单相逆变器的新型混合软开关电流控制策略

零电压软开关的控制模式可使逆变器的转换效率提高,但在传统的边界电流零电压控制方法下,由于边带宽度快速变化,调制会使开关管的导通损耗和电感磁芯损耗增大。为了提升逆变器的工作效率并缩小开关管开关频率的变化范围,提出一种新型混合软开关电流控制模式,使开关管通过在零电流和零电压的混合软开关环境中工作来进一步提高逆变器的转换效率。搭建了一个全桥逆变器硬件试验平台,采用全数字电流控制的方式对所提新型控制方法进行验证。试验结果证明,该电流调制策略可使逆变器的工作效率较传统的控制策略进一步提高,开关管开关频率范围缩小,电感通态电流值减小。     

多包络线谐振软开关逆变器控制策略

为了满足光伏微型逆变器高功率密度、高性能、低总谐波畸变率(total harmonic distortion,THD)的要求,文中基于临界电流模式提出一种多包络线谐振软开关逆变器控制策略,通过进行开关管的分时控制达到平衡电感电流上升下降时间的目的,从而缓解过零点畸变。随后,详细介绍多包络线谐振软开关逆变器控制策略的工作模态,并从软开关、开关频率、开关管损耗与逆变效率、过零点畸变程度等方面与传统临界电流模式进行对比分析。为验证控制策略的有效性,文中基于PSIM搭建了500 W谐振软开关单相全桥逆变器进行开环仿真验证。仿真结果表明,与传统的单极性临界电流模式相比,多包络线临界电流模式可以有效优化过零点问题,能够滤除谐波、降低THD,并且实现零电流开关(zero current switch,ZCS)和全部开关管的零电压开关(zero voltage switch,ZVS)。     

DCM模式逆变器的定环宽电压滞环控制

针对单相半桥逆变器,文中提出了一种定环宽的电压滞环零电流开通控制方式。传统的逆变器工作于连续导通模式(Continuous Conduction Mode,CCM),使得开关损耗大降,低了逆变器的工作效率,而硬件上增加谐振电路实现软开关的方式,虽能减小开关管的损耗,却依旧无法提高逆变器的整体使用效率,为此,文中提出了一种定环宽的电压滞环控制方式,该方式通过使逆变器工作于不连续导通模式(Discontinuous Conduction Mode,DCM),不仅可以大幅减小滤波电感的体积,更能减小开关管的开通损耗提高逆变器的工作效率。文章还研究了定环宽下滞环宽度对谐波畸变率的影响,基于仿真结果进行线性分析,得出其量化函数关系。     

一种软开关PWM逆变器的ZVS条件分析

针对目前多数的软开关逆变器拓扑结构中都设置了辅助开关器件来控制谐振过程,导致控制复杂这一问题,提出了一种新型的软开关PWM逆变器,用常规的SPWM能实现开关器件的ZVS,但是当调制度较大时,为实现ZVS,需要限制触发脉冲的最小宽度,这将会导致逆变器输出电流的畸变率变大.为解决这一问题,文中详细分析了实现ZVS的条件,介绍了一种通过选取合适的谐振电感值和耦合电感值,来取消最小触发脉冲宽度限制的方法.仿真和实验结果表明不限制触发脉冲的最小宽度,通过选取合适的电感参数值,开关器件也可以做到关断损耗为零.该软开关PWM逆变器可以有效地减小关断损耗,提高效率.     

新型H6桥非隔离单相光伏并网逆变器

针对目前非隔离单相光伏并网逆变器H5拓扑存在的通态损耗大和热力不均衡问题,提出一种改进型H6桥拓扑结构。通过逻辑控制实现脉宽调制驱动,使其输出并网电流在半个工频周期内流过3个开关管,在另半个工频周期流过2个开关管,因此减少了通态损耗,有利于热力均衡。3 kW单相两级式非隔离光伏并网逆变器实验样机验证了该拓扑的可行性,实现了低共模电压和高质量并网,有效解决了非隔离单相光伏并网逆变器共模漏电流问题。     

储能电感电流限定单周期控制单相电流型PWM逆变器研究

为了克服传统单相电流型PWM逆变器存在的储能电感及其电流大、输出电压波形畸变严重的固有缺陷,提出了一种具有储能电感电流限定的单周期非线性控制单相电流型PWM逆变器,储能电感电流在高于和低于限定值两种情况时逆变器分别工作在续流方式和Boost方式。深入分析研究了这种逆变器一个低频输出周期内的八种电路模式、开关状态方程和高频开关工作过程等稳态原理特性,推导出了电压传输比、储能电感电流限定值、储能电感、输入和输出滤波器、功率开关电压和电流应力等主要参数的设计准则。设计并研制成功的1k VA 110VDC/220V50Hz逆变器样机具有单级升压变换、变换效率高、输出波形质量高、储能电感小等优点,证实了所提出研究方案和理论分析的正确性,有效地克服了传统单相电流型PWM逆变器的固有缺陷。     

新型单相光伏并网逆变器共模电流抑制研究

针对现有非隔离单相光伏并网逆变器拓扑共模电流大、效率低等问题,提出一种新型非隔离单相光伏并网逆变器拓扑,该拓扑在单相全桥逆变器的基础上增加2个续流二极管,并将交流侧滤波电感移至逆变器下桥臂,使得开关周期内共模电压保持恒定,有效抑制了共模电流;同时高频开关管使用MOSFET,工频开关管使用IGBT,且避免引入额外的开关管,系统整体损耗降低.通过对3 kW系统的仿真和实验,验证了新型拓扑抑制共模电流的效果.     

