一种新型低应力降压变换器

针对二次型Buck变换器开关管电压应力大、效率低的问题,提出了一种新型低应力降压变换器。该变换器在二次型Buck变换器的基础上,通过增加谐振电感、二极管和电容元件得到。理论分析表明,与二次型Buck变换器相比较,在降压特性变化不大的情况下,新型变换器的开关管和部分二极管的电压应力变小;增加的谐振电感使第二级实现了开关管的零电流关断(ZCS),减小了开关损耗,提高了开关管的工作频率,有利于变换器的重量和尺寸的减小;同时,与谐振电感串联的二极管能实现ZCS,减小了二极管的反向恢复损耗。这些优点有利于器件的选择和效率的提高。最后,通过实验验证了理论分析的正确性。     

一种新型降压谐振开关电容变换器

针对开关电容与二次型Buck变换器相结合形成的二次型开关电容Buck变换器(SC-QBC)存在开关管电压应力大、效率低的问题,提出了一种新型降压谐振开关电容变换器.该变换器是在SC-QBC的基础上,通过增加谐振电感、二极管和电容元件得到.与SC-QBC相比较,在降压特性变化不大的情况下,新型变换器的开关管的电压应力变小;增加的谐振电感通过与开关电容谐振,使第2级实现了开关管的零电流关断(ZCS),减小了开关损耗,提高了开关管的工作频率,有利于变换器的重量和尺寸的减小;同时,谐振回路上的二极管都能实现零电流关断,减小了二极管的反向恢复损耗.这些优点有利于器件的选择和效率的提高.最后,通过实验验证了理论分析的正确性.     

高效率准谐振Buck变换器设计与研究

电感电流临界连续工作模式(BCM)Buck变换器,在电感电流下降到零时,输出滤波电感和开关管并联电容谐振即准谐振(Quasi Resonant)(QR)。在开关管两端电压谐振到零的时候开通开关管,则可以实现零电压零电流开通(ZVS/ZCS)。本文通过详细分析输出电感与开关管并联电容的谐振过程,得出开关管两端电压为零的时间,并且通过设计延时电路,以保证输入电压变化时依然能够实现零电压和零电流开通(ZVS/ZCS)。在开关管关断时由于开关管两端并联了谐振电容,可近似认为是零电压关断。而且Buck变换器工作于BCM模式时输出滤波电感体积小,动态响应速度变快,二极管自然关断,没有反向恢复损耗。最后设计了一台3kW的原理样机,最高效率可以达到98.7%。     

一种新颖的耦合电感MVS无源无损缓冲电路

研究了一种适用于大功率Buck变换器的带耦合电感的最小电压应力(Minimun Voltage Stress,简称MVS)无源无损ZCS开通缓冲电路,它利用耦合电感的漏感与谐振电容在功率管开关过程中进行谐振,实现软开关。分析了变换器的工作模态,给出了软开关环节中耦合电感和谐振电容的参数设计方法,并搭建了150 W实验样机。实验结果表明,该结构实现了功率开关管ZCS开通和近似ZVS关断,抑制了功率二极管的反向恢复过程,减小了开关损耗,提高了变换器的效率。     

新型ZCS-PLL控制的大功率逆变电源的研究

提出一种基于数字锁相环(PLL)控制的零电流软开关(ZCS)新型中频感应加热电源。系统的主电路由三相AC/DC不控整流桥、Buck鄄DC/DC功率调节变换器和串联谐振DC/AC逆变桥构成。主电路的功率开关器件全部采用IGBT,并由一套TMS320LF2407数字信号处理器(DSP)控制。利用DSP丰富的硬件和软件资源,设计了智能数字功率调节器和数字锁相环,分别控制Buck变换器的直流输出功率和逆变器的工作频率,解决了感应加热电源中输出功率大范围地平滑调节和负载谐振电流、电压的同步锁相控制的难题,使逆变器IGBT在整个功率调节范围内均处于ZCS软开关状态。此外,逆变器输出电流始终工作于电流连续的CCM模式,功率转换效率高,开关损耗小,适应负载变化能力强。研制的实用电源功率调节范围为0.2～30kW,频率锁相跟踪有效范围为15～35kHz。     

谐振软开关耦合电感高增益DC-DC变换器

提出一种谐振软开关耦合电感高增益DC-DC变换器,通过引入辅助网络,将Boost变换器的输出二极管替换为开关管,实现全部开关管的零电压导通(ZVS)和二极管的零电流关断(ZCS),并降低开关管的开关损耗,消除二极管的反向恢复问题。同时,变换器输出端为三个输出单元串联,提高变换器的电压增益,避免变换器工作于极限占空比,在实现高升压增益的同时降低开关管电压应力。因此可选取低电压等级、低导通电阻的MOSFET,以提高变换器效率。倍压电容与耦合电感的漏感谐振,可减小开关管关断时刻电流,降低开关损耗,进一步提高变换器效率。研究变换器的工作原理和工作特性,分析开关管ZVS条件。设计制作一台160W的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。     

