Boost PFC变换电路功率损耗分析研究

本文分析了开关器件、电感在硬开关Boost PFC电路中的损耗,并计算了Boost PFC变换器电路的开关损耗,给出功率损耗计算方法。通过对用有源功率因数校正集成电路UC3854实现的用于Sever Computer的600W开关电源的分析计算,用实验验证了Boost PFC电路功率损耗计算方法的正确性。     

铁硅铝粉芯在功率因数校正电路上的应用

电感铁芯是PFC电路中不可缺少的器件.电感磁芯材料的选择是影响PFC电路性能的关键因素之一.本文通过对不同铁芯电感材料性能与价格比较后，认为铁硅铝粉芯材料是APFC电路中最佳适用材料.     

非正弦激励下中频变压器铁损计算方法对比分析

为了对非正弦激励下中频变压器(MFT)的铁芯损耗进行准确的计算,对比了几种基于原始Steinmetz公式(OSE)的铁损计算修正方法。首先,从修正原理上对上述修正方法进行了对比分析;其次,针对典型的中频变压器端口电压方波波形,并参考三角波电压激励,推导了上述修正方法在这两种波形下的铁损计算式;然后通过搭建铁芯磁滞回线测量系统,对一纳米晶磁环铁芯在中频范围内的原始Steinmetz经验公式系数进行了拟合,并对比了铁芯方波与三角波激励下铁损密度实测值和各修正方法解析计算值。结果表明:Steinmetz波形系数公式(Wc SE)的误差最小,对纳米晶铁芯在中频非正弦激励下进行损耗计算,应用Wc SE最为准确。研究结果可为中频变压器在设计与优化阶段铁芯损耗的准确计算提供参考。     

高频电感线圈损耗的分析和计算

电感是开关电源中最重要的元件之一,电感损耗的大小直接影响到开关电源的效率和性能.为了设计出高性能的开关电源,有必要对电感中的线圈损耗进行分析和计算.回顾了一维和二维的电感损耗计算方法,在此基础上提出了一种更准确的电感损耗特性简化模型,由高频电流产生的线圈损耗可以等效为该模型的交流电阻损耗.分别对两种电感的线圈损耗提出了有效的计算分析方法,通过测量和计算对其进行了验证.     

高频磁性元件Saber损耗模型的研究

在电力电子产品设计过程中，损耗仿真开始受到越来越多的关注。损耗仿真的精确程度取决于所应用的元件的损耗模型，特别是磁性元件。Saber软件是一个功能强大的仿真工具，提供了丰富的磁芯模型。在结合磁芯模型和阻抗测试数据的基础上，本文提出了一种构造磁性元件损耗模型的方法。利用这种方法，构造了变压器、PFC电感、滤波电感及磁放大器的损耗模型，并对部分模型进行了实验验证，对比结果表明所提出的建模方法与模型是有效的。     

不同占空比脉冲电压激励下的高频铁芯损耗

ＰＷＭ功率变换器的磁性元件一般工作在不同占空比的脉冲电压激励下，本文提出了计算不同占空比脉冲电压下的铁芯损耗的简单方法。该方法通过建立脉冲激励与正统激励下铁芯损耗的等效关系，使我们可以利用厂家提供的正弦下的铁芯损耗数据来计算脉冲铁芯损耗，并用实验验证了该方法的准确性。     

交错并联Boost PFC变换器设计

Boost PFC变换器引入交错并联技术后有效地降低了器件的电流应力、输入电流纹波和磁性元件的体积。介绍交错并联技术的原理,分析应用该技术的Boost PFC电路的具体工作模态,理论上推导了电感值的设计原则,通过详细地损耗分析给出了器件优化的方法。实验结果表明,采用该方案的PFC电路控制简单、功率因数高、效率高。     

基于耦合电感的软开关PFC电路

为抑制电网的谐波污染,必须使用功率因数校正(PFC)电路。对于体积与重量的追求,使得PFC的开关频率不断增加。就大功率Boost PFC电路而言,往往工作于电感电流连续模式(CCM),由于二极管的反向恢复作用使得Boost电路的开关管有着较为严重的开通损耗。在传统Boost PFC基础上,采用耦合电感构建了一条辅助支路,利用辅助支路的快速抽流作用可以实现主回路开关管的零电压开关(ZVS)。通过对耦合电感自感互感值、两开关管间死区的设计,可使得PFC在全范围实现软开关。以输入电压220 V输出功率3 300 W的电路为例,分析了其软开关范围与开关管死区的关系,并且给出耦合电感的设计方法。最后,通过实验验证了理论分析的正确性。     

