一种多模式宽输出三桥臂DC-DC变换器

针对传统LLC谐振变换器重载工作时电压增益低,难以实现宽范围输出,同时低增益工作时开关频率高,开关管损耗大、电路效率低的问题,结合全桥LLC拓扑结构和线性-谐振(L-R)调制方法,提出一种多模式宽输出三桥臂DC-DC变换器。所提变换器在全桥LLC变换器的基础上增加一组L桥臂,通过将谐振电感复用为储能电感,在谐振传递能量前对谐振腔预先储能,从而提高传统谐振模式的电压增益。所提变换器采用脉冲宽度调制-脉冲频率调制(PWM-PFM)策略,具有高、中和低3种电压增益模式,拓宽了输出电压范围,且具有在全负载范围内软开关、环流小的优点。详细介绍了3种模式下变换器的工作原理,利用时域法推出增益公式,并对器件参数和闭环控制方法进行设计,最后通过搭建一台输入400 V,输出125~500 V的实验样机验证了理论的可行性。

一种适合宽范围输出的双向DC-DC变换器

提出一种适合宽范围输出的双向DC-DC变换器。该变换器结构与传统LLC双向DC-DC变换器类似,但通过开关管复用以及将谐振电感增加绕组复用为一个反激变压器,构造了多种工作模式。变换器采用PWM调制,正向功率传输时有中、低两种电压增益模式,反向功率传输时有高、中、低三种电压增益模式,所有模式中均可实现全负载范围内的软开关状态。对各模式的工作原理、增益公式推导进行了详细的描述。最后以满足4-5节12 V蓄电池的充放电为前提,给出变换器设计和控制方法,并搭建了相应参数的实验样机。实验结果验证了该变换器分析的有效性。

变模态宽电压范围双向LC谐振变换器

提出了一种变模态宽电压范围双向隔离型谐振变换器,所提变换器具有升压电路及反激电流馈拓扑的优势,通过复用谐振电感的预先储能和反激馈能,提高了电池侧向网侧输出的增益和变换器功率密度,减小了电路无功环流。变换器采用定频脉冲宽度调制,根据不同的工况分别对应多种工作模式,适合宽范围输出。首先介绍了变换器工作原理,分析了能量在不同方向流动时的输出增益,最后以满足在家庭分布式储能系统中电池充放电为前提,对器件和控制参数进行了设计,验证了理论分析的正确性。

用于传导EMI仿真的二极管高频模型的研究

阐述了一种能够仿真PIN二极管传导EMI的高频模型。该模型全面考虑了二极管的正向恢复、端区复合以及空间电荷区边界移动效应 ,并且利用Saber的MAST语言得以实现。仿真和实验结果的比较也证明了该模型的正确性和准确性。

新型非隔离光伏并网逆变器拓扑及其共模电流分析

提出了一种非隔离光伏并网逆变器拓扑,该拓扑在全桥逆变电路的基础上引入2个开关管构成一条新的续流回路,将电路桥臂中点对直流母线负端的电位钳位在0.5倍的输入电压(Uin),并将太阳能电池板与电网隔开。通过采用有效的驱动逻辑,实现了续流模态工作的2个开关管的软开通。详细分析了该拓扑的各个工作模态,建立了电路的共模等效模型,研究了共模电流频谱与电路参数和开关频率的关系。设计了1 000 W光伏并网逆变器样机,实验结果验证了所提拓扑的有效性。

一种谐振型推挽式直流变换器

通过在变压器副边串联LC谐振器件,在谐振频率高于2倍开关频率时,电路能实现功率MOSFET的零电压开通和零电流关断,以及副边续流二极管的零电流关断。描述了电路软开关实现的具体过程。针对副边LC谐振过程中特有的n周期谐振现象,探索了其形成机理,推导了n周期谐振下输出电压、负载电阻及谐振电容电压之间的解析公式关系,归纳得到了变换器输出电压与输出电阻、输出电流之间的特性曲线,进而阐述了电路的应用范围及设计特点。最后制作了一台实验室样机,样机最多可工作在4周期谐振模式下,对不同负载、不同周期谐振工作状态的电路波形进行测试,验证了电路工作原理。

功率变换器传导EMI的精确建模

阐述了功率变换器中功率开关器件、无源元件以及PCB板在传导EMI范围内建模的方法。在此基础上 ,建立了一个Boost电路传导EMI的模型 ,给出了仿真和实验结果 。