基于ARM的移相全桥ZVZCS变换器设计

针对传统全桥移相式零电压零电流开关(ZVZCS)PWM DC/DC变换器在实现滞后桥臂开关管零电流开关(ZCS)过程中,存在着辅助谐振电路附加损耗较大,软开关实现方式复杂,功率开关管电压应力和电流应力高等缺点,介绍了一种通过输出耦合电感实现软开关的全桥ZVZCS PWM DC/DC变换器。分析了该变换器实现软开关的原理,并采用LPC2214型ARM芯片作为控制器,设计了变换器数字控制系统。通过一台1kW,50kHz样机验证了这种软开关变换器相关理论的正确性。     

基于耦合电感的新型Buck软开关的研究

针对传统Buck软开关变换器开关损耗大和轻载条件下效率低的缺点,提出了一种新型Buck软开关拓扑结构。通过在传统Buck软开关的拓扑结构中增加一个小电感、一个二极管和与主电感反向耦合的电感,实现了主开关在ZCS下的导通和关断,减小开关损耗,从而提高变换器的效率。最后对新拓扑结构的工作过程做了详细分析,并通过实验对分析过程进行了验证。     

一种新型零电压转换三电平Buck变换器的研究

提出一种基于零电流转换(ZCT)的新型三电平Buck变换器拓扑.与传统Buck硬开关相比,此拓扑增加了一组由辅助开关管、谐振电感以及谐振电容组成的辅助支路,在开关占空比一定范围内可调的情况下,实现了功率开关管和辅助开关管的零电流开关(ZCS),同时实现主二极管的软换流.由于三电平自身的特性,主功率管的电压为输入电压的一半,适合于高电压大功率场合.在分析该变换器的工作原理基础上,研究了其工作特性,讨论和分析了主开关管实现ZCT的条件.基于Saber仿真软件验证了电路分析的正确性和设计的可行性.     

改进型零电压转换PWM软开关功率变换器的实现机理分析

为改进传统谐振缓冲功率变换器(RSI)应用于高精度场合纹波较大的问题,提出一种改进型零电压转换(ZVT)脉宽调制(PWM)软开关功率变换器。通过LC环节减小输出电流纹波,并采用负载分段实现软开关的方式。轻载下利用交变的滤波电感电流实现主开关器件的零电压开通,重载下通过合理的导通谐振回路实现软开关,同时辅助开关器件实现零电流开关。该拓扑可采用PWM控制,具有效率高、纹波噪声小和开关频率固定的优点。通过分析电路的实现机理,对各工作时区进行解析计算,并给出实现软开关的条件。最后通过实验,在200kHz的开关频率下,验证了电路的有效性。相比于硬开关,效率得到了很大的提升,而相比于RSI在效率上虽有降低,但输出噪声却大幅减小。     

具有开关电感单元的电感磁集成Buck变换器

为了提高传统Buck变换器的降压能力、降低二极管电压应力及减小变换器损耗,将开关电感应用传统Buck变换器中,提出了一种具有开关电感的电感集成Buck变换器。利用开关电感替代传统Buck变换器中的储能电感,并对开关电感进行了耦合集成。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,研究了电感串联等效电阻对变换器电压增益影响,并分析了二极管电压应力与电感电流纹波的大小。与传统Buck变换器相比,具有开关电感的电感集成Buck变换器的电压增益、二极管电压应力和电感电流纹波都减小到传统的1/(2-D)倍。样机实验结果验证了理论分析的正确性,表明具有开关电感的电感集成Buck变换器具有优良的综合性能。     

Buck-LLC两级DC/DC变换器双环定频控制策略

Buck-LLC两级DC/DC变换器同时具有源级变换器(Buck变换器)宽电压调节范围和负载级变换器(LLC谐振变换器)软开关的优点。当LLC谐振变换器工作于谐振频率点时,LLC变换器效率的提升可补偿前级Buck变换器带来的效率下降,从而使变换器的总体效率得到提升。针对Buck-LLC两级DC/DC变换器,分析了Buck变换器和LLC变换器的工作原理,研究了Buck变换器电感电流和LLC变换器输出电压反馈的双环定频控制策略。最后,搭建了一台样机进行了实验验证。     

一种用耦合电感实现零电压零电流开关的移相全桥变换器

在高压大功率场合,通常用IGBT作为开关器件。由于其关断的电流拖尾现象,IGBT零电流关断能有效减小开关损耗。提出一种新型移相全桥零电压零电流开关(ZVZCS)方案,通过1个双绕组的耦合电感和2个二极管实现滞后臂开关管在宽负载范围的零电流关断(ZCS)。所增加的二极管可以实现软开关,耦合电感的漏感并不会对增加的二极管产生附加的电压应力。为减小耦合电感的励磁电流对ZCS的影响,通过在所增加的2个二极管上各并联一个小电容,在不增大耦合电感尺寸的条件下增加复位电压的作用时间,保证滞后臂开关管的ZCS。在理论分析的基础上进行了计算机仿真,并设计了一台开关频率为68 k Hz、输出为100 V/10 A的样机进行实验验证。仿真和实验结果证明了所提方案的有效性。     

