控制型软开关变换器的实现策略

该文明确了控制型软开关的定义,总结和归纳出控制型软开关的 5 个特征。然后用现有的控制型软开关变换器检验了这 5 个特征理论。接着应用 5 个特征理论推导和构造出Buck、Boost、Buck-boost、Cuk、Zeta、Sepic、Flyback、Forward等一系列拓扑的控制型软开关的实现方法。一个 48V 输入,19V/5A 输出,开关频率为 200KHz 的同步 Buck 变换器样机进一步验证了控制型软开关 5 个特征理论的正确性,其满载效率达到了 96.1%

单开关DC/DC变换器的一种软开关实现策略

该文提出了一种适用于Buck、Boost、Buck-boost、Flyback等各种单开关DC/DC拓扑的软开关实现策略,即同步整流加上电感电流反向的策略。根据两个开关管实现软开关的条件不同,提出了强管和弱管的概念,给出了满足软开关条件的设计方法。一个24V输入,40V/2.5A输出,开关频率为200KHz的同步Boost变换器样机,进一步验证了上述软开关实现策略的正确性,其满载效率达到了96.9%。

非对称结构多路输出LLC谐振型变换器

针对有最低负载限制的多路输出电源系统,提出一种非对称结构LLC谐振型变换器。该变换器副边电路可以根据各路输出功率的大小灵活采取不同的结构。所以该结构适用于主输出功率较大,辅输出功率较小的场合。另外,该变换器的所有功率半导体器件都工作于软开关状态,所以适用于高频高功率密度的场合。文中详细分析该变换器的非对称工作原理,软开关过程,并给出关键的参数设计方法。最后仿真和实验结果进一步验证了以上分析的正确性。

一种新颖的宽范围双管正激型DC/DC变换器

该文提出了一种RCD复位双管正激型DC／DC变换器。它继承了RCD复位单管正激变换器占空比可以大于50％的优点，克服了RCD复位单管正激变换器开关电压应力大和励磁能量完全消耗在R上而使得变换效率低的缺点。所推荐的RCD复位双管正激型DC／DC变换器的复位电容只起到补偿复位的作用，复位电阻R上消耗的能量只是原来RCD复位单管正激变换器的几分之一。因此该变换器可以应用于高压输入场合或是宽范围、高效率要求的场合，可提高RCD复位方式的可行性和实用性。最后通过实验证实了该拓扑上述的优点。

一种新颖的三电平软开关谐振型DC/DC变换器

该文提出一种新颖的三电平LLC串联电流谐振型DC/DC变换器。每个主开关电压应力是输入电压的一半,并且全范围实现ZVS而不用附加任何电路。整流二极管工作在ZCS状态。该变换器通过二次谐振的手段使得以较小的频率变化范围就可以实现较大的输入输出调节范围。整个变换器只需一颗磁元件。该变换器在高压端输入时效率较高,应用在要求有保持时间的电源产品上特别有利。文中通过一个500V-700V输入,54V/10A输出的样机验证了它的工作原理和特点。该样机在额定条件下效率达到94.7％。

一种新颖的同步整流驱动电路

电荷自维持电路可以较好地解决双管正激变换器、谐振复位正激变换器、RCD 复位正激变换器等拓扑同步整流采用自驱动方案而出现的死区问题。该文提出了一种新颖的电荷自维持电路,它比现有的电荷自维持电路在结构上更加简单,共态导通的时间更加短,抗干扰能力更强,驱动损耗更小。最后通过实验验证了该电路的有效性和实用性。

三电平LLC谐振型DC/DC变换器的分析和设计

将三电平技术和LLC谐振变换器结合起来,提出三电平LLC谐振变换器。根据等效电路模型推导出该变换器输入输出电压的增益与开关频率、负载之间的关系,揭示其开路和短路特性.为该变换器的空载工作和短路保护的设计提供了理论基础。提供了该变换器两个死区时间的设计方法,从而保证了开关电压应力限制在输入电压的一半,同时满足每个开关零电压关断的实现条件。谐振参数可用推荐的方法依照变比n、谐振电容Cs、谐振电感Ls、谐振电感Lm的次序来设计。最后根据所提供的设计方法设计了一个540 W样机,性能和结果满足要求,效率达94.7％。

