适用于电动汽车的单开关动作双向固态断路器

设计了一种适用于电动汽车的单开关动作直流固态断路器,该断路器在切除短路故障时只需要通过控制一个开关的通断实现短路故障的隔离与短路能量的耗散。这里对该固态断路器的不同工作状态进行分析,建立相应的数学模型,并以此作为参数设计的理论依据,设计完成后在电动汽车动力电池输出400 V/20 A工作模式下进行短路切除实验,实验结果表明:电动汽车没有发生短路故障时,单开关动作直流固态断路器不影响电路的正常运行;当电动汽车发生短路故障后,该断路器能在5 ms内自动关断,且可以平滑的吸收故障电流使固态开关所承受的峰值电压小于550 V,对电动汽车具有可靠的保护作用。

一种具有连续输出电流的单开关改进二次型Buck-Boost变换器

针对太阳能光伏发电、燃料电池等需要高增益直流电源的特点,引出了具有连续输出电流的高增益改进二次型Buck-Boost变换器。介绍了该改进变换器的工作原理及稳态特性,另外在多个方面将改进变换器与其他变换器进行了比较,由比较参数显示了改进变换器的优良特性。最后利用PSIM仿真软件建立了改进变换器仿真模型,从降压和升压的角度对改进变换器进行了仿真实验分析,从实验分析的结果来看,改进变换器性能较好,验证了其理论分析的正确性。

单开关谐振脉冲电源的过电压抑制

单开关谐振电路只需使用一个开关即可产生高压脉冲,然而当开关在谐振电流为正关断时会产生关断过电压,使开关损坏。为解决该问题,可在开关两端并联RCD(Resistance-Capacitance-Diode)吸收电路或在变压器原边并联R-D(Resistance-Diode)续流支路。但在高压脉冲条件下,这两种过电压抑制电路在不同负载下的带载特性以及效果优劣不明确。文中对比分析了两种电路的过电压抑制机理、参数选择依据、过电压抑制效果和元器件功耗。结果表明,含R-D支路的电源开关过电压与漏感电流和支路电阻R成正比,若R较大,其过电压系数大于含RCD吸收电路的电源。若R较小,元器件功率损耗较大。在高压脉冲电源中,RCD吸收电路的电容不需要在开关导通时将电放完。由于漏感限制,谐振脉冲电路在短路时电流不会过大而烧毁开关。同时,在驱动容性介质阻挡放电时电流能够自动反向,可实现零电流关断。

基于Switch-Capacitor网络的单开关升压变换器

在新能源并网发电系统中,传统Boost变换器存在升压能力有限、纹波大和效率低等问题,为此,提出了一种基于Switch-Capacitor网络的单开关升压变换器,并推演出了相应的多级单开关升压变换器。详细分析了该变换器在CCM和DCM模式下的工作原理和工作性能,并搭建了实验模型,实验结果表明:①在不增加开关器件电压应力的情况下,随着串联的Switch-Capacitor网络个数的增加,这类变换器的升压能力逐渐增强;②输入电流纹波和输出电压纹波小;③变换器中只有一个开关管,控制电路简单;④可以根据串联网络个数的奇偶性改变输出电压的极性,扩大了该变换器的适用范围。

单开关高增益Boost-Sepic集成变换器

将Boost变换器与Sepic变换器进行有机结合,提出一类Boost-Sepic(BSIC)集成拓扑结构,该结构既扩展了电压增益,又降低了开关管的电压应力,同时保留了两种基本变换器输入电流连续的特点。该文首先把Boost环节与Sepic环节在输入端共用一个输入电感和一个开关,然后将Boost环节与Sepic环节的输出端进行串联,构成基本集成变换器拓扑(BSIC)。在此基础上,将耦合电感的匝比引入到集成变换器电压增益的函数中,进一步提高了变换器的电压增益,减小了开关管电压应力,有利于优化整体效率。给出了集成变换器的推演步骤,详细分析了基于耦合电感的CI-BSIC集成变换器的工作原理,讨论了电路参数对其稳态性能的影响。最后,通过一台数字式实验样机验证了理论分析的正确性和有效性。

