无气隙可改变耦合度阵列式集成磁件在交错并联变换器中的应用

交错并联变换器动态和稳态特性与集成磁件的耦合系数大小有关.本文提出一种耦合度可改变的阵列式集成磁件,分析了在消除气隙的情况下可改变耦合电感耦合度的原理,给出了耦合度计算公式及集成磁件设计公式.利用有限元分析软件分析比较了阵列式集成磁件与传统磁心开气隙集成磁件的电感量、绕组损耗和磁心热损耗,结果表明阵列式集成磁件与传统磁心开气隙集成磁件相比具有诸多优点.样机实验表明,交错并联变换器动静态响应较好.     

交错并联磁集成Boost变换器的内部本质安全特性分析

为了提高本质安全电源的电气性能(大功率,低输出电压纹波),本文将交错并联磁集成理论应用到Boost变换器中,提出等效电气电感和等效本安电感的概念,通过增大电气电感和减小本安电感使变换器在满足内部本质安全特性的前提下提高电气性能,以两相交错并联磁集成Boost变换器为例进行研究,分析该变换器的内部本质安全特性,得出交错并联磁集成Boost变换器内部本质安全判据,并与传统单通道Boost变换器在满足内部本安特性下进行对比,提高了交错并联磁集成Boost变换器的电气性能,最后通过仿真与实验验证了理论分析的正确性.     

交错并联磁集成开关电感/开关电容Cuk变换器

为了提高传统的Cuk变换器的电压增益、电压传输效率、输出电流纹波,同时减小电感支路的电流纹波和变换器的体积重量,将磁集成技术和交错并联技术应用到传统的Cuk变换中,提出了交错并联磁集成开关电感/开关电容Cuk变换器的拓扑。通过采用开关电感/开关电容结构替换传统变换器中的电感与电容的方式,采用磁集成技术并合理设计耦合电感间的耦合系数,能够减小该变换器电感支路的电流纹波、提高系统暂态响应速度、减小变换器的体积重量,进而提高变换器的电气性能。最后通过实验样机的结果验证了理论分析的正确性。     

磁集成开关电感交错并联Buck/Boost变换器

为了提高传统Buck/Boost变换器的电压增益、暂态响应速度同时减小电感支路的电流纹波和变换器的体积重量。将磁集成开关电感技术和交错并联技术应用到传统的Buck/Boost变换中,提出了磁集成开关电感交错并联Buck/Boost变换器。通过采用开关电感结构替换传统变换器中的电感的方式,使变换器正向功率变换的电压增益提高为原来的2倍。采用磁集成技术并合理设计耦合电感间的耦合系数能够减小该变换器电感支路的电流纹波、提高系统暂态响应速度、减小变换器的体积重量,进而提高变换器的电气性能。最后通过实验样机的结果验证了理论分析的正确性。     

交错并联磁集成双向DC/DC变换器的工作相数控制

在采用四相交错并联双向DC/DC变换器(BDC)拓扑的基础上,将变换器的4个分立电感磁集成为两个反向耦合电感,以减小开关器件及电感器的电流幅值和纹波,从而减小有源和无源损耗,消除局部过热点;分析了变换器的开关损耗和耦合电感损耗,提出了变换器的工作相数控制方法。实验验证了交错并联磁集成BDC损耗计算公式的正确性及工作相数控制方法的有效性。     

一种带纹波抑制的交错并联Buck/Boost变换器轻载效率研究

非隔离型交错并联双向Buck/Boost变换器普遍存在轻载效率低的难题。以多相交错并联Buck/Boost变换器Boost模式为研究对象,分别对其工作在DCM和CCM模式下的功率损耗进行综合性分析研究。根据变换器轻载运行时降低频率可以提高效率的原则,提出最优化调频原则,对其不同负载下开关频率进行调整,以达到提高效率的目的。针对降低频率会带来纹波恶化的缺陷,将磁集成技术应用到交错并联双向Buck/Boost变换器,有效改善通道电感电流纹波及输出电压纹波,并给出磁集成后滤波电容优化设计原则,以最大程度减小损耗,提高轻载效率。最后通过仿真和实验验证了理论分析的正确性,为交错并联双向Buck/Boost变换器轻载效率优化提供了新的理论依据,推动了全负载高效率双向Buck/Boost变换器的设计实现。     

交错并联磁集成开关电感高增益Boost变换器的研究

为了提高传统Boost变换器的电压增益和暂态响应速度,同时减小电感支路的电流纹波和变换器的体积重量,将磁集成技术、交错并联技术以及开关电感和储能电容应用到传统Boost变换器中,提出了交错并联磁集成开关电感高增益Boost变换器.其中通过引用开关电感和储能电容可以使所提变换器的电压增益提高到传统Boost变换器的2倍;...     

