基于GaN的开关线性复合高速随动脉冲负载直流变换器

有源相控阵雷达发射机收发组件工作在高频脉冲负载模式,这对其供电电源的负载动态性能提出了很高要求。该文针对高速负载切换的二次DC-DC电源,提出开关线性复合并联结构的脉冲负载变换器及其相应的控制策略。基于器件级环路建模的方法有效提升了线性稳压电路的环路带宽,使其进行快速功率跟踪,并设计基于GaN的低阻抗交错并联Buck变换器,使其以较快的速度高效地提供主要脉冲功率。针对重复频率50 kHz、峰值功率120 W的高频模拟雷达脉冲负载,该文搭建脉冲电流上升下降时间50 ns以内的脉冲电源原理样机,输出电压跌落小于5%。实验结果表明所提方法能够有效改善脉冲电源的动态性能。

临界电流模式图腾柱无桥功率因数校正换相谐振抑制

工作于临界电流模式下的图腾柱无桥功率因数校正(PFC)电路因其无整流桥损耗、电感体积小、易于实现软开关而得到广泛关注。然而,在输入电压过零点处,工频管之间的换相时刻,电感会与工频管的结电容产生谐振,相应地,电感电流和直流母线电压因此会存在高频振荡。电感电流振荡会加剧输入电流畸变程度,而母线电压上的高频尖峰由于振荡频率高,后级DC-DC变换器难以抑制而传递至负载,导致敏感负载无法正常工作。该文分析线性开关在主动栅极电路中抑制振荡的工作原理,基于线性开关的特性提出三电平驱动方式来抑制图腾柱无桥PFC换相谐振,降低输入电流总谐波畸变率(THD)的同时实现对直流母线的高频尖峰的抑制,在2kW满载工况下,将输入电流THD降低1%,母线电压尖峰高频分量峰值由2.83V减小至0.01 V以下。实验结果表明,该文所提出的三电平驱动方式可以有效抑制临界电流模式图腾柱无桥PFC的换相谐振。

采用环形变压器的小功率隔离型DC-DC变换器共模电磁干扰噪声建模与抑制

环形变压器具有隔离电容小、易于实现印制电路板(PCB)和集成电路(IC)等优点,在小功率隔离DC-DC变换器设计中的应用日益广泛。实际产品设计中,针对共模EMI噪声的准确预测和有效抑制是至关重要的,而变压器是隔离变换器共模EMI噪声的主要传播通路。然而,目前鲜有针对环形变压器共模电磁干扰(EMI)特性的相关研究,也缺乏针对性的噪声抑制方法。该文针对多种常见于小功率隔离型DC-DC变换器应用的环形变压器对称绕组结构,推导证明其具有统一的对称共模等效集总电容模型。该模型的参数易于获取,且可直接用于预测共模EMI噪声。分析了常用隔离变换器拓扑采用环形变压器时的共模噪声特性,同时给出噪声预测方法,并经实验验证了模型的正确性和有效性。此外,还提出多种环形变压器的共模EMI噪声抑制方法并加以分析,所提方法已在两台样机上得到验证,共模噪声的抑制效果显著。

二极管加电流互感器箝位的移相全桥DC/DC变换器

二极管箝位的移相全桥变换器工作在电感电流断续模式时,箝位二极管工作在硬关断状态,极易损坏,严重影响系统的可靠性。该文分析了该变换器的工作原理,提出二极管加电流互感器箝位的移相全桥变换器,该变换器能够有效地减小箝位二极管的导通时间,使其能够自然关断。详细分析了所提变换器的工作原理,给出主要参数的设计方法,并通过实验验证了原理分析的正确性。

输出纹波最小化有源箝位正激磁集成变换器

传统有源箝位变换器存在输出电流脉动较大的缺点。利用磁集成技术将电感和变压器的交变磁通正向耦合,以减小有源箝位变换器的输出电流脉动。该文提出磁集成有源箝位正激变换器,并对其工作原理进行分析。通过将零纹波点设定在0.5占空比处,使变换器同时得到最小输出电流纹波和最低原边开关管的电压应力。给出集成磁件的设计公式以及原边电流脉动和输出电流脉动的表达式。通过2台100W磁集成和传统式的有源箝位正激变换器的实验对比,验证了理论分析的正确性。实验表明,与传统变换器相比,磁集成有源箝位变换器具有更高的变换效率和更小的输出纹波。

开关电源中磁集成技术及其应用

回顾了磁集成技术的发展历史,介绍并简要分析了目前磁件的等效电路模型及建模方法,从磁心特性、磁集成的通用方法以及不同的磁集成对象三方面对磁集成技术的主要应用研究内容进行了概括分析,总结了磁集成技术的多解性特点、常用的磁集成方式以及磁集成应用的限制。

