“E王E”形耦合电感器的设计及其在交错并联磁集成双向DC-DC变换器中的应用

为了克服传统EE形耦合电感器的气隙过于集中、磁压和磁通分布不均匀、气隙离绕组过近等缺点,提出一种"E王E"形耦合电感器结构,建立了磁路模型,给出了设计方法。通过仿真和实验证明,该结构增加了一条并联气隙磁路从而使磁路的磁压和磁通分布比较均匀,磁路的磁阻减小,电感因数和耦合强度增大;气隙远离绕组从而减小气隙扩散磁通和旁路磁通及绕组涡流损耗;绕组绕在长宽比较小的铁心中柱上从而减小绕组长度;所给出的改进磁路模型和设计方法可以用于这种耦合电感器的设计;将这种耦合电感器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等优点,并且可以有效地提高电路的轻载效率。     

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。     

三相“UⅢ”形无气隙可变耦合度耦合电感研究

为了适应多相交错并联磁耦合变换器对耦合电感的要求、降低磁件对其他元器件的电磁干扰,本文提出了一种适用于三相交错并联磁耦合变换器的"UⅢ"形并且可以改变耦合度的无气隙耦合电感结构。分析了其改变电感耦合度的原理,给出了相关磁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"UⅢ"形耦合电感结构的有效性及其磁路模型的可行性。     

应用于双向功率变流器的新型平面化集成磁件

这里提出一种新型EIE结构耦合电感器应用于两两对称耦合的四相磁集成双向DC/DC变换器(BDC)。根据电感集成原理和磁路等效原则,分析其磁通及气隙分布,建立起考虑边缘磁阻和气隙磁阻的磁路模型,推演出耦合磁件自感、互感及耦合系数,给出可实现磁通对称化和解耦集成的设计原则和方法。该结构耦合电感器可实现耦合系数高自由度调节,并解决了传统E型铁心构造的耦合电感器中边缘气隙磁通损耗较高的问题。通过有限元仿真和实验证明了磁路理论和设计方法的正确性及在稳态损耗、暂态响应和效率等方面的优越性。     

CLLC双向谐振变换器电感–变压器矩阵式一体化集成与优化设计

文中提出CLLC双向谐振变换器高频谐振电感–变压器一体化磁集成结构。采用矩阵式磁芯结构和非对称绕组结构设计,仅通过一个磁件即实现了双向CLLC谐振变换器中原边高频谐振电感、副边谐振电感和高频隔离变压器的集成,且利用矩阵式磁芯结构布局,实现了磁板中高频磁通抵消和磁通均匀分布,有效降低了磁件体积和损耗。文中详细分析所提出的矩阵式集成功率磁件的磁路模型,并给出集成功率磁件的优化设计方法,最后通过有限元仿真和样机实验证明所提出的电感–变压器一体化集成方案的可行性和有效性。     

双向DC/DC变换器中耦合电感的应用研究

为了保证双向DC/DC变换器在降压模式的高效率、低损耗、节约能源等条件下,满足大功率负载的要求,将耦合电感应用到变换器中。对不同工作状态下电感电流的状态方程进行了分析,给出了耦合电感的最大电感电流脉动和最大磁通密度的数学表达式。采用耦合电感后电感储能能力变大、磁芯体积降低,使变换器能够满足"大电流-大功率"负载的要求。最后进行仿真验证,仿真结果验证了理论分析的正确性和可行性。     

耦合电感倍压解耦磁集成高电压增益变换器

为实现更高的电压增益,提出一种耦合电感倍压解耦磁集成高电压增益变换器。该变换器通过设计耦合电感匝数比和调节占空比来实现高电压增益,采用磁集成磁件设计方案,减少了变换器磁件的体积和数量。该文首先分析变换器器件的应力,给出变换器电压增益与占空比之间的变化关系;然后,利用磁路-电路对偶分析法推导得到耦合电感与输入电感解耦集成磁件的磁路模型,获得了输入电感与耦合电感之间的解耦磁集成设计准则;最后,搭建一台额定功率为300W的实验样机,对所提出的变换器和解耦集成磁件设计理论进行实验验证,验证了理论的正确性。变换器的效率达到93%以上,在光伏发电系统中具有一定的实用性。     

三相电压调整模块中“EΠ”形耦合电感的建模与设计

为适应新一代微处理器低压、大电流和快速暂态响应的功率需求,提出一种用于三相电压调整模块(VRM)的"EΠ"形耦合电感结构,通过分析耦合电感的磁通分布,建立了磁路模型及包括气隙边缘磁阻和绕组外面空气磁阻的改进磁路模型,采用空间切割的方法得出空气磁阻的计算公式,从而得出自感、漏感和互感的计算公式,给出耦合电感的设计方法,并通过电感值的三维有限元仿真和实验验证了所提"EΠ"形耦合电感结构的有效性及其磁路模型和设计方法的正确性。     

平面集成磁件在电源中的应用

在有源钳位正激变换器工作原理基础上,利用磁集成技术,将变压器与滤波电感集成在一个磁芯上,对该集成磁件进行了分析研究。通过电路和磁路推导,提出了该集成磁件的等效模型和设计依据。设计了特殊的磁芯和绕组结构,采用特殊磁性材料制作薄膜磁芯,实现集成磁件的平面化。采用有限元分析工具,对集成磁件进行仿真,得出了磁通密度的分布情况。在集成磁件模型基础上,对变换器进行仿真,得出了变换器的输出结果,实现了变换器的零纹波,验证了设计的正确性。     