基于电磁-结构力场耦合的铁芯电抗器振动特性分析及优化方法

建立准确的材料磁致伸缩模型是分析铁芯电抗器振动特性的关键。为准确建立硅钢片磁致伸缩模型，基于经典Jiles-Atherton(J–A)磁滞模型和二次畴转模型建立了铁芯材料磁致伸缩模型，提出了基于改进粒子群算法(particle swarm optimization, PSO)与归一化的阻尼最小二乘算法(Levenberg-Marquardt, LM)的混合优化算法，结合实验测量结果，该算法能够准确和快速辨识模型中的5个特征参数。根据软磁材料模型特征参数，构建了考虑磁致伸缩特性的三相干式铁芯电抗器几何模型，分析了铁芯电抗器铁芯振动位移分布。利用中心组合试验设计与有限元仿真相结合的方法，获得了不同气隙结构参数下电抗器的振动位移仿真结果，并建立了能够准确预测铁芯振动位移的正交多项式模型。以电抗器铁芯振动位移最小作为目标函数，在保证电感值基本不变的情况下获得了铁芯最佳气隙长度。优化结果表明，在最佳气隙结构参数下电抗器振动位移减少了10%，电感值变化仅为0.051%，优化方法对于降低铁芯电抗器的振动具有重要的参考意义。     

新型宽输出电压PFC电路的设计分析

通常有源功率因数校正电路(PFC)具有恒定的输出电压,但HID灯在启动过程及整个寿命期,灯电压的变化很大。为了提高逆变电路输入输出的转换效率,减少逆变电路中电感的损耗,简化逆变电路的控制,需要PFC的输出电压跟踪灯电压的变化,因此设计新型宽输出电压范围的PFC电子镇流器是十分必要的。该镇流器结合Buck开关变换器和Boost开关变换器各自的特点,采用了分段变电路结构控制方法。为了减少开关损耗和功率二极管的反向恢复损耗,采用零电流开通的临界电流控制策略,实现了高输入功率因数。采用PFC级输出电压与灯特性匹配,且转换效率高的新型电子镇流器,具有电压应力低,使用开关器件少,电感导通损耗小,电感尺寸小的优点。实验结果验证了理论预期的正确性。     

开关电源高频功率平面变压器热设计研究

高功率密度要求和高频下涡流损耗(包括磁芯和线圈的涡流损耗)的急剧增大对高频功率平面变压器的热设计带来巨大挑战.通过分析平面变压器热传递特性,提出一种可分别计算线圈和磁芯温升的热模型及其建模方法.此外,根据铁氧体磁芯的损耗温度特性,还提出一种平面变压器温度设计准则.实验证明提出的热模型具有足够高的工程精度,而提出的温度设计准则可使变压器具有良好的热稳定性,从而改善了平面变压器热性能.     

电力电子变压器中高频变压器的设计方法

高频变压器是电力电子变压器的核心组成部分,担负着功率传输、电压变换和电气隔离等功能。针对当前高频变压器选型所存在的问题,提出了一种应用于电力电子变压器中高频变压器的设计方法。基于纳米晶软磁材料的高磁导性能,选择新型铁基纳米晶作为其铁芯材料,考虑电力电子变压器中移相全桥DC/DC变换器存在副边占空比丢失的问题,将面积乘积(AP)法与移相全桥DC/DC变换器的理论相结合,计算了高频变压器的变比和原副边绕组等参数。通过对高频变压器铁损、交流电阻、绕组温升和绝缘强度的测试和分析,结果满足设计要求,验证了设计方法的有效性和可行性。     

双频三相功率因数校正

提出了一种新型的双频三相全桥功率因数校正器拓扑结构。该拓扑结构由两个三相全桥功率因数校正器(PFC)单元级联而成,共用直流母线。其中一个PFC单元工作在高频,决定系统的补偿性能;而另一个工作在低频,主要承担输出功率的任务。该拓扑结构功率因数校正效果与单个高频三相PFC相同,而损耗与单个低频PFC相当。文中对高频 PFC单元采用单周控制方式,对低频PFC单元采用滞环控制。仿真和实验结果证实了理论分析的正确性。     

