交错并联Buck变换器本质安全的研究

为使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,提出将交错并联技术应用于Buck 变换器,以两支路交错并联Buck变换器为例进行研究,在与传统Buck变换器总输出电流相同的情况下,使电路的总电流输出纹波减小,输出电压纹波减小,且支路电流为总电流的1/2,减小了开关管和续流二极管的电流应力,总输出电流纹波...     

基于交错并联Buck变换器新型驱动电路的研究

传统的电压源驱动MOSFET的方式,开关损耗会随着开关频率的增加而显著增加。交错并联技术能够以较低的开关频率实现高频输出电压波动,具有纹波互消、相间分流等优点。在此将一种新型的电流源驱动电路应用于交错并联技术的Buck主电路,在对电路损耗进行详细分析的基础上,设计了在开关频率1 MHz、输入5 V条件下,实现输出1.3 V/20A的电路拓扑,达到了较小电压纹波输出和较高装置效率的要求。     

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。     

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。     

半导体激光器驱动电路建模与补偿网络设计

微小的电流变化会导致半导体激光器的输出波长和功率发生重大变化,本文提出使用四相交错并联Buck变换器作为半导体激光器的驱动电路,以减小输出电流纹波。结合交错并联的原理,推导各相电感电流函数。利用状态空间平均法对驱动电路进行建模分析,根据传递函数的伯德图设计最佳补偿网络。仿真结果表明,该驱动电路可以输出电流20A、纹波0.19A,相比于同样输入条件下的传统Buck变换器输出电流20A、纹波2.51A,本文所设计电路能够实现降低纹波、稳定输出的功能。实验结果也验证了设计的合理性。     

一种无源无损吸收的交错并联Buck电路

针对传统单相高压大功率Buck变换器中由于线路寄生参数和器件非理想特性的影响,在功率开关管两端会产生过高电压尖峰的缺点,提出一种无源无损吸收的交错并联Buck电路.详细分析了该变换器的工作原理,通过仿真与实验进行验证,结果表明该变换器能够在不增加额外损耗的前提下有效抑制电压尖峰,同时可以增大纹波频率和减小输出电流纹波,降低对滤波电感和滤波电容的要求,提高变换器的功率密度.     

两相交错并联同步Buck变换器的设计与仿真

交错并联技术可以用较低的开关频率获得较高开关频率的输出效果,具有输出纹波互消、相间分流等优点。在分析两相交错并联同步Buck变换基本原理的基础上,设计了基于电流峰值控制方案的控制电路,阐述了电路的工作原理。最后采用LTspice进行了电路建模和仿真,得出的仿真结果验证了控制电路的正确性。     

SiC功率器件在Buck电路中的应用研究

近年来,一种新型半导体器件碳化硅(SiC)以其优良的性能逐渐受到人们的关注。介绍了SiC的材料特性及基于SiC的功率开关器件的特性,并对其在Buck电路中的应用进行了探索。主要对SiC器件的特性参数进行分析,并对Buck电路的主功率部分及控制驱动部分进行了设计。通过设计Buck电路并进行仿真实验,验证了理论设计的正确性。实验结果表明,SiC MOSFET器件在高频大电压的应用场合相对于硅(Si)MOSFET器件有着开关损耗低,效率高等优点。     

一种车载充电器用ZCS-Buck软开关拓扑研究

提出了一种基于交错并联技术和Buck型三相单开关整流电路的零电流软开关(zero-current-switching,ZCS)电动汽车车载充电电路。采用多谐振结构保证Buck电路中的IGBT实现ZCS,续流二极管实现零电压软开关(zero-voltage-switching,ZVS),满足车载充电器(onboard charger,OBC)大功率、高效率、高功率密度的需求。分析了电路的工作原理,重点研究了ZCS的实现条件,根据理论分析进行了硬件参数设计。此外,设计试制了1台8.5 k W样机并进行了实验研究,实验结果与理论分析一致,验证了分析的正确性。     

SiC MOSFET开关特性及驱动电路的设计

与硅(Si)功率器件相比,碳化硅(SiC)功率器件的掺杂浓度更高,禁带更宽,在高电压下导通阻抗更小,因此应用于大功率场合可以提高开关频率,减小变换器体积重量。根据SiC MOSFET的开关特性,设计了一种SiC MOSFET的驱动电路,采用双脉冲电路对其开关时间、开关损耗等进行了实验测量,分析了不同阻值驱动电阻对SiC MOSFET模块开关时间和开关损耗的影响。     