一种新型并联型零电流全桥DC/DC变换器

提出了一种新型的含并联辅助电路的零电流转换(ZCT)全桥DC/DC变换器拓扑结构。该变换器采用脉宽调制(PWM),通过在原边增加一个由电容和电感构成的并联有源辅助电路,在开关管状态发生变化时,控制辅助电路的谐振电流,实现了主开关管和辅助开关管的零电流开关(ZCS),也实现了输出整流二极管的软换流,使整流二极管承受的电压相对较低,即为输出电压,特别适合于开关器件为IGBT的高电压大功率场合,消除了IGBT拖尾电流引起的开关损耗,改善了电路性能。分析了变换器的工作原理及零电流开关的实现条件,给出了主电路拓扑结构和谐振网络相关参数设计。根据所选取的参数对主电路进行了仿真研究,结果验证了电路分析的正确性和可行性。     

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。     

高效率CLL谐振变换器的分析与设计

阐述了CLL谐振变换器的工作原理,该变换器能在全负载范围内实现开关管的零电压开关(ZVS)和次级整流二极管的零电流开关(ZCS),降低了开关管的开关损耗,消除了二极管的反向恢复损耗。与传统LLC谐振变换器相比,CLL谐振电路网络中并联谐振电感上的电压随负载减小而减小,流过并联谐振电感上的电流也因此减小,从而减小了轻载时的环流损耗,改善了轻载效率。采用基波近似(FHA)分析方法分析CLL谐振变换器,得到该变换器的直流增益特性,并给出变换器关键参数的设计原则。通过实验验证了理论分析的正确性。     

一种移相控制混合型LLC谐振变换器

分析了移相控制混合型LLC谐振变换器的工作原理,研究了其工作特性.研究结果表明,变换器在实现开关器件软开关保证效率的同时,具有较宽的输出电压范围.搭建了样机进行实验验证,实验结果表明变换器实现了初级开关管零电压开关(ZVS)开通、次级二极管零电流开关(ZCS)关断,并拥有近3倍的输出电压范围,验证了该方案的可行性.     

逆变器前端倍压LC谐振推挽式直流变换器

提出了一种零电流开关(ZCS)的推挽式直流变换器。变压器的副边采用倍压电路结构,利用倍压电路中的电容和变压器漏感实现LC谐振来传递能量。电路采用调频工作,开关频率小于谐振频率,使得开关管和二极管都能获得ZCS,二极管只承受输出电压。各工作模式被详细分析。推导了电路的电压增益与频率比m、励磁电感/漏感比h以及品质因数Q的关系,表明了变压器副边绕组可以比传统设计减半。针对在一个车载逆变器样机的应用,指出了该推挽电路的设计方法。对一个600 W逆变器样机测试表明,整机最高效率达到91.5%。实验波形也验证了工作原理分析正确。     

交错并联双向Buck/Boost集成LLC谐振型三端口直流变换器

将交错并联双向Buck/Boost电路与全桥LLC谐振电路通过共用全桥开关单元集成在一起,提出了一种新型的三端口直流变换器,实现了器件共享,降低了体积和成本。该三端口变换器包括两个双向端口和一个隔离的单向输出端口,通过PWM+PFM的混合调制策略,可实现端口间功率流的灵活控制。与传统的移相全桥集成型三端口直流变换器相比,提出的变换器输入电流纹波小,可在宽电压和功率范围内实现一次侧开关管的零电压软开关(ZVS)和二次侧整流二极管的零电流软开关(ZCS)关断,开关损耗小,而且不存在占空比丢失、变压器直流偏磁等问题。研究了该三端口变换器的工作原理、工作模式和端口功率传输模式,并对其增益、软开关等特性进行了深入分析,最后搭建了一台500W的实验样机,实验结果验证了变换器的实用性和理论分析的正确性。     

一种控制简单的谐振极型软开关逆变器

目前,多数的谐振极型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,其控制方式要比原来的硬开关逆变器复杂。此处提出了一种控制简单的谐振极型软开关逆变器,其拓扑结构中无功率开关器件,用正弦脉宽调制(SPWM)控制方式即可自然实现开关器件的零电流开关(ZCS)开通和零电压开关(ZVS)关断,而且通过拓扑结构中的储能元件,在死区时间内,输出相电流可以续流,降低了死区的影响,减小了输出相电流在低频时的畸变率。对其工作原理进行了分析,最后通过实验验证了原理的正确性。