改进型回转器-电容非线性磁心仿真模型

回转器-电容模型因具有建模方便、电磁信息完整、适于电-磁系统混合仿真等优点而适于仿真建模。本文提出的改进回转器-电容磁心模型,用非线性电阻来模拟磁滞特性,用非线性电容来模拟饱和特性。文中给出模型方程、模型参数计算及优化方法。仿真结果与手册中B-H曲线的一致性证明了建模方法的有效性。模型应用于400kHz Buck变换器及采用磁放大器的多路输出电源的系统仿真中,仿真结果与实验结果或者理论分析结果相一致,证明了所提模型的有效性。

采用磁集成技术的高效率、低压输出正反激变换器

要进一步提高低压 /大电流电源的功率密度 ,必须减小二次侧整流管损耗、磁件损耗以及磁件体积 ,提出了采用磁集成技术和同步整流技术的正反激电路。文中给出集成磁件的等效电路 ,对该变换器的工作原理进行了分析 ,并着重讨论集成磁件的工作状态并给出设计公式。完成 4 0～ 6 0V输入、 5V/ 30A输出、 30 0K开关频率的原理样机 ,满载时 ,变换器的效率不低于88%。

多路输出电源中耦合电感的模型及分析

耦合电感是多路输出电源中的关键部件 ,但其工作机理却未得到足够认识。本文根据所引入的耦合电感的数学模型 ,分析了耦合电感匝比的设计 ,以及耦合电感对于输出电流脉动、负载交错性能、输出动态性能的影响。在深入分析的基础上 ,文中还提出新的调整输出纹波的方法 (改变耦合电感的绕制方法来调整输出纹波 )和改善输出负载交错性能的方法。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。

磁集成变换器的推导及磁件等效电路通用模型

提出了比较简单、实用的集成磁件(IntegratedMagnetics,IM)变换器推导方法,建立了磁件等效电路的通用模型,解决了磁集成技术应用中通常要面临的两个问题。另外,还提出由磁集成变换器推导分立磁件变换器的方法,为拓扑变换和电路的综合分析提供了新思路。

耦合电感对多路输出电源输出纹波的影响

输出电流脉动是多路输出电源的一个重要性能指标 ,而耦合电感又是影响多路输出电源输出电流脉动的关键部件 ,因此需要研究耦合电感对输出电流脉动的影响。本文以两路输出电源为例 ,深入分析了耦合电感对输出电流脉动的影响。首先引入简单有效的数学模型 ,在此基础上给出了耦合电感匝比关系的一般选取原则 ,然后进一步分析了耦合电感各参数对输出电流脉动的影响 ,并提出新的调整输出纹波的方法。实验结果验证了所提方法的有效性。

回转器-电容模型的教学研究

使用回转器-电容模型代替传统的磁件建模方法,能够直接建立磁件的等效电路模型。在这种模型中,绕组被等效为回转器,磁导等效为电容。由于回转器-电容模型建模方便、电磁信息完整,近年来受到相关研究人员的关注。本文针对回转器电容模型的研究生教学,结合该模型的知识特点,将教学的结构原则和程序原则应用于教学活动中,针对回转器电容模型的引出、回转器电容模型建模方法以及模型如何应用于电路分析和仿真分析介绍其教学方法。

电动汽车高效率无线充电技术的研究进展

发展电动汽车是节能、环保和低碳经济的需求,而无线供电(WPT)是未来电动汽车(EV)供电技术的发展趋势。本文介绍了目前常用的三种WPT技术,指出电磁感应式WPT和电磁共振式WPT因为相对效率较高,更适合于EV充电。针对WPT系统,结合高效变换的目的,从拓扑、控制及变压器角度,对目前EV用WPT技术进行了分析,指出非接触变压器成为制约EV用WPT系统高效能量传递的主要瓶颈,进而对变压器高效化需要解决的主要问题和相关研究展开讨论。对于感应式WPT技术,本文就变压器低耦合系数问题和移动充电系统中的"磁通分布不均"问题,进行了相关技术介绍,并提供了解决思路;对于共振式WPT技术,介绍了其研究进展,指出该技术为中等距离的高效能量传输提供了全新的思路,但仍然存在许多技术盲点。

双沿调制的四开关Buck-Boost变换器

与传统的Buck—Boost变换器相比，四开关Buck—Boost变换器具有输入输出同极性、开关管电压应力低等优点。该文针对四开关Buck—Boost变换器在通信电源分布式系统中的应用，提出三模式双频双沿调制的控制策略。该控制策略将变换器分成Buck单元和Boost单元，此两单元分别采用后沿调制和前沿调制，并且在Buck—Boost工作模式时，开关频率由Buck以及Boost模式的200kHz降到40kHz，以提高变换器的效率。实验室制作了一台48V（33-75V）输入48V／6．25A的样机，对所提出的控制策略进行验证。试验结果表明所得结论正确。