新能源发电系统用多相耦合交错型双向DC-DC变换器及控制研究

本文重点研究新能源发电系统用双向DC-DC变换器及其控制策略,提出一种多相耦合交错型磁集成Buck-Boost变换器应用于新能源发电系统中储能系统能量双向传递。首先对多相磁集成双向DC-DC变换器进行耦合电感研究,分析两相耦合Buck变换器等效电感并给出电感耦合设计准则;针对电感耦合交错型变换器的多开关状态、高阶化及电感电容复杂扰动的特点提出一种平均值电路法建立其小信号模型,并推导出状态变量到控制变量的传递函数;根据变换器开环稳态特性,进行补偿网络设计,提出基于趋近律的自适应电流控制策略并设计基于电流环补偿控制器。最后通过仿真和实验表明,本文提出的控制方法较传统PI控制可同时改善系统稳态及暂态性能。     

交错并联双向CLLC型谐振变换器中U+U型磁集成变压器的设计

交错并联技术提高了变换器的传输容量,但增加了系统的元器件数量,特别是变压器、电感等磁性元件,通过磁集成技术可减少磁件的数量和损耗.传统的磁集成变压器结构多采用EE型结构,绕组和气隙分布在边柱上,因而造成磁压、磁通分布不均等问题,且绕组完全包围气隙,使得扩散磁通和绕组交链产生涡流损耗.因此该文提出一种U+U型磁集成变压器...     

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。     

基于改进平均电流控制的交错型磁耦合DC-DC变换器研究

以多相交错型DC-DC变换器为研究对象,首先对变换器主电感进行磁集成研究,通过归一化等效电感分析,给出多相磁耦合电感设计准则。采用小信号对变换器Buck模式进行建模,推演出状态变量到控制变量的传递函数。然后依据三相磁耦合变换器的开环特性,并结合平均电流控制的不足,设计出对应补偿网络,提出补偿电流环的改进平均电流控制策略。最后通过仿真和实验,证明了所提出的新型控制策略,较之传统控制方式,可优化系统稳态及暂态特性。同时,磁耦合电感设计还改善了相电流纹波,提高了变换器暂态电流响应速度。     

适用于温差发电的高效率耦合电感升降压变换器

针对温差电池输出电压变化范围宽、输出电流大且要求电流纹波小的需求,提出了一种高效率耦合电感升降压变换器,该变换器由Boost单元和Buck单元级联组合、并将两单元滤波电感反向耦合构成。变换器输入输出电感反向耦合,使得磁心直流磁通相互抵消,大大减小了滤波器磁心体积和损耗,提高了变换器的效率和功率密度,同时输入、输出电流连续,减小了滤波电容的容量。文中详细分析了所提出的耦合电感升降压变换器的工作原理,深入研究了电感耦合系数对变换器的影响并给出了耦合电感设计准则,采用载波交叠的PWM调制策略以及共用调节器的恒压/恒流控制策略,实现了变换器在恒压和恒流模式之间的无缝平滑切换。搭建了一台500W的实验样机,验证了理论分析的正确性和可行性。     

交错并联磁耦合双向直流变换器中多相耦合电感的设计准则

四相并列式排布的非对称耦合电感因其结构特点,运行于磁耦合交错并联双向直流变换器的输出结果与对称耦合电感有所不同。通过分析四相非对称耦合电感应用于磁集成交错并联双向直流变换器的工作模态,研究了对称度、占空比以及耦合系数的变化对变换器稳态性能和暂态性能的影响,给出了四相非对称耦合电感的设计准则,即在对此类非对称耦合电感进行设计时,利用给出的设计公式确定参数的选择区域,进而进行相关参数的选取。最终,通过对此类结构的耦合电感进行设计与实验,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。     

一种交错并联双向DC-DC变换器的新型磁集成技术EI北大核心CSCD

为了提高交错并联双向DC-DC变换器的功率密度,降低高频工作下的磁心损耗,提高变换器的整体效率,该文提出一种新型磁集成电感结构,采用分段绕组优化设计,通过计算磁心气隙以及各磁柱绕线匝数等参数,将两个分立的电感集成在一个EE型磁心上。使磁元件体积和重量分别减小了48.2%和46.7%。与现有的交错并联磁集成方案相比,该方法能有效降低磁心的饱和度,使磁心上的磁通分布更加均匀,减小电感磁心损耗,提高系统效率。最后,通过有限元仿真和实验样机验证该设计的正确性和有效性.     

混合储能系统六通道双向DC-DC变换器耦合电感研究

采用交错并联磁耦合技术设计了一种六通道双向DC-DC变换器,能够在增大输出功率的同时降低通道电流应力,提高变换器效率。针对多通道变换器主电感磁耦合较难实现的问题,提出一种可应用于复杂多相电感耦合的新型阵列式磁集成技术,实现六个通道主电感之间三种不同的耦合设计,并给出相应的耦合度设计准则,可在保证变换器动态响应速度的同时改善输出电流纹波。实验证明,采用分立电感的变换器和采取耦合电感的变换器,在相同的动态响应速度下,后者能够明显减小通道电流纹波、总输出电流纹波及输出电压纹波。     

磁集成双频DC/DC变换器

基本双频DC/DC变换器是一种新型的高效变换器拓扑,但是其包含一个高频的小电感和一个低频的大电感,导致变换器的体积和重量较大。本文提出了一种新型的磁集成双频变换器,通过磁集成技术来集成两个工作于不同频率的电感,使磁件的体积和重量得到减小,成本也得到降低。用回转器-电容模型建立了集成电感的等效模型,对集成电感进行了仿真分析,最后通过实验验证了理论分析的正确性。