新型交错并联反激变换器的研究

长久以来,单端反激变换器以其简单的电路拓扑应用于小功率场合,但其输入电流脉动大及开关管电压尖峰高的缺点限制了它的输出功率。本文提出一种新颖的交错并联反激变换器,交错的结构和箝位电容的引入使该变换器克服了传统的单端反激变换器的缺点,具有电路拓扑简单,元器件少,开关管关断电压尖峰小,输出功率较大,输入、输出电流脉动小,可靠性高等特点。文中详细分析了该变换器的工作原理,并给出了电路主要参数的选取依据。最后通过实验验证了理论分析的正确性。     

新型软开关隔离型高增益DC-DC变换器

本文结合了反激变换器元器件少与开关电容对电压增益提高的优点,提出了一种新型软开关隔离型高增益DC-DC变换器,进一步提高了变换器的电压增益和功率密度,降低了功率器件的电压电流应力。通过反激变换器的输入交错并联输出串联,一方面能够提高电压增益,另一方面能够扩大电路的输出功率,同时还能降低输入电流纹波。输出侧增加倍压电路不仅能够提高变换器的电压增益,还解决了反激变换器工作在连续状态下输出二极管反向恢复问题。采用有源钳位电路实现漏感能量的回收,抑制开关管的电压尖峰,并实现了开关管的零电压开通。最后,分析了该拓扑的基本工作原理,并制作了一台输入电压为40～60V,输出电压为380V,额定功率为1kW的样机,实测最高效率为96. 8%,实验结果证实了理论分析的正确性。     

一种新型正激式三电平逆变器

本文提出以正激变换器为基础的正激式三电平逆变器。该变换器电路结构由依次连接的输入高压直电源、三电平变换器、高频变压器、输出周波变换器、输出滤波器以及输出交流负载构成,具有高频电气隔离、电路拓扑简洁、两级功率变换（DC／HFAC／LFAC）、双向功率流、输出滤波器前端获得三电平低频电压波、负载适应能力强、适用于大功率变换场合等特点,能够将一种不稳定的高压直流电变换成稳定的正弦交流电压。和传统的正激式两电平逆变器进行比较,可以得出该逆变器能减小输出滤波电感、并能降低变换器主功率开关管电压应力的结论。同时,分析了该逆变器的工作原理,设计了控制策略,并通过仿真论证了该逆变器电压应力小、输出电压质量高等特点。     

一种新型交错式反激变换器分析与设计

提出了一种新型交错式反激变换器拓扑。利用变压器漏感与开关管并联电容、钳位电容间的谐振,实现了开关管的零电压导通(ZVS),并消除了开关管关断时所产生的电压尖峰,减小了电压应力。该变换器具有拓扑简单、实现软开关动作、输出电流纹波小以及控制简单等优点。详细分析了该变换器的稳态工作原理以及实现软开关的条件,并通过仿真和实验对上述分析进行了验证。     

一种新型三电平双向DC-DC变换器

三电平桥式电路中开关管承受的电应力比普通桥式电路中开关管承受的电应力减小一半,结合三电平电路结构的优点,省去了传统三电平双向DC-DC变换器中的一对飞跨电容,提出了一种新型三电平双向DC-DC变换器。该新型三电平双向DC-DC变换器使电路中开关管电应力减小,谐波成分降低。利用交错移相的控制策略进行控制,使得新型变换器中所有开关管均能实现零电压开关(ZVS)。通过2.4 kW的样机试验验证,提出的新型三电平双向DC-DC变换器性能优良,与传统的双向DC-DC变换器相比,效率有了显著提升。     

一种输入低压大电流/输出高电压高频组合式直流变换器

针对飞机航空电源高可靠性和高功率密度的要求,提出并采用了一种输入低压大电流/输出高电压的组合式变换器.该组合式变换器以双管正激变换器为基本构成单元,输入端同时采用电路模块并联和功率开关管并联方式来提高输入导电电流能力,输出端采用电路串联的方式来提高输出电压能力.由于采用交错并联(interleaving)控制技术、以及利用功率MOSFET导通电阻的正温度系数特性,组合式变换器除具有双管正激变换器的内部桥臂抗直通能力强的优点外,还具有所有功率开关管自然均流、输入输出电压增益高、输出端二极管电压应力低、以及输入和输出滤波器体积小重量轻等特点.本文对该组合式变换器拓扑进行了详细的分析和仿真,并应用于某型号航空电源.     