中小功率系统集成DC/DC标准模块的一族候选拓扑

有源箝位正激型变换器(简称ACF)以其极佳的宽范围适应性、较低的开关电应力、简单的同步整流自驱动方式而被选为中小功率电力电子系统集成中DC/DC标准模块的较佳候选拓扑。该文将系统地总结各种经典的ACF结构,同时也将提出一些新颖的结构以及独特的观点,使得ACF更加的完善。根据ACF的特点,将它拆成原边电路和副边电路两部分独立来描述,以适应不同输入要求和输出要求。最后将原副边电路配合起来,论述了ACF的三种控制性软开关的方案,以及提出以可选择性外挂配件的思路,根据不同的使用场合选择硬开关或是软开关工作状态。最后,实验结果验证了以上的分析和理论。

一种适用于高压输出的软开关多谐振直流变流器

将倍压整流技术和LLC多谐振变流器结合起来,构造出倍压整流LLC多谐振变流器。该变流器的变压器结构简单,副边只需要一个绕组;输出电容电压应力是输出电压的一半,无需额外的均压电路;只需要两个整流二极管,二极管的电压应力等于输出电压,电流应力等于输出电流,所以该变流器非常适合用于高压输出中小功率的DC/DC电源。另外,该变流器的所有功率半导体器件都工作于软开关状态,所以适用于高频高功率密度的场合。详细分析了该变流器的工作原理,软开关过程,输出电容的自动均压机理,并给出了关键的参数设计方法,采用该变流器技术的500V输出直流电源的实验结果验证了以上分析的正确性,满载效率达92.3%。

磁放大后级调整技术在LLC谐振型变换器中的应用

为了使LLC谐振变换器适用于高调整率要求的多路输出场合,利用“分时”的方法,同时采用两个饱和电感将磁放大后级调整技术应用于LLC谐振型变换器。分析了在LLC谐振变换器中磁放大器死区问题对调整率产生的影响,通过理论分析和实验证明了磁放大器死区问题在LLC谐振变换器中的影响要比反激型变换器中小得多,制作了310V输入,24V/3A和12V/2A输出的实验样机,实验结果证明带有磁放大后级调整技术的LLC谐振变换器仍旧具有全范围的零电压开关条件,并且具有极佳的交叉调整率,满载效率达到88.5%。

DC/DC拓扑的分类和选择标准

为了提高电力电子产品设计者选择DC/DC拓扑的准确性和快速性,分析了现有市场上主流的通信、电脑用电源中DC/DC的应用特点,从电气规格出发提出了电力电子产品设计中DC/DC变换器的电路拓扑选择的四大标准.输入电压高低决定是否采用软开关;输出电压高低决定是否采用同步整流;输入输出电压变换范围宽窄决定是否采用宽范围拓扑;功率大小决定候选拓扑的开关数量.通过一个关于通信电源中DC/DC拓扑初选的例子说明了所提四大标准的用法,并证实了四大标准的实用性和有效性.针对一些经典的DC/DC拓扑和最新的DC/DC拓扑与这四大标准的关系进行了评价,得出了电气规格和拓扑之间的直接对应关系的表格,便于电力电子产品设计者参考.

一种适用于模块并联的同步整流驱动电路

该文提出一种适用于模块并联工作的高效率的同步整流驱动电路.采用这种驱动电路,同步整流的波形和驱动损耗可以做到和自驱动一样的效果,同时又解决了多个模块并联时会产生短路的问题.此外,采用这种驱动电路还可以调节驱动电压幅度的高低.文中从时域和频域两个角度对此电路进行了详细的原理分析.采用所推荐驱动电路的36～75V输入,1.8V/600A输出,四分之一砖标准的模块电源效率高达90%以上.最后,仿真结果验证了该电路调节同步整流驱动电压幅度的功能.

副边电压应力最小化的LLC谐振型变换器拓扑

提出一种副边电压应力最小化的LLC谐振变流器拓扑,该拓扑除了具有传统LLC谐振变流器拓扑原边开关容易实现全范围的ZVS、副边二极管容易实现ZCS、谐振电感和变压器容易实现磁集成、宽范围等优点外还具有副边二极管的电压应力以及副边电容的电压应力均为输出电压的一半的优点。所以该拓扑非常适合应用于高压输出的直流电源中。文中详细分析了该变流器的演化过程、工作原理和关键参数的设计方法。最后以一个1100W的实验样机验证了该拓扑的可靠性和实用性。样机的满载效率达到96％以上。

