车载逆变电源设计

介绍了一种基于宏晶系列单片机的车载逆变电源设计方法。该电源以单片机STC12C5A60S2为主控芯片,以12V蓄电池电压为输入,通过升压与逆变两个功率变换环节得到220 V、50 Hz的正弦交流电。在升压环节,采用推挽拓扑结构利用高频变压器进行隔离升压,结合直流母线电压负反馈电路,避免了直流母线电压的过压出现;在逆变环节,采用正弦脉宽调制技术,根据输出电压实时更新占空比,确保输出电压处在设定范围之内。并且还对电池电压检测电路、输出电压检测电路、输出电流检测电路、桥臂短路保护电路进行了设计,并研制了实验样机。实验结果表明,该逆变电源运行稳定可靠,也进一步验证了系统控制策略的正确性。     

基于推挽电路的激光载荷电源输出限流控制

在空间电源领域,激光载荷一般通过供电电源挂载在平台母线或蓄电池母线上,为了减小后级载荷工作时对前级的电流反射纹波,激光载荷供电电源一般均需要具备限流输出的能力.推挽电路因具有隔离式、中功率、驱动简单等优势,适合用作激光载荷供电电源的主功率拓扑.推挽电路一般由电压外环和峰值电流内环组成控制环路,其中,电压环控制输出电压稳定,电流环控制输入电流,从而保证变压器不会偏磁,但该电路不易实现输出限流功能.基于现有的推挽电路控制策略,通过对UC1825芯片软启动电压的控制,实现对激光载荷供电电源的输出限流控制.通过仿真及实验验证,该限流控制策略适用于推挽电路,且限流功能优异、可靠性高.     

带有源缓冲的单级单相电流型逆变器

为了实现单级升压逆变,提出了一种带有源缓冲的单级单相电流型PWM逆变器,及其状态量限定下的输出电压反馈复合单周期控制策略,并对构成这种逆变器的电路拓扑、控制策略、关键电路参数设计、系统建模和仿真等进行了深入分析和研究,获得了重要结论。该逆变器电路拓扑主要由储能电感、有源缓冲电路、电流型单相逆变桥构成,存在三种工作模式和四种电路模态,通过三种工作模式的灵活切换达到限定储能电感电流和缓冲电容电压等状态量的目的,通过前馈储能电感电流和反馈输出电压的复合单周期控制实现输出正弦电压的稳定。1 kVA 100 V DC/220 V 50 Hz AC逆变器的原理实验结果表明,所提出逆变器能实现单级升压逆变,具有输出电压波形质量高、负载适应能力强和动态性能好的优点。     

新型六开关两倍电压增益五电平逆变器

倍压多电平逆变拓扑具有自主升压和多电平输出的突出优点。提出了一种新型六开关两倍压增益五电平逆变拓扑，该拓扑由两个半桥单元和一个开关电容单元组成，通过载波层叠调制策略可以实现直流输入电源与电容器分时串并联运行，从而实现电路的自主升压和五电平输出电压波形。通过对比分析现有倍压多电平逆变拓扑，所提出的新型两倍压增益五电平逆变拓扑具有使用开关器件数量少、电压应力低、调制策略简单等优点。实验测试结果证明了所提五电平逆变拓扑在不同工况下的可行性与有效性。     

一种新型单开关直流高增益变换器

针对传统Boost电路电压增益有限及变压器、耦合电感等升压电路存在漏感的问题,提出一种无变压器、无耦合电感的新型单开关高增益变换器,将2个电压升举单元引入Boost拓扑,提高了电压增益且降低了开关管、二极管电压应力,同时在电压升举单元中加入小电感,在不影响效率的情况下,抑制开关管开通瞬间的尖峰电流。详细分析了新型变换器在一个开关周期内不同模态下的工作状况,建立了系统的直流稳态模型,给出变换器的电压增益比及功率器件的电压应力。仿真和实验结果表明,当开关管占空比为65%时,电压增益约为14.88,且开关管与二极管在同等输出电压情况下,其电压应力小于传统Boost。该变换器输出电压高,输入电流纹波小,开关管电压电流应力低,且电感电流一直处于连续模式。     

基于移相全桥拓扑变压器与电感设计研究

介绍了基于UCC3895移相全桥拓扑的低压大电流开关电源变压器与电感参数的计算方法及结构设计方法,设计出了一款输出电压12 V、输出电流233 A,额定功率2 800 W的开关电源,采用该变压器与输出电感计算方法,可以完美地实现变压器漏感与开关管结电容零电压开关(ZVS)功能。通过结构改良,能解决传统变压器与电感设计在低压大电流应用场合存在的传导损耗大、散热及绕制困难的问题,根据样机测试结果,电源的整机效率最高可达96.21%,该应用设计可解决目前市场上中大功率、高效率、高功率密度电源的需求。     