双耦合绕组反激式单级PFC变换器

提出了一种新颖的反激式单级PFC变换器拓扑.该拓扑由Boost功率因数校正(PFC)电路和具有双耦合绕组的反激变换电路组合而成,中间储能环节由两个电容构成,除了存储Boost电感能量和作为反激变换器电源之外,还分别用于吸收变压器两个初级绕组的漏感能量,因此能有效抑制功率器件的电压应力.详细分析了该变换器的工作原理和稳态特性;讨论了Boost电感和反激变压器的参数设计.实验结果表明,该变换器具有功率因数高,功率开关电压应力低,中间储能电容电压波动小等特点.     

零电压开关交错并联反激式DC-DC变换器的研究

本文提出了一种零电压开关交错并联反激变换器拓扑,该电路拓扑简单,元器件少,不但实现了零电压开关,限制了输出整流二极管关断时的di/dt,减小整流二极管的开关损耗,也有效地降低了开关管的电压应力。文中对该变换器的零电压开关工作原理进行了详细分析,给出了电路主要参数的选取依据,并制作了一个600W,80kHz的原理样机,最后通过仿真及实验验证了理论分析的正确性。     

变匝比交错并联三电平正激变换器

通过在双管正激变换器的变压器二次侧增加一个整流二极管和一个高频开关管,提出一种变匝比交错并联三电平正激变换器。该变换器保留了交错并联双管正激变换器的优点,同时,根据不同的输入电压调整原副边匝比,使其具有宽输入电压适应范围;变换器整流输出三电平电压波形,利于减小输出滤波器体积,提高变换器的功率密度。详细分析了变匝比交错并联三电平正激变换器工作原理,比较了两电平和三电平工作模式,给出具体的参数设计。研制了一台2000W原理样机,实验结果验证了理论分析的正确性以及该变匝比技术的可行性。     

新型ZVS交错并联双管正激组合变换器的研究

提出了一种新型零电压开关交错并联双管正激组合变换器。该变换器由两路双管正激变换器交错并联构成,共用一个高频变压器,提高了磁芯利用率。同时,该变换器保留了双管正激变换器开关电压应力低、可靠性高的优点。采用有限双极性控制,利用变换器副边谐振电感的能量来实现开关管的零电压开关。本文详细分析了该变换器的工作原理,并且给出了实验结果。     

新型带有箝位电容的交错反激变换器的研究

交错反激变换器可将反激变换器的输出功率提高1倍。但反激变换器开关管关断电压尖峰大和变换器变换效率低的缺点没有得到改善。交错有源箝位反激变换器，克服了反激变换器的缺点，但开关管多，控制较为复杂。该文提出了一种新颖的带有箝位电容的交错反激变换器并详细分析了其工作原理。该变换器交错的结构和箝位电容的引入使该变换器克服了交错反激变换器和有源箝位反激变换器的主要缺点。具有结构简单，可靠性高，开关管关断电压尖峰小，功率等级较大，效率较高等特点。研制了一台600W的原理样机，并通过实验验证了理论分析的正确。     

全桥电流源型高频环节三电平AC-AC变换器

本文在传统全桥电流源型AC-AC变换器的基础上,根据多电平技术的优点,在AC-AC变换技术中引入多电平技术,提出了一种全桥电流源型高频环节三电平AC-AC变换器。该变换器具有高频电气隔离、电路拓扑简洁、两级功率变换(LFAC/HFAC/LFAC)、网侧功率因数较高、负载适应能力强、音频噪音小、输出只需电容滤波减小输出滤波器,提高了变换器功率密度等优点。分析研究了变换器的工作模式、稳态特性与电压瞬时值反馈控制策略。理论分析及仿真实验表明,该变换器输出电压波形质量好,滤波器前端获得三电平,减小了开关管电压应力。     

