的正确性,实验结果表明使用阵列式集成磁件的四相VRM动态效果较好。     

多相电压调理模块的矩阵化多自由度耦合磁件

应用于多相电压调理单元(VRM)集成电感的合理设计影响和决定着其稳态和暂态性能,优化电感耦合度可同步改善VRM的稳态输出纹波和动态输出响应。通过建立电路方程推演出多相VRM耦合电感的等效稳态与暂态电感,获得多相VRM集成电感耦合度的设计准则。提出一种基于模块化耦合电感概念、可多自由度组合、可变耦合度的矩阵化耦合磁件。分析电感可消除直流偏磁原理,推演出阵列化耦合磁件的单元拓扑集成原理及其耦合结构多自由度组合演化规格,并推导单元耦合电感匝比、磁阻比荷电感耦合系数的关系曲线,实现集成电感可变耦合度设计。设计四相阵列式耦合磁件并应用于VRM进行测试,实验结果验证了阵列式耦合磁件设计准则的正确性及实用性。     

半桥结构的两级功率因数校正器研究

在两级功率因数校正器中,Boost PFC＋半桥DC/DC拓扑结构虽然表现良好,但依然存在着后级功率器件电压应力过大、输出电流纹波不够理想等缺点。将输入串联、输出并联半桥拓扑能使单个模块的输入电压和输出电流减小这一特性运用于两级PFC之中,同时引进了交错控制技术。对采用新结构的两级PFC变换器进行了工作模态分析。仿真结果表明,后级功率器件电压应力以及输出电流纹波明显减小,证明了该半桥组合式拓扑结构及其相应控制方法的正确性。     

用Buck-Boost变换器实现PFC和半桥驱动输出

基于Buck-Boost变换器工作的基本原理，提出了一种功率因数校正(PFC)和半桥输出相结合的电路结构；并给出了相应的控制方式。理论分析求出了电感取值的边界条件。由于该电路能够实现降压输出，因而降低了对所有功率开关管的耐压要求。     

一种新型大功率输入并联输出串联Buck半桥变换器

现有的升降压拓扑中双管Buck-Boost和双管Boost-Buck变换器较符合高效大功率场合的使用要求,前者结构简单,但电流纹波大;后者引入了2个电感,功率密度很难提高。提出了一种新型大功率并联输出串联Buck半桥变换器(input-parallel output-series Buck-halfbridge,IPOSBHB),分析了IPOSBHB的电路结构、工作原理及基本关系,并从电压电流应力、磁性元件总体积、效率这3个方面与双管Boost-Buck变换器做了对比,提出了一种基于组合开关方式的控制策略,实现了升降压的模式切换和恒压、恒流的输出特性,最后通过1台15 kW样机对所提出的理论进行了验证。     

不对称半桥变换器的小信号建模与仿真研究

不对称半桥变换器利用自身的寄生器件实现了开关管的零电压操作，在不影响电路整体结构，以及不增加成本的前提下达到了很好的输入、输出特性。本文建立了该类变换器的小信号模型，进行了动态分析、仿真研究及补偿回路设计，并对整体的电路稳定性和几个关键的频率特性进行了研究。     

隔离型低压大电流VRM标准拓扑研究

为了提高效率,增大功率密度,改善动态响应,电压调节模块(VoltageRegulatorModule,简称VRM)拓扑的选择极为重要。本文对现有几种适合低压大电流VRM拓扑的特点及用途进行了分析比较,其中包括输入级和输出整流级两个部分的比较。最后给出了具体的1V,50W的实验模型以及实验波形。     

时钟交错定频积分控制的三电平交流斩波器

在详细分析单相三电平交流斩波器工作原理的基础上,研究了其控制策略.提出时钟交错定频积分控制方案,实现单相三电平交流斩波器的闭环控制.给出时钟交错定频积分控制的硬件实现方法,通过仿真和实验对其进行验证.仿真和实验结果表明,时钟交错定频积分控制方案具有控制结构简单、硬件实现容易、动态响应快、谐波品质优良和功率因数高等优点.由于无输出占空比限制,时钟交错定频积分控制的单相三电平交流斩波器可以实现输出电压的满幅调节.时钟交错定频积分控制还可以扩展到电平数更多的多电平交流斩波器中.     

A new variable reluctance motor utilizing an auxiliary commutationwinding

A new concept for solving the current commutation and energy circulation problems in conventional variable reluctance motors (VRMs) is presented. The concept enables the energy stored in the magnetic field to be retained and utilized within the motor instead of being returned to the source. A new VRM and two companion converters are proposed and described in this paper. The operating principles of the motor and the converters are presented. Simulation results based on a linear model are presented to verify the operating principles. A prototype motor is built and tested to demonstrate the degree of improvement that can be realized with the new motor. The experimental results show that by eliminating these two problems, this new motor has important performance advantages over conventional VRMs     

一种新型高频功率电感器分布磁压结构

在分析高频电感器线圈涡流损耗构成及起因的基础上，提出通过设计电感器磁压以减小其线圈涡流损耗的研究思路，并据此研究思路，提出一种具有分布磁压的新型高频电感器磁芯结构。新结构通过在开集中气隙的高磁导率磁芯柱与线圈间加入低磁导率磁材料，为电感器的磁压分布构造一辅助磁路，进而使电感器线圈窗口内的磁场分布均匀化，大大减小了线圈涡流损耗。与已有的高频电感器磁芯比较，新结构工艺简单且不增加磁芯损耗。应用电磁场有限元仿真软件对新型分布磁压结构进行了分析与设计，给出了设计指导，并进行了实验验证。     

四相VRM中无直流偏磁集成磁件

以消除直流偏磁和提高变换器输出性能为目的,提出了应用于四相电压调整模块的立体式集成磁件结构。利用"场"、"路"结合的方法分析了集成磁件消除直流偏磁的原理;推导得到集成磁件等效电路;并给出集成磁件的电磁设计方法。最后通过Saber仿真、3D Maxwell仿真和样机实验,验证了所提耦合磁件结构的可行性及交错并联变换器具有较好的输出性能。