三相单开关零电流Cuk型功率因数校正器的研究

提出了一种新颖的三相 Cuk 型高功率因数校正电路。在电路拓扑中采用三相全桥整流桥和单管功率开关实现高功率因数和低谐波电流输入;同时在中间储能电容(过渡电容)上串联一电感以及在续流二极管上并联一小电容,使得电路工作在复合谐振状态,从而获得零电流开关。文章分析了电路的工作原理,仿真验证了理论分析结果,同时一个 2kW 的试验电路验证了结论的正确性。该电路具有输出电压调节范围宽、功率因数和效率高等特点,具有很好的实用化前景。

单开关Buck-Flyback功率因数校正变换器

针对传统Buck功率因数校正(power factor correction,PFC)变换器输入电流谐波分量高的问题,提出一种单开关Buck-Flyback PFC变换器。它由Buck PFC变换器与Flyback PFC变换器的输入和输出分别并联并合并主开关管而构成。当输入电压低于输出电压时,变换器工作于Flyback模式,消除了传统Buck PFC变换器的输入电流死区,进而降低了输入电流谐波。分析工作在断续模式的单开关Buck-Flyback PFC变换器的输入电流特性,理论分析表明,该变换器可在全电压输入范围内获得高功率因数与低总谐波失真率,满足IEC 61000-3-2 C类法规对输入电流各次谐波的要求。最后,通过一台96 W实验样机验证理论分析的正确性。

基于开关电容网络并联的单开关升压变换器

在新能源并网发电系统中,传统Boost变换器存在升压能力有限、纹波大、效率低等问题,为此,本文提出了一种基于开关电容网络并联的单开关升压变换器。详细分析了该变换器在CCM模式下的工作原理和工作性能,并搭建了实验模型,实验结果表明:①在不增加开关器件电压应力的情况下,随着并联的开关电容开关电容网络个数的增加,变换器的升压能力逐渐增强;②输入电流和输出电压纹波小;③变换器中只有一个开关管,控制电路简单;④输入电源的位置具有随意性。

单开关二次型DCM Buck变换器

单开关二次型DC-DC变换器采用一个功率开关管实现两个变换器的级联,拓宽了变换器的输入到输出的电压传输比,减少了驱动电路,提高了变换器的效率。相比于传统Buck变换器,二次型Buck变换器工作于DCM模式时有三种不同的工作模态。本文分析了三种工作模态下单开关二次型Buck变换器的工作原理,建立了其平均状态空间等效模型,研究了其稳态特性及各参数之间的关系,最后通过仿真及实验验证了理论分析的正确性。

谐振式单开关多路输出Boost LED驱动电源

提出了一种谐振式单开关多路输出Boost LED驱动电源及其控制电路,分析了其工作原理及特性.该多路输出Boost LED驱动电源只需要使用1个开关管,1个谐振电感和2n-1个谐振电容就能实现2n路输出的恒流控制,具有变换器电路结构与控制简单、体积小、效率高以及成本低的特点.利用谐振电容的充放电平衡原理,仅需控制其中任意一条输出支路电流,即可实现2n路输出支路的恒流及均流控制;此外,该多路恒流输出LED驱动电源具有固有的短路保护特性,任何一条输出支路短路不会影响其它输出支路的稳态电流.最后,搭建了一台48 W的四路恒流输出实验样机,验证了理论分析的正确性.

三相单开关Boost型功率因数校正器的设计

三相单开关Boost型功率因数校正器的分析和设计较为繁琐 ,简化模型可使电路的分析和设计大为简化 ,利用简化模型对功率因数校正器进行了分析和设计 ,仿真和实验说明了分析和设计的正确性。

基于开关电容的三相单开关反激式高增益AC-DC整流变换器

提出一种适用于小型分布式风力发电系统的基于开关电容的三相反激式高增益整流变换器。在传统三相单开关电路交流输入侧引入带开关电容的倍压单元,本文所提出的变换器可以实现高电压增益,且该增益随输入电压的升高而降低,使得电路不仅具有较好的低输入电压工作特性,且有效拓宽了变换器的输入电压工作范围。电路工作在电感电流断续(DCM)模式下,从而可实现稳态时的输入电流功率因数校正(PFC)功能。此外,电路未采用电解电容,可实现极低输入电压下微弱能量的收集,有效提高小风机系统的风能利用率。为了验证该拓扑及理论分析的正确性,设计了一台额定功率300W的样机,额定条件下变换效率可以达到85%,输入电流的总谐波失真(THD)小于10%。