电流型降压桥式伪直流环节微逆变器

随着单块光伏电池输出功率越来越高,以反激电路为基础的传统光伏微逆变器难以达到高效率,因此桥式电路为基础的微逆变器越来越受到重视。提出一种电流型降压桥式伪直流环节微逆变器。推导了能量缓冲电感的选择方法,得到了其中各开关器件的电流应力。对所提微逆变器与传统反激式微逆变器在开关管的导通损耗、二极管的导通损耗、伪直流环节滤波效果、开关损耗方面做了详细比较,所提微逆变器综合新能优于传统微逆变器。200 W样机的实验结果证明所提微逆变器性能优良。     

一种辅助电流可控的移相全桥零电压开关PWM变换器

提出了一种辅助电流可控的移相全桥零电压开关(Zero-Voltage-Switching,ZVS)PWM变换器,它在传统全桥变换器的基础上加入了由电感和开关管构成的辅助网络,从而可以在宽电压输入和全负载范围内实现一次侧开关管的ZVS。和传统的ZVS技术相比,该变换器实现滞后桥臂ZVS的辅助能量是受负载电流控制的:辅助电感的电流值随着负载电流值的变化而变化,使得变换器在全负载范围内不但实现了滞后桥臂ZVS,还明显减小了辅助网络的导通损耗,优化了电路效率。本文阐述了电路的工作原理,详细地讨论了辅助网络的参数设计,并通过一台1kW/54V,100kHz的样机进行了实验验证。     

移相+PWM控制双Boost半桥双向DC-DC变换器软开关过程的分析

移相+PWM控制结合了移相控制和PWM控制的优点,可以减小变换器的电流应力和通态损耗,减小环流能量,提高变换器传输功率的能力,扩宽开关管零电压关断(ZVS)的范围。本文以移相+PWM控制双Boost半桥双向DC-DC变换器为研究对象,给出了变换器在各种工作模式下开关过程的等效电路模型,以及漏电感电流和结电容电压的表达式。分析了各开关管ZVS开通的条件,以及影响各开关管实现ZVS的非理想因素。最后给出了在特定功率软开关条件下的参数设计方法,通过仿真和实验证明了理论分析与参数设计方法的正确性。     

ZVS PWM全桥变换器中钳位二极管电流复位方法研究

在全桥变换器中引入谐振电感和钳位二极管,可以使开关管在较宽的负载范围内实现零电压开关,并且消除输出整流二极管上的电压尖峰。在重载情况下,当钳位二极管导通时,谐振电感被短路,其电流保持不变,在开关管和钳位二极管中产生较大的导通损耗;而当负载减轻至一定程度时,钳位二极管工作在硬关断状态,不但产生较大的反向恢复损耗,甚至会损坏钳位二极管。本文首先详细分析该变换器在轻载情况下的工作原理,提出三种钳位二极管电流的复位方式,相应分析现有的几种钳位二极管电流复位方法的优缺点,并提出加辅助变压器的ZVS PWM全桥变换器。利用引入的辅助变压器,在任意负载下均可以使钳位二极管电流快速复位到零,不但可以减小变换器原边的导通损耗,提高变换效率,同时还可避免钳位二极管的硬关断,提高变换器的可靠性。本文详细分析了加辅助变压器的ZVS PWM全桥变换器的工作原理,并讨论辅助变压器的设计,最后进行实验验证,并给出实验结果。     

一种高效倍压升压型软开关功率因数校正电路

提出一种高效零电压转换倍压升压型变换器的功率因数校正电路。新型软开关技术可以实现整流器主开关和无源开关零电压转换,而辅助开关零电流通断。所述软开关技术没有增加电路主开关的电压和电流应力。由于所用电路主电路导通流经更少的半导体功率器件,因此具有较少的器件导通损耗。该电路结构适合低压输入和中高功率应用场合。计算机仿真和实验样机验证了理论预期。该样机实现转换效率高达97%,功率因数为0.992。     

A novel active‐clamp zero‐voltage‐switching buck‐boost converter

An active‐clamp zero‐voltage‐switching (ZVS) buck‐boost converter is proposed in this paper to improve the performance of converter in light load condition. By employing a small resonant inductor, the ZVS range of switches could be adjusted to very light load condition. Moreover, 2 clamping capacitors are added in the converter to eliminate the voltage spike on the switches during transition. The operating principle of the proposed converter is analyzed, and the optimal design guide for full range ZVS is also provided. A 60‐W output prototype is experimentally built and tested in laboratory to verify the feasibility of proposed converter. The measured results show the critical ZVS operation of power switches at 1 and 0.7‐W output power for buck and boost mode, respectively. The peak conversion efficiency is up to 92.3%.     