双管反激变换器占空比的拓展技术

为了克服传统双管反激变换器占空比不能大于50％的缺点，同时又保持主开关管低电压应力的优点，提出了两种宽范围双管反激变换器，在传统双管反激结构的基础上去掉一个钳位二极管，并且对两个开关的关断时序进行合理控制，使得两个主开关管分别承受输入电压和输出电压．详细分析了宽范围反激变换器的工作原理，并且从有效占空比的范围以及占空比对输入电压、输出电压的调节能力阐明了变换器的宽范围适应性．经输入电压为100-400V，开关频率为108kHz，功率为100W的样机验证，这两种宽范围双管反激变换器的满载占空比范围为32％～68％，变换效率达89％，适用于宽范围高电压输入的场合．

电力电子系统集成技术发展的若干新思路

分析了电力电子系统集成的基本要求和特点,从电路拓扑如何适应电力电子系统集成的角度出发,探索性提出了电力电子电路拓扑发展的3个新思路。为了提高拓扑的宽范围输入输出能力,提出了改善占空比调节特性的思路,从占空比的有效范围和有效占空比对输入输出变化的调整能力两个方面改善了拓扑性能。为进一步提高拓扑的宽范围适应性,提出了变结构的柔性变流器思路,并给出了拓扑切换的控制思路。为了兼容低端和高端场合的应用,实现电源的可升级功能,提出了模块可扩充性部件的思路。对于每个思路都代表性地提出了一些实施例。

宽输入电压范围Buck型变流器小信号环路

Buck型变流器的功率级小信号传递函数会随输入电压变化而变化,对于宽输入电压范围的应用,会出现稳定性和动态不能兼顾的问题。详细分析了Buck型变流器小信号特性,总结了通常的设计方法,并且提出了采用输入电压作为补偿量去影响PWM锯齿波斜率的方案,从而抵消功率级中输入电压的影响。给出了一次侧控制和二次侧控制时具体的输入电压补偿电路。采用补偿电路的Buck型变流器在不同输入电压下环路增益的博德图一致性非常好,变换器能够取得较好的稳定性和动态。该方案解决了宽输入电压范围Buck型变流器的小信号设计问题,使得Buck型变流器更加适合于系统集成。

较高输入电压下系统集成的一组解决方案

为了给中小功率较高输入电压系统集成中的标准模块提供合适的拓扑,提出了不对称双管正激变换器拓扑的解决方案.该方案利用合理的开关联接和高效的复位方式,构造出了电阻电容二极管(RCD)复位不对称双管正激变换器、谐振复位不对称双管正激变换器和有源箝位不对称双管正激变换器的拓扑.对这三种变换器进行了分析和比较.结果表明,有源箝位不对称双管正激变换器性能最佳,结构最复杂,成本最高.RCD复位不对称双管正激变换器性能相对最差,结构最简单,成本最低.这三种变换器能降低开关的电压应力,可以工作于宽输入电压变换范围,非常适合应用于较高输入电压的电力电子系统集成标准模块中.

柔性变流器及其应用

为了适应电力电子系统集成中模块标准化的要求,提出柔性变流器的概念,并且给出一种具有2个可选择拓扑的柔性变流器的例子.只要改变输出端子的联结方式就可以让这个变流器工作于2个不同的拓扑,这2个拓扑在适应V/I输出和2V/(I/2)输出2种应用场合下元器件的应力完全对等.由于柔性变流器在不同拓扑下具有不同的功率级传递函数,存在不利于小信号设计的问题,通过选择合理的控制电路结构解决了小信号兼容性问题.通过220V和110V两种输出规格合一的1100W的电力操作电源样机验证了以上的分析,在这2种输出电压下的变换效率都高达96%,和传统变换器相比,柔性变流器具有更佳的宽范围适应性.

复合材料层合板螺栓连接失效分析

利用ABAQUS软件,加入失效分析程序对层合板螺栓连接挤压强度进行分析。本文提出一种合理的材料刚度退化方法模拟材料失效过程,计算中采用Hash in准则为失效判据,考虑了接触关系,材料逐步失效以及几何非线性等因素。研究结果表明,对压缩失效与拉伸失效采用不同的刚度退化方法能较准确地描述材料失效状态;孔径与板厚度比(D/t)对螺栓孔挤压强度影响较大,随着D/t值减小,螺栓孔挤压失效区域向螺栓孔中心线位置集中。

Boost电路的一种软开关实现方法

提出了一种 Boost 电路软开关实现方法,即同步整流加上电感电流反向。根据两个开关管实现软开关的条件不同,提出了强管和弱管的概念,给出了满足软开关条件的设计方法。一个24V输入,40 V/2.5 A 输出,开关频率为200 kHz 的同步 Boost 变换器样机进一步验证了上述方法的正确性,其满载效率达到了96.9%。