高效率高增益Boost-Flyback直流变换器

提出一种基于Boost拓扑与反激拓扑有机组合思想的Boost-Flyback变换器,Boost环节与反激环节共用输入支路,使电感一变压器的漏感能量得以利用,消除了漏感损耗,并实现了开关管电压钳位,减小了开关管电压应力;Boost与反激环节的输出支路串联,实现了高电压增益;Boost-Flybaek变换器输入并联输出串联,进一步提高了变换器的电压增益,同时减小了输入输出电压及电流纹波。提出新拓扑的DCM-ZVS工作模式控制方法,并在开环方式下实现了输出功率的控制。详细分析拓扑的工作原理、电压增益特性及控制方法。通过230W30V／380V的实验样机验证理论分析的有效性。     

基于电流馈电推挽式变换拓扑的变换器电源设计

以提高变换器电源的效率和可靠性为目标,设计了基于电流馈电推挽式变换拓扑的变换器电源。为使变换器电源具备开关管以零电压开关方式通断、开关频率恒定等理想特性,采用电压型推挽全桥逆变器,设计属于电流馈电推挽式变换拓扑结构的变换器电源装置主回路。选择DSSK60-015A全波整流二极管作为变换器电源主回路硬件;通过反馈控制电路调控电压波动时控制端流变化;根据变压器电感、匝数、线径等特性设计变压器绕制结构,完成变换器电源变压过程;设计保护电路,保证电源可靠工作。实验结果表明,所设计的变换器电源的输出电压、电流误差范围均在2%内,开关管实现了零压开通,变换器电源功率因数均保持在0.96以上,且效率高达95%。     

一种新型的单开关、输出电流纹波接近零的高功率因数AC-DC变换器

本文提出一种新型的高功率因数AC-DC变换器。该变换器在不需要消磁回路和输出滤波电感的情况下实现电隔离和输出电流纹波接近零的工作状态；其无源箝位电路能有效地减少开关管上的电压应力，并能吸收回放变压器漏感上的能量；此外，该电路具有很高的功率因数。文章先给出电路拓扑，然后介绍电路的工作原理，最后给出仿真和实验结果。     

一种零电压开关的有源箝位双管反激变流器

提出了一种新型的有源箝位双管反激电路拓扑,不仅克服了传统单管反激开关管应力大的缺点,而且主开关及辅开关管都实现了零电压开通(ZVS),次级二极管实现了零电流关断(ZCS).此外通过斜坡补偿,占空比可以大于50%.该反激拓扑充分利用了漏感的能量,无需外加缓冲电路,电路结构简单,因此可以应用于高效率、宽范围、高电压输入的场合.对该拓扑的工作原理、特性、设计进行了详细描述,并在一台127～330V输入、18.6V/5A输出的样机上进行了验证.     

新型坦克炮控系统软开关升压电源

在某新型坦克炮控系统中采用升压变换电源实现了装甲车辆26～270V的电压变换,但这种硬开关推挽式升压电源存在着电磁干扰严重、效率低的缺点.为改善坦克内部的电磁环境,进一步提高电源效率和可靠性,设计并成功研制了一种新型ZCT推挽正激软开关升压电源.通过在推挽变压器的二次侧引入辅助谐振电路,实现主开关管的零电流关断,彻底消除了因变压器漏感而产生的关断尖峰电压.在分析ZCT推挽正激主电路工作原理的基础上,给出了电路关键参数计算公式;通过试验波形和效率曲线分析,进一步验证了该新颖ZCT推挽正激升压电源具有的高效率、低电磁干扰的优点.     

适合宽输入电压的单级升降压逆变器

光伏电池受环境、光照、温度等因素的影响,其输出电压范围宽,光伏并网逆变器需要完成逆变与升压两个功能。提出一种新型的适用于宽输入电压的单级式升降压逆变器拓扑,基于"虚拟变压器"的结构,在单级功率变换中实现逆变与升压的功能。采用高频的功率开关器件构成变比连续可调的虚拟升压变压器,替代传统笨重的工频升压变压器,使得逆变系统的体积、重量以及成本降低,易于集成,并且提高了变换效率。对该逆变器降压逆变与升压逆变的两种工作模式进行分析,给出调制策略的具体实现方案。仿真与实验结果表明,所提出的拓扑适合宽输入电压的升降压逆变场合。     

基于耦合电感的光伏逆变器漏电流抑制研究

无变压器隔离的光伏逆变系统会导致光伏逆变系统对地之间产生较大的漏电流,目前降低漏电流的方式主要是基于电路拓扑和控制方式的优化。本文首先分析了对地漏电流的成因,以及几种控制漏电流的策略和机理。在此基础上提出了一种新颖的基于耦合电感的方式来降低无变压器隔离光伏逆变系统的漏电流。主要思路是在逆变电感增加耦合绕组并通过电容来构成一个漏电流补偿回路,这种方案可以有效降低系统对地漏电流。通过理论分析,并结合电路仿真和实验验证,表明该抑制技术可以有效地解决无变压器隔离光伏逆变器的漏电流问题。     