三相交错并联磁集成Boost变换器的内部本质安全特性

为了解决传统矿用本质安全开关变换器存在电气性能指标(如大功率,低输出电压纹波,高效率)要求大电感、大电容与本质安全(本安)特性要求小电感、小电容的矛盾,本文将交错并联磁集成理论应用到传统单通道Boost变换器中,提出等效电气电感和等效本安电感的概念,通过增大等效电气电感和减小等效本安电感使变换器能同时满足电气性能和本安性能的要求,并在此基础上分析了三相交错并联磁集成Boost变换器的内部本安特性,得出该变换器的内部本安判据。与传统单通道Boost变换器以及三相交错并联Boost变换器相比,三相交错并联磁集成Boost变换器在电气性能和本安性能上均有显著的提高,通过实验表明了理论分析的正确性。     

多相交错并联Buck变换器的磁集成技术研究

本文研究了各种磁件对交错并联变换器动态性能和磁心损耗的影响,建立了磁集成器件等效电路的模型,并以两相交错并联的Buck变换器为例进行了实验验证。     

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。     

卷首语

随着电力电子技术的发展,电子装置对其供电电源的体积、重量、效率等指标提出了越来越高的要求。电源中的磁性元件(电感、变压器)实现了能量的传输,但其体积、重量、损耗在电源的相对应指标中占了相当大的比例。磁件还影响着电源输出动态性能和输出纹波。磁集成技术则是可以满足电子装置对这些指标要求的重要途径。《多相交错并联Buck变换器的磁集成技术研究》一文研究了各种磁件对交错并联变换器动态性能和磁心损耗的影响,建立了磁集成器件等效电路的模型,并以两相交错并联的Buck变换器为例进行了实验验证,对读者有很大的启发。     

一种多相交错并联磁耦合双向直流变换器效率优化策略

双向DC/DC变换器普遍存在轻载效率偏低的问题,针对这一难题提出了变换器最优工作相数控制策略,即根据负载的减小程度,适当减少工作相数,以消除未工作相的所有损耗,提高变换器轻载效率。分析变换器轻载时损耗,推导出效率计算公式。针对轻载减少工作相数会引起总输出电流纹波恶化的问题,提出采用交错并联磁集成技术,将四个分立电感集成为两个耦合电感以减小电感开关器件的相电流纹波,降低损耗,并结合移相控制和滤波电容设计进一步消除轻载切相后输出纹波增大的影响,最大程度降低其轻载工作损耗,实现变换器全负载范围高效率运行。仿真和实验证明所提出的轻载效率优化策略的正确性及移相加磁集成最优工作相数控制策略的有效性。     

交错并联磁集成buck变换器的本质安全特性研究

为了使buck变换器以较小的最大输出短路释放能量满足本质安全要求,提出将磁集成技术应用到交错并联buck变换器中,合理的设计通道数N和占空比D,能有效减小输出电流纹波.以双通道交错并联磁集成buck变换器为例进行研究,电感与电感采用反向耦合集成方法,最后对本质安全的交错并联磁集成与无磁集成的buck变换器进行MATLA...     

高频LLC变换器平面磁集成矩阵变压器的优化设计

为了进一步提高应用于低压大电流场合中的LLC谐振变换器的效率和功率密度,减小器件并联带来的不均流和局部过热等问题,输入侧绕组串联、输出侧绕组并联的平面磁集成矩阵变压器得到广泛使用。然而,传统矩阵变压器大多采用分离磁心实现,产生的绕组损耗和磁心损耗较大,同时也限制了功率密度的提高。该文基于磁通抵消原理,将原来需要独立磁心实现的矩阵变压器集成到单个磁心中实现,进一步减小了磁心体积和磁心损耗;同时给出一种变压器绕组损耗和磁心损耗计算模型,并基于该损耗模型提出一种磁心损耗与磁心所占印制电路板面积的折中优化设计方法。最后,采用高频宽禁带氮化镓器件,设计了一个功率400W、谐振频率1.5MHz的实验样机,验证了所提平面磁集成矩阵变压器优化设计方法的正确性和有效性。     