三相单开关Boost型功率因数校正器的简化大信号模型

三相单开关Boost型PFC电路 ,由于工作在不连续导电模式 ,分析起来十分繁琐 ,设计不得不采用“试凑法”。本文根据电路的工作原理 ,利用平均法 ,把原电路简化成一个工作于DCM的DC/DC变换器 ,使主电路的阶次由三降为一 ,简化模型可用于主电路参数设计 ,线性化处理之后 ,可在频域设计输出电压调节器 ,因此使该类电路的设计摆脱“试凑法”。对比性的仿真说明 ,简化模型能够反映原电路的低频大信号特性。

一种复合型单开关功率因数校正预调节器

为了满足输入电流谐波限制标准,例如IEC 1000-3-2,在DC-DC变换器前加入一级功率因数校正变换器作为预调节器。但是对于有保持时间要求的电源,当输入掉电时,由于受下一级DC-DC变换器占空比变化范围的限制,预调节器电容上存储的能量不能全部传送到输出端,因此需要较大容量的电容以提供要求的保持时间。该文提出1种新的预调节器,它可以充分利用预调节器的电容能量,因此在相同的条件下可以减小储能电容,并且保持电容电压低于450V。分析了这种变换器的工作原理,并在1个250W的原理样机上进行了验证,最后给出了实验结果。

单开关Cuk型三相功率因数校正电路设计

提出一种基于Cuk型的三相功率因数校正电路.该电路采用单开关和三相整流桥实现高功率因数和低谐波电流输入,同时在后级Cuk变换器中采用小容量的过渡电容,使得开关工作在零电流开通和零电压分断.分析了电路的工作原理,并通过仿真和试验验证了分析的正确性.本电路输出电压调节范围宽,对负载有很好的鲁棒性.

一种新型的变开关频率控制的三相单开关升压型有源功率因数校正器

本文提出了一种三相单开关升压型有源功率因数校正器的新型控制方法。该方法不需电流检测,而能实现开关管的变频率控制,使得输入电流工作于准临界连续状态,减小了输入电流的谐波含量。

三相单开关功率因数校正器的谐波注入法

被研究电路简单而实用 ,工作于固定占空比就能实现功率因数校正 ,不过这种情况下 ,输入电流含较多的 5、7和 11次谐波。往占空比注入 6倍次谐波 ,能显著减小谐波 ,但确定各谐波的注入量是个难点。采用多种算法 (含遗传算法 )对谐波注入系数进行了优化。经对比可知 :最简单迅速的方法是一维搜索 ;各次谐波的注入系数和输入电压幅值有关 ,只注入 6次谐波效果还不够理想 ;此外 ,所给优化结果是这种电路所能达到的最佳效果。

带前馈、谐波注入技术的三相单开关升压整流器

三相单开关升压整流器不能应用于一个更高的功率等级是因为其高的谐波失真率(THD)。本文提出了一种新的输入电压前馈谐波注入技术应用于不连续导通模式(DCM)下的功率因数校正(PFC)。这种方法可以使得整流器 THD 减小或在满足强制谐波标准如 IEC61000—3—2下达到更大的功率等级,并且由于前馈技术的引入,整流器在瞬态响应方面表现出极佳的性能,输出电压的超调量得到大大降低。

基于LC补偿的单开关ECPT系统研究

单开关DC-DC变流器的电场耦合式无线电能传输系统可以提高系统的工作频率,但开关管承受的截止电压很高。提出了一种使用LC补偿网络的单开关Buck-Boost电场耦合的无线电能传输系统,引入的LC补偿网络可以降低开关管的电压应力。另一方面,一定程度上减小了输出受负载变化的影响。同时,变流器等效工作在电流源模式,耦合电容较小时可以有效地传输功率。且电路能够实现软开关,电路的控制更加容易和安全。仿真和实验结果表明了理论分析的有效性。

单开关控制的软开关反激变换器

介绍了一种新型的控制方案,可以在反激变换器上实现软开关。在电路简化的同时,有效地减少了开关损耗,提高了变换器效率。详细分析了其工作原理及电路设计,并在一台功率200W的样机上验证了该电路的可行性。