双频三相功率因数校正

文中提出了一种新型的双频三相全桥功率因数校正器拓扑结构。该拓扑结构由两个三相全桥功率因数校正器(PFC)单元级联而成，共用直流母线。其中一个PFC单元工作在高频，决定系统的补偿性能；而另一个工作在低频，主要承担输出功率的任务。该拓扑结构功率因数校正效果与单个高频三相PFC相同，而损耗与单个低频PFC相当。文中对高频PFC单元采用单周控制方式，对低频PFC单元采用滞环控制。仿真和实验结果证实了理论分析的正确性。     

双频三相功率因数校正

文中提出了一种新型的双频三相全桥功率因数校正器拓扑结构。该拓扑结构由两个三相全桥功率因数校正器（PFC）单元级联而成,共用直流母线。其中一个PFC单元工作在高频,决定系统的补偿性能;而另一个工作在低频,主要承担输出功率的任务。该拓扑结构功率因数校正效果与单个高频全桥PFC相同,而损耗与单个低频PFC相当。文中对高频PFC单元采用单周期控制方式.对低频PFC单元采用滞环控制。仿真和实验结果证实了理论分析的正确性。     

三种服务器电源系统的比较分析

全球输入电压范围的服务器电源系统由功率因数校正级(PFC)和DC-DC级组成。为了提高PFC级在低压输入时的效率,可以适当降低其输出电压。此时在整个输入电压范围内母线电压的变化较大,后级变换器的拓扑选择和设计就显得尤为重要。复合式全桥三电平变换器(HFB TL)的特点是功率器件电压应力低,环流能量少和输出滤波电感小,适用于宽输入电压范围。该文从器件应力,磁性元件尺寸和损耗分布三方面比较了传统的移相控制全桥变换器(PS FB)和HFB TL变换器。并与PFC级变换器组合,构成三种服务器电源的整机方案。最后研制三台原理样机,对三种整机方案均进行了实验比较。     

高功率密度变压器绝缘系统分析

油浸式电力变压器采用混合绝缘系统，它是在变压器的热绕组区域中采用芳族聚酰胺绝缘，并在线圈外部较冷的区域采用了标准牛皮纸绝缘，这样可以在提高磁通密度的同时提高电流密度。章讨论了这些设计方式对绝缘系统包括固体绝缘和绝缘液体的影响，并且对绕组和油道进行了热分析。这种技术不仅提供较高的功率密度，而且还提高了整个绝缘系统包括液体绝缘的质量和寿命。另外，还评论了这种技术的应用实例，包括修理和更新老化或发生事故的变电站电力变压器。     

磁性槽楔对大型永磁风力发电机性能的影响

介绍了磁性槽楔的种类和特点,以及磁性槽楔在电机节能方面的原理和实际作用。通过建立金风62型（1.2MW）永磁直驱同步风力发电机的电磁场模型,使用导磁性能不同的槽楔进行实际计算和测试,结果表明：发电机使用导磁性能较好的磁楔（相对磁导率为3～10）后,不论不带负荷还是带负荷,电机的气隙磁密分布都会较不使用磁楔变得更加均匀,磁密脉动和铁耗减小,气隙系数减小,电机的温升降低,效率得到提高。但同时应考虑到今后应尽可能地增大槽楔的电阻率,以减少槽楔自身的损耗,为永磁风力发电机效率的提高和优化设计提供计算依据。     

基于功率放大器磁损测试平台补偿方法的设计

测试开关变换器的磁芯在不同工况下的损耗可以给电力电子工程师进行合理的热设计提供依据,选择合理的工作区间。基于功率放大器磁损测试平台的电测量方法简单可行,但由于功率放大器输出阻抗的影响,获得的激励波形会小于实际期望波形。论文提出了所需叠加的激励波形计算方法,通过Arb Express软件生成补偿波形以消除功率放大器输出阻抗对激励波形的失真影响。磁损测试平台的实验验证了该方法的有效性。