ZVS三管推挽直流变换器

提出一种采用3个开关管的推挽式(three-transistorsPush-Pull,TTPP)变换器,仅需要在传统推挽变换器的输入电源和变压器两个原边绕组中点间插入一个辅助开关管Q3。两个主管驱动信号ugs1和ugs2与传统推挽变换器中开关管的驱动信号相反;除去死区时间,辅管驱动信号ugs3是两个主管驱动信号ugs1和ugs2的与非关系。用等效电路的方法结合解析方程,分析电路各个工作模态的工作原理和主要开关波形。指出主管可在宽负载范围下实现零电压开通(zerovoltage switching,ZVS),且主管关断电流是传统推挽电路中的一半值。辅管在大负载或加大漏感情况下可以实现ZVS开通,辅管的额定电压是主管的一半,等于输入电压。讨论软开关的实现问题。提出控制芯片及其驱动电路的设计方法,完成一台800W、开关频率为83.3kHz的原理样机,实验结果验证了该变换器工作原理的有效性。

独立逆变器无电流互感器控制研究

针对独立逆变器的应用,提出了一种采用估计电容电流来实现无电流互感器多环控制的逆变器方案,分析了各个控制环原理,建立了控制器的数学模型,并着重通过模型和仿真讨论了在估计电容电流中由电容参数偏差对系统动静态特性的影响,最后给出了几种电容参数偏差下无电流互感器控制逆变器的实验结果。其结果证明了该控制方法的有效性。

分析传导EMI的功率MOSFET建模

基于集总电荷原理,分析了功率垂直双扩散MOS(VDMOS)开关过程各阶段极间电容CGS和CGD的变化,建立了连续的CGS和CGD的模型,利用产品数据手册的数据,采用曲线拟合技术可以提取模型方程中所有未知参数.在Saber仿真软件中,利用现有的LDMOS模型为核心,构筑功率VDMOS的子电路模型,作为精确的瞬态和传导电磁干扰(ElectromagneticInterference,EMI)仿真使用.最后的开关实验和仿真结果的比较证明了该模型的准确性和有效性.

功率变换器动态节点电位平衡共模EMI抑制技术

为了抑制Boost电路中的共模EMI,提出一种动态节点电位平衡思想,即利用功率器件固有的寄生电容在功率电路中构造动态电位平衡节点对,使得流过该节点对的共模位移电流大小相等,方向相反,从而互相抵消,抑制流入源端的共模电流.这种方法被推广应用于多种功率变换器拓扑,如Buck、Flyback和Forwad电路中.理论分析和实验结果都表明该技术有效地减小了电路的共模EMI.

两级式逆变器中间母线电压低频纹波抑制

两级式单相逆变器输出电压和电流都是低频交流电,输出瞬时功率中除含有直流量外还含有2倍输出频率的脉动量,造成中间母线电压出现二次纹波分量。为解决逆变环节产生的谐波引起母线电容发热从而危及母线电容的运行寿命以及母线电压脉动可能导致逆变输出电压畸变的问题,提出了一种通过改变前级直流变换器外环电压控制器参数以实现母线电压低频纹波抑制的方法,并研究了两级式直交逆变器中间母线电容电压特性,通过分析逆变环节输入电流中直流分量、二次谐波分量等表达式,从而揭示两级式逆变器中间母线电容低频电压纹波的产生及其影响因素。方法中前级直流变换器、后级逆变器均采用电压电流双闭环控制。仿真和实验结果表明该控制方法是正确、可行的,且母线电压低频纹波抑制效果明显。

一种桥型副边LLC谐振直流–直流变换器

提出一种副边侧LLC谐振的直流变换器拓扑。原边4个开关管采用一种桥型结构,并利用增加的一个储能电容Cc实现原边同时具有两个电流回路,达到两个变压器原边绕组并联工作而高频谐振电流均流的目的。副边采用倍压结构,利用变压器漏感、励磁电感和倍压电容构成LLC谐振来传递能量。原边开关管能实现零电压开通,且关断时的励磁电流小。副边两个二极管零电流关断,且额定电压为输出电压。分析电路各阶段的工作原理,详细推导电路与传统LLC谐振电路不一样的增益特性。设计一款40～56 V输入/360 V输出/额定负载300 W的样机,在不同输入下电路最高效率都大于95.5%。实验测试波形验证了电路的正确性及可行性。

一种电流自适应的尖峰电压限制型功率管关断控制方法

针对传统的驱动电路固定化的驱动电流无法优化开关器件损耗的问题,提出了一种根据开关管电流调整器件关断速度的方法。在一个平均电流控制的Boost电路中,用电流指令信号来调节驱动电路的关断电流大小。当电流指令信号越大时,驱动电流的关断电流越小;反之相反。这样就实现了在小电流(轻载)下开关管的关断速度更快,关断损耗更小。可以使用一个晶体管电路来实现电流指令对驱动关断电流的调整。设计的原则是,在一定的小电流下器件的关断电压尖峰不大于额定电流下器件的关断电压尖峰。分析了器件的关断特性,讨论了尖峰电压与驱动电流和漏感之间的关系。在一个200 V输入/380 V输出/功率1 kW的Boost电路上进行测试,结果表明采用所提出的驱动电路,轻载下效率比传统的方法提升了1%以上。