三电平双向变换器

提出了一种新颖的三电平双向直流变换器。与传统的两电平双向直流变换器相比,该变换器具有结构简单,输入输出共地,易于控制;开关管电压应力仅为高电压端输入电压的一半;电感大大减小,从而提高变换器的动态响应等优点,因此非常适合于燃料电池、光伏发电和风力发电等分布式供电系统。该文分析了三电平双向变换器的工作原理,并详细给出了交错控制互补驱动、能量双向流动控制和飞跨电容电压控制的实现方法。该文最后通过一个1kW的原理样机验证了理论分析的正确性和控制策略的有效性。     

考虑ESR的DC-DC型开关变换器的研究

电容的寄生参数串联等效电阻（ESR）是电容的一个重要参数,它对电路的性能有较大影响,特别是当电容用于DC-DC型开关变换器中输出电压滤波时对输出电压的纹波影响较大,由于电容的ESR存在,它增加了DC-DC型开关变换器动态小信号数学模型的一个零点,在分析和设计DC-DC型开关变换器系统中应予以重视。文中以Buck型开关变换器为例,分析讨论了电容串联等效电阻对Buck型开关变换器的输出纹波电压及动态小信号数学模型的影响,利用psim软件对所得的结论进行了仿真验证。所得到的结论对DC-DC型开关变换器其它拓扑的滤波电容的选择和控制系统设计有参考价值。     

全桥三电平直流变换器的最佳开关方式

该文提出了一种新的关于直流变换器三电平拓扑变换的分析方法。应用该方法得到了零电压开关全桥三电平直流变换器，同时提出了加入箝位二极管的改进型变换器。该变换器使用了以能量传输最大、滤波电感电流纹波最小、开关管实现软开关等为条件寻找到的最佳开关方式，克服了传统零电压开关全桥直流变换器中开关管电压应力高、滤波电感电流纹波大、整流二极管存在寄生振荡等缺点，所以其变换效率更高，响应速度更快，进一步拓宽了它的应用范围。最后通过一个开关频率为50kHz、额定输入电压为600V、输出功率为2．8kW的实验样机加以验证分析结果。     

Implementation of a Soft Switching Converter with High Input Voltage

This paper presents an interleaved zero voltage switching (ZVS) DC/DC converter with high input voltage applications. In order to reduce the voltage stress of MOSFETs, two half‐bridge zeta converters are connected in series at high voltage side. Thus, the voltage stress of MOSFETs can be clamped at one‐half of input voltage. Asymmetric pulse‐width modulation (APWM) is adopted to control power switches. With the resonant behavior by the leakage inductance of transformer and the output capacitance of MOSFET at the transition interval, MOSFETs can be turned on at ZVS. For each half‐bridge zeta converter, two series transformers are connected in series at the primary side and in parallel at the secondary side in order to reduce the current stress of secondary windings for high load current applications. Interleaved PWM scheme is used to control two half‐bridge converters in order to reduce the size of output filter inductor and capacitor due to the partial ripple current cancellation. Experimental results, taken from a laboratory prototype rated at 1 kW, are presented to demonstrate the converter performance. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于超级电容的双向DC-DC变换器控制研究

针对轨道交通1 500 V系统再生制动能量利用,研究了基于超级电容储能的输入串联多相并联双向DCDC变换器的控制及其系统能量管理策略。采用输入串联、多支路并联的拓扑结构降低了功率器件电压应力和电流应力及减小了无源滤波器件的体积,同时降低了1 500 V系统对储能元件超级电容的耐压及模组均压控制的要求,使得系统的可靠性更高。针对该拓扑结构的特点,结合工程实际应用,考虑超级电容容值参数差异性及大内阻的特点,以超级电容的能量利用最大化为优化目标,对其充放电过程中超级电容电荷状态误判及系统输入输出侧均压控制策略进行了优化设计。最后通过仿真和实验验证了所提控制策略的有效性。     

基于开关电容和耦合电感的交错并联型高电压增益双向DC-DC变换器

提出一种基于开关电容和耦合电感的交错并联型高电压增益双向DC-DC变换器。通过并联通道数的增加,使得变换器具有更高的电压增益、更大的输出功率和更小的器件电压/电流应力。通过引入耦合电感,不仅降低了通道内电流纹波,同时可使各通道的电感量最小,进一步提升变换器的效率和功率密度。而且,较小的电感量可加快开关电容自动均流速度,仅需简单的控制方法,有利于提高电路的可靠性和实用性。制作了一台500W样机,以验证该拓扑和理论分析的有效性。