S/SP非接触谐振变换器的时域特性分析

S/SP非接触谐振变换器因为对系统参数变化尤其是变压器的耦合系数变化不太敏感,具有良好的应用前景。但该变换器中主要波形谐波含量较大,导致基波分析方法误差较大,直接影响到变换器的参数设计以及控制的有效性。为此论文对变换器的时域特性展开研究。论文考虑谐波影响,推导谐振网络的通用等效电路,揭示谐波产生的原因,建立谐振腔各波形的定量表达式。在时域波形分析的基础上,论文进一步研究变换器的输出增益特性,推导精确的电压增益并指出基波分析方法结果偏大的原因。最后,设计一台1.5 k W的S/SP非接触谐振变换器,特征波形、电压增益的实验与分析结果吻合良好,验证了论文所采用的时域特性分析方法的正确性。

新型非接触变压器的磁路模型及其优化

在非接触电能传输系统中,变压器的耦合系数直接关系到系统的变换效率。为提高非接触变压器的耦合系数,同时减小其体积、质量,给出改进的变压器磁芯结构及绕组排列方法,并结合电磁场仿真结果,提出新型非接触变压器的磁路模型。根据耦合程度不同,将总磁通分为无耦合、部分耦合和全耦合3部分。基于变压器磁路模型和该磁通分类方法,给出各部分磁阻和变压器耦合系数的量化计算方法,并进一步给出变压器优化设计方法,提出边沿扩展平面U型磁芯结构。采用优化后的变压器结构,设计了35～60V输入、60W输出的非接触变换器。变压器耦合系数的计算结果和测试结果一致,证明了所提磁路模型及耦合系数计算方法的正确性。与采用PlanarE64磁芯相比,在10mm气隙条件下,变压器耦合系数可从0.53提高到0.6,磁芯质量从122g减小到60g,最高变换效率提高了约2.5%。

一种适用于高压大功率变换器的三电平直流变换器

(半桥)三电平变换器的优点是其开关管的电压应力为输入电压的一半,该文从另一个角度提出它的推导思路,从中提取出两种三电平开关单元。将(半桥)三电平变换器的推导思路推广到所有的直流变换器,提出了三电平变换器族系,该类变换器除了开关管电压应力为其原型变换器的一半以外,部分变换器还可以大大减小滤波器,提高变换器的动态响应。三电平变换器可以广泛应用于高输入电压/输出电压、中大功率的直流变换场合。

倒装芯片集成电力电子模块

倒装芯片(Flip Chip,FC)技术广泛应用于微电子封装中,将该技术引入到三维的集成电力电子模块(Integrated Power Electronics Module,IPEM)的封装中,可以构成倒装芯片集成电力电子模块(FC-IPEM)。该文详细介绍FC-IPEM的结构和组装程序。在实验室完成由两只MOSFET和驱动、保护等电路构成的半桥FC-IPEM,并采用它构成同步整流Buck变换器,对半桥FC-IPEM进行电气性能测试,最后给出测试结果。

基于改进恒导通时间控制的临界连续导通模式Boost功率因数校正变换器

为改善临界连续导通模式(BCM)Boost功率因数校正(PFC)变换器输入电流总谐波畸变率(THD),该文提出一种改进恒导通时间(COT)控制,分析改进COT控制对输入电流THD和变换器效率的影响;通过改进电流过零检测(ZCD)电路实现电感电流过零信号的提前检测,补偿信号传播延时的影响,缩短甚至消除反向谐振过程,改善输入电流THD的同时不增加控制的复杂度。最后,该文搭建一台160W BCM Boost PFC变换器实验样机,验证所提改进COT控制的可行性和有效性。

输入串联输出准并联的多路输出变换器

采用多路输出直流变换器的服务器电源架构具有较好的效率优势。提出一种应用于该电源架构中的输入串联输出准并联的多路输出变换器。该多路输出变换器由一个DCX和一个辅助变换器组成,其中DCX处理大部分输出功率,辅助变换器仅处理小部分功率,并用来稳定DCX的其中一路输出电压。给出DCX和辅助变换器的电路拓扑选取依据,并提出变换器的软启动控制策略。最后,以输入串联输出准并联的双路输出LLC变换器和双管正激变换器为例,设计一台500W原理样机,进行实验验证。实验结果表明,所提出ISOq P多路输出变换器及其控制策略具有可行性,变换器具有较高的效率,有利于提高服务器电源的整体变换效率。