一种全波整流有源箝位ZVS正激变换器的研究

介绍了一种中心抽头全波整流有源箝位ZVS正激变换器的工作原理及主要参数计算。有源箝位电路由一个箝位开关管和箝位电容组成。变压器磁芯实现无损复位,励磁能量和漏感能量全部传递到负载,磁芯利用率高,功率开关管承受电压应力降低。通过变压器漏感与开关管输出电容的谐振,主开关管与箝位开关管都可以实现ZVS开通,提高了变换器工作效率。首先分析了变换器工作原理,然后给出了主要参数的计算方法,最后通过样机(48V输入,5V/20A输出)实验验证了该拓扑的高效性能。     

直流回馈型直流电子负载的设计与研究

针对机车电源测试时用模拟负载造成能量浪费的情况,设计了一种将测试能量回馈到电源直流输入侧的能量回馈型电子负载。该电子负载由升压斩波电路和移相全桥电路级联组成。前级升压斩波电路采用单电流环控制结构,单周期控制方式,通过控制输入电感电流模拟直流电源的输出特性;后级移相全桥电路采用输入电压外环、输出电流内环的双闭环控制结构,比例积分控制方式,通过高频逆变实现输入与输出的电气隔离,并将能量高效率的回馈给测试电源的直流输入侧,使测试能量被循环使用。通过8 k W实验平台的仿真与实验,验证了设计的可行性,结果表明电子负载能节约超过80%的测试电能。     

一种新型交错式反激变换器分析与设计

提出了一种新型交错式反激变换器拓扑。利用变压器漏感与开关管并联电容、钳位电容间的谐振,实现了开关管的零电压导通(ZVS),并消除了开关管关断时所产生的电压尖峰,减小了电压应力。该变换器具有拓扑简单、实现软开关动作、输出电流纹波小以及控制简单等优点。详细分析了该变换器的稳态工作原理以及实现软开关的条件,并通过仿真和实验对上述分析进行了验证。     

临界模式混合光伏微型逆变器的特性分析

该文对临界模式(BCM)混合光伏微型逆变器的特性进行了详细分析。该新型电路拓扑为非隔离虚拟直流母线结构,一方面,继承了升压-反激变换器的低变压器匝比、低漏感量、低电压应力等优点;另一方面,还具有反激变换器的降压特性。利用混合变换器在BCM的自然谐振特性,实现了主开关管的零电压或者谷压软开关,以及整流二极管的零电流软开关。升压-反激变换器还提供了固有的无损吸收电路,使变压器的漏感能量得以利用,并实现了主开关管关断电压尖峰的钳位。上述特性使混合逆变器具有比传统的反激逆变器更小的变压器体积和更高的变换器效率。文中介绍了其工作原理,同时,推导了一种参考电流数学公式,以保证高的并网电流质量。最后,搭建一台240W实验样机,验证了理论分析的正确性和该电路拓扑的性能。     

一种新型零电流零电压开关功率因数校正全桥变换器

介绍一种单级式零电流和零电压开关功率因数校正全桥变换器，利用变压器的漏感和输出电容的储能，在很宽的负载范围内实现了超前管的零电流开关；而通过移相控制方式，利用开关管的结电容则实现了滞后管的零电压开关。由于软开关的实现不需要任何其它的辅助元件，所以与通常的零电流开关PWM Boost全桥变换器相比，该变换器结构简单，容易实现。通过对电路的运行机理和工作模态的分析，可以看出该变换器能同时实现功率因数校正、AC／DC转换、输出电压调节和电气隔离，实验结果证明了该变换器的优越性。     

一种次级LC谐振变换器的建模与参数设计

提出一种LC谐振型推挽直流变换器拓扑。初级采用桥型推挽结构,次级采用倍压结构,主要利用变压器漏感和倍压电容构成的LC谐振来传递能量。该变换器能实现初级开关管和次级二极管的零电流开关,有效抑制开关管的最高承受电压。针对电路输入输出特性,采用基波分析法建立相应的电压增益模型,反映谐振品质因数、漏感系数及频率比对电压增益的影响。根据电压增益模型设计了一款22~28 V输入/360 V输出/额定负载650 W的样机的电路参数,实验验证了电路的可行性和电压增益模型的有效性。     

具有低电压应力的新型开关电容七电平逆变器

针对现有多电平逆变器结构复杂以及功率器件电压应力高的问题,提出一种新型的开关电容七电平逆变拓扑。该拓扑由单个直流电源、12个开关管和2个电容器组成。通过切换开关管状态使得电源与电容分时串并联运行,可以实现三倍升压增益的七电平输出。所提逆变器无需使用逆变H桥便可实现正负电平输出,使得器件的总电压应力较小。此外,文中采用简单的全桥式开关电容电路和半桥式逆变电路结构,并结合载波层叠调制策略对电容电压纹波和损耗进行详细分析。还通过与其他类似拓扑进行性能比较后,证明该拓扑的优势。最后,实验验证该拓扑的可行性和理论分析的正确性。