电力电子电路PCB中回路间的磁场干扰研究

电力电子电路中的高频开关管会在电路回路中产生高di/dt电流,其会对相邻近的回路产生严重的磁场干扰,破坏电路的正常工作,尤其是在布线愈加紧凑的印刷电路板(PCB)上。为了减小PCB上导线间的磁场干扰,对回路间耦合系数表达式进行分析,抽取出特征量,矩形回路间距离d与线圈l_(1)长度a_(1)之比d/a_(1)、两回路面积之比A_(2)/A_(1)以及两回路中心偏移夹角α,再利用有限元分析方法,分析PCB上矩形回路之间的耦合系数k与各特征量的关系。并且通过MATLAB对仿真数据进行分析,得到耦合系数k与(d/a_(1),A_(2)/A_(1),α)的关系曲线,据此分析提出减小PCB电路回路之间磁场干扰的准则。最后,通过实验进行了验证,为PCB上电路回路的参数设置提供了依据。

一种桥型副边LC谐振变换器及其建模和设计

提出了一种零电流开关（ZCS）的谐振变换器,变压器副边采用倍压结构,由谐振电容和变压器漏感组成的LC谐振可实现电路中能量的传递。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。原边开关管电压应力取决于原边电路结构,副边二极管只承受输出电压。详细分析了各工作模式,基于基波分析法推导了电路的电压增益与频率比m、漏感系数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。针对在车载逆变器样机的应用,对该电路提出了一种高效的设计方案。最后,建立了一个21~28V输入/额定功率600W的逆变样机,实验波形及较高的变换效率验证了电路的正确性及设计方案的可行性。

并联LC网络的软开关三管推挽式直流变换器

提出一种采用3个开关管的软开关推挽电路。增加的开关管Q3串接在输入电源和变压器原边绕组中间抽头之间。一个LC网络并联在Q3两端。因为输出滤波电感能量大,2个原始的开关管能够在宽负载范围内实现零电压开通。并联的LC网络增加了Q3开通前变压器漏感中的能量,使得Q3也能在宽负载范围下实现零电压开通。分析电路各工作阶段原理,讨论软开关实现条件,阐述LC器件的设计。完成一台800W、开关频率为132kHz的原理样机,样机在86 W下就能实现所有开关管的零电压开通,样机最高效率达到94.14%。测试比较了所提电路和基本的三管推挽电路的效率,结果表明,所提电路在轻载下比基本电路效率高2.31%。

一种Flyback-Boost非隔离型高增益直流变换器

提出一种Flyback变换器与Boost变换器相结合的非隔离型高增益直流变换器。该变换器中的Flyback变换器变压器原边电感和Boost变换器电感共用,Flyback变换器的开关管和Boost变换器开关管共用,Flyback变换器的输出和Boost变换器的输出串联,变压器漏感能量能够回馈到Boost变换器的输出,从而获得高增益高效率特性。电路具有结构简单、开关器件电压应力减少的优点。详细分析了拓扑工作原理、电压增益与效率特性。制作了一台100kHz开关频率/80W负载/24V输入/200V输出的实验样机,样机在轻载下可达到91.6%的效率,实验波形验证了理论分析的正确性。

一种高效逆变电源及绿色工作模式的研究

针对车载逆变电源输入侧低压大电流的特点,提出一种前级为并联LC谐振式推挽直流变换电路的高效率逆变电源结构,详细阐述了整个电源的工作原理。提出一种绿色工作模式,即通过在空载状态下前级推挽电路间歇式工作来控制中间直流母线电压在允许范围内波动,达到降低逆变器空载损耗的目的。最终设计制作了一台AC220 V输出,额定功率1 kW的逆变器,测试其额定效率大于90%,绿色模式下损耗仅为10.89 W。

热电发电装置的动态模型及分析

建立以热电发电器件为核心构成的热电发电装置的数学模型。通过运用热力学第一定律,分别建立了热冷端散热器和热电发电器件的动态数学模型和相应的等效电路模型。在简化一些小热容器件的基础上,建立了完整的热电发电装置的动态等效电路模型。根据所建模型分析了See-beck效应输出电压在输入热量波动下的源响应特性和在负载电阻波动下的负载响应特性。最后建立了小型试验装置,测试了装置的源响应曲线和负载响应曲线,并与建立动态等效电路模型的仿真结果相比较,试验和仿真吻合,证明了模型的有效性和分析的正确性。