1200V碳化硅MOSFET与硅IGBT器件特性对比性研究

搭建了输出特性测试电路、漏电流测试电路、双脉冲测试电路和Buck电路,对1 200 V SiC MOSFET和Si IGBT的输出特性、漏电流、开关特性和器件损耗进行了对比研究,分析了SiC MOSFET的主要优缺点。分析结果表明,SiC MOSFET在高温条件下依然拥有稳定的阻断能力;在同样的工作条件下,SiC MOSFET损耗更小,适合在高频率、大功率场合下使用;SiC MOSFET的跨导低,导通电阻大,所以门极驱动电压需要比较大的摆幅(-5/+20 V);由于开关速度很快,SiC MOSFET对线路杂散参数更加敏感。     

高频Buck变换器输出电压纹波理论分析与实验测量

Buck变换器广泛用于服务器供电电源等场合。提高开关频率可降低变换器体积,但寄生参数对输出电压纹波的影响不可忽略,本文针对此现象展开研究。首先根据Buck变换器高频等效电路模型,求解输出电压数学表达式,推导输出电压纹波变化规律及相应的判定条件,提出输出电容支路上寄生参数影响输出电压纹波大小的结论。通过设计高频同步Buck变换器实验方案,并选用高带宽的测试设备和最小测试环路,实现了对高频电压纹波正确的实验测量,验证了理论分析的正确性。该研究为Buck变换器的电路设计提供理论依据,并为高频实验测量提供相关经验。     

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。     

一种新型电压源换流器的研究

为了改善轻型直流输电网络的波形质量，目前电压源换流器使用较多的高频有源开关器件，导致成本增高，损耗加大，限制了其实际应用。本文提出了一种Buck型电压源换流器(BVSC)，该BVSC由一组双Buck变换器和一个工频逆变桥组成，仅用两个高频开关，即可取得较好的输出波形。为了进一步解决大功率应用时的高频开关的局限性，文中还提出了一种新型的双频控制Buck型电压源换流器(DBVSC)，DBVSC在BVSC的基础上附加了一个双Buck变换器，使原BVSC工作在高频，仅处理谐波功率，而附加的BVSC工作在低频，处理基波功率。DBVSC既可以改善换流器输出电流波形质量，又可以减小系统损耗，提高功率等级，特别适合于大功率应用。文中推导了基于单周控制思想的控制方程，运用简单的控制电路实现要求，通过仿真研究，证实了理论分析的正确性。     

交流变频调速传动装置用新型电力半导体器件

电力半导体器件的发展大大促进了交流变频调速传动装置性能的改善，ＭＯＳ栅结构的现代器件的开发成功，可以用很小的输入功率来控制很大的输出功率，并可大大降低装置的功耗，提高工作频率。具有优良反向恢复特性的整流二极管的开发成功，大大降低了高频工作下的功耗。目前的开关器件都是用硅材料制成，但利用ＳｉＣ等材料制成的电力开关器件具有很优良电气特性，是研制理想器件的关键。     

一种改进的模块化SVG并联交错调制方式

针对模块化SVG系统交错并联调制时存在较大的电流总谐波畸变率(THD)的问题,提出了一种改进的模块化SVG并联交错调制方式。首先,根据该交错并联电路结构,分析交错并联系统的电流纹波,推导出交错并联系统最大电流纹波输出的计算公式。其次,将改进的交错并联调制方式与传统的交错并联方式进行对比,得出改进方式在抑制纹波等方面优于传统方式。最后,通过Matlab/Simulink进行仿真,实验验证所提的改进的模块化SVG并联交错调制方式的可行性和有效性。结果表明,这种交错并联方式在较低的开关频率下,效果十分明显,为低频、小电流的交错并联系统提供了应用基础。     

一种基于混合Buck/Boost电路的两级式逆变器功率解耦方法研究

针对传统两级式逆变器由于输入输出功率不平衡所带来的二次功率扰动问题,提出了一种六开关的混合Buck/Boost电路,并联在逆变器交流输出侧进行功率解耦,从而抑制母线电压和直流侧电流中的二次纹波,并将大电解电容替换成小容量和长寿命的薄膜电容。混合Buck/Boost电路可以处理双向变化的脉动能量,通过脉冲能量调制法(Pulse Energy Modulation,PEM)计算每个开关周期的开关占空比,实现对脉动功率的解耦控制。分析了混合Buck/Boost电路的四种工作模式,推导了PEM控制原理。使用Matlab/Simulink平台搭建仿真模型进行验证,结果证明了方法的合理性和有效性。