交错并联磁集成开关电感双向DC/DC变换器

提出一种具有开关电感的交错并联磁集成双向DC/DC变换器,利用开关电感替代传统双向DC/DC变换器中的储能电感,并将所有电感集成为一个耦合电感,充分减小了磁性器件的体积,优化了变换器暂稳态性能。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,通过对变换器暂稳态电感的研究对其暂稳态性能进行了深入探讨,并通过推导得出该类变换器耦合电感耦合度的设计准则,同时提出了一种该变换器耦合电感的设计方法。交错并联磁集成开关电感双向DC/DC变换器Boost模式的电压增益是传统变换器的(1+D)倍,使输入输出电流纹波得到减少,同时提高了变换器的动态响应速度。     

两相“IHHI”形耦合电感的设计与应用

为了适应多相交错并联磁耦合变换器对耦合电感的要求,降低耦合电感对其它元器件的电磁干扰,降低电感加工难度和材料成本,提高电感效率,提出了一种适用于两相交错并联磁耦合变换器的"IHHI"形耦合电感结构。分析了其改变电感耦合度的原理,给出了相关铁芯设计的数学表达式,并通过有限元仿真和实验验证了所提"IHHI"形耦合电感结构的有效性及其磁路模型的可行性。将"IHHI"形耦合电感用于交错并联磁集成双向DC/DC变换器,具有输出电压纹波小、电感电流波形平滑、毛刺少、开关管开通和关断时的电流尖峰小、效率高等优点。     

交错并联磁集成软开关双向DC/DC变换器的研究

交错并联磁集成软开关技术可以减小变换器输出电流纹波,提高动态响应,减小开关损耗。介绍了一种交错并联磁集成双向DC/DC变换器电路拓扑结构,该变换器具有开关器件电压应力低,输入输出电压变比大的优点。分析了变换器在Boost和Buck模式下的工作模态,并推导了稳态工作时的基本方程,获得了稳态电压增益,通过等效电感分析了输出稳态纹波与动态响应和集成电感耦合系数的关系,并给出了设计范围,利用阵列式磁芯设计了耦合电感,并给出了设计方法。采用交错并联磁集成技术,减小了输入输出电流纹波;给出了软开关的实现条件,可以实现所有开关管的零电压开关(ZVS)导通,减小了开关损耗。研制了原理样机,通过实验验证了理论分析的正确性。     

交错并联磁集成Buck变换器的输出本质安全研究

为了使电路能以较小的最大输出短路释放能量满足本质安全要求,提出将交错并联磁集成技术应用到传统Buck变换器中,交错并联能有效减小输出总电流纹波,磁集成能有效减小单通道电流纹波。以双通道交错并联磁集成Buck变换器为例进行研究,分析了电路的工作原理和临界电感,CCM和DCM下的电感电流纹波,并进行了输出本质安全判据;最后对所设计的电路进行仿真证明理论分析的正确性,并用试验加以验证。     

一种改进型交错并联高增益Boost变换器

传统Boost变换器存在电压增益低、开关器件电压应力高和电感电流纹波大等问题,为了解决这些问题,设计一种具有开关电容/电感的改进型交错并联高增益Boost变换器。该变换器用两个开关电容/电感分别代替储能电感L_1、L_2,并对开关电感进行耦合集成;再加入一个电容C_3,既可提高电压增益又能降低开关管电压应力;分析了变换器的工作原理,推导了电压增益公式;分析了开关管电压应力和电感电流纹波,给出了耦合电感设计方案。理论分析和实验表明该变换器具有以下优点:电压增益提高,尤其在占空比D0.5时,是传统Boost变换器的4倍;对电感的耦合集成不仅减小了磁件体积,降低磁元件损耗,而且使电感电流纹波减小近一半;开关管电压应力减小,在占空比D0.5时,开关管的电压应力是输出电压的一半。     

基于非对称耦合电感的交错并联磁集成软开关双向DC/DC变换器的研究

为了解决传统双向DC/DC变换器的损耗较大和效率较低等实际问题,提出了一种将交错并联磁集成技术与软开关技术相结合的控制方法。首先,以非对称耦合电感的交错并联磁集成双向DC/DC变换器为研究实例,分析了当变换器分别运行在一、二、四相电感时的3种工作状态;然后,在每种状态下,分别讨论了电感反向电流的持续时间和死区时间,从而总结出了变换器运行在每种状态下可以实现零电压开关ZVS（zero-voltage switch）的条件;最后,通过实验验证了理论分析的正确性,证实了该设计方案的实用性。