面向微电网的高增益比储能双向直流变换器

双向直流变换器是微电网储能系统的核心装置。首先对一种能够高效衔接低压储能蓄电池和高压微网直流母线的非隔离高增益比双向直流变换器进行了研究分析,所提双向直流变换器由双向Buck-Boost变换器和有源倍压整流电路通过耦合电感集成得到,有利于减小开关管的电压应力;然后采用占空比调节加移相控制,分别用于稳定中间电容和输出端的电压;采用该控制策略可以有效减小绕组电流有效值,降低导通损耗,且所有开关管均能够实现软开关,变换器效率得到极大提升;再详细分析了变换器的工作原理、输出特性以及参数设计;最后搭建了1 k W的实验样机并进行了实验验证。     

A novel low‐loss control strategy for bidirectional DC–DC converter

Bidirectional DC–DC converter with phase‐shift control is commonly used for hybrid electric vehicle and fuel‐cell vehicle applications. This converter is characterized by simple circuit topology and soft‐switching implementation without additional devices. Despite these advantages, the efficiency is poor at light load condition because of high switching and conduction losses caused by high RMS inductor current. To achieve zero‐voltage switching (ZVS) for all power MOSFETs, a constant offset inductor current is maintained to conduct the antiparallel body diodes before MOSFETs turn on. A control strategy of combining duty ratio and phase‐shift modulation is proposed to reach the constant offset current. By reaching the constant offset current, the RMS inductor current can be reduced significantly, and ZVS can be achieved in all load variation ranges, resulting in high efficiency. A 2.5‐kW prototype is implemented to verify the control scheme, and a minimum efficiency of 97.3% is achieved at light load condition. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.     

电机驱动用新型谐振直流环节电压源逆变器

为了实现电机控制系统的高功率密度和高性能运行,必须提高逆变器的工作频率以提高功率变换器的效率和增强性能。然而,较高的工作频率会引起严重的电磁干扰和开关损耗从而导致系统整体效率降低。软开关技术被认为是解决上述问题的有效方法,结合软开关技术的优点和脉宽调制(pulse width modulation, PWM)控制的特点,提出了一种新的用于电机驱动系统的谐振直流环节软开关电压源逆变器,通过在传统硬开关逆变器的直流环节添加辅助谐振单元,实现了逆变桥开关器件的PWM软开关动作,同时,辅助谐振单元的开关也为软开关操作。文中阐述了该软开关逆变器拓扑的动作时序和动作模式,并对软开关动作时序的瞬态过渡过程进行了数学分析。对提出的新型软开关逆变器驱动无刷直流电机进行了仿真和实验研究,结果验证了电路结构和理论分析的正确性与可行性。     

一种软开关交错式三电平逆变电路的研究

通过在传统三电平逆变电路的上、下功率管上各并联一个交错式工作的功率管,构成一种输入输出纹波电流倍频的交错式三电平逆变电路。描述了该电路的PWM方式,通过在各交错并联的功率管支路上串联一个限流电感,实现了交错并联各功率管的零电流开通,并降低了续流二极管的反向恢复电流。阐述了电路各阶段的工作原理,分析了限流电感值的影响及设计问题。同理推导得出另一种软开关交错式NPC逆变电路。设计了一台2kVA的样机,实验波形验证了理论分析的正确性。     

高效率五电平双降压式全桥并网逆变器

为提高并网逆变器的变换效率,提出一种新颖的五电平双降压式全桥并网逆变器,它由三电平双降压式全桥拓扑、输入分压电容和钳位支路组合得到。其滤波电感和开关器件的电压阶梯仅为输入电压的一半,故磁性元件体积小、质量轻,且每个开关周期仅有一个开关管高频动作,降低了开关损耗。分析了该拓扑的工作原理和调制策略,并分别搭建五电平和三电平双降压式全桥并网逆变器实验样机进行效率比较。实验结果表明,所提五电平拓扑的欧洲效率较三电平拓扑高出0.5%。由三电平双降压式半桥拓扑与两电平桥臂组合,提出另外2种五电平双降压式全桥并网逆变器拓扑。最后对提出的3种拓扑的损耗和成本进行了详细的分析和对比。     

240 W全桥移相ZVS变换器的设计

移相全桥零电压变换器在中大功率场合中得到了广泛的应用,但其滞后臂只能在较窄的负载范围内实现软开关,并且其输出整流二极管反向恢复时产生严重的寄生振荡,二极管上存在很高的尖峰压.而文献[1]中变换器的滞后臂利用励磁电感电流可以在较宽的负载范围内实现软开关.变压器的漏感与电容的谐振可以减小整流管的电流应力和导通损失.基于此变...     

零电压零电流谐振极型软开关逆变器

提出了一种新型的零电压零电流谐振极型软开关逆变器。在主功率器件开通和关断时,实现零电压和零电流,减小了电路损耗。同时,续流二极管的反向恢复损耗被降低到最小,辅助开关也实现了零电流开关。对其工作原理进行了分析,给出了不同工作模式下的等效电路图。制作了一个1 k W的试验样机,结果验证了该软开关逆变器的有效性。