三相CLLC谐振变换器磁集成平面变压器设计与优化

三相CLLC谐振变换器凭借其高效率、大容量、低器件应力等优势而受到广泛关注。然而,多相结构的磁性元件数量多、体积大,是制约功率变换器尺寸的主要因素。随着宽禁带(WBG)半导体器件的出现,功率变换器的开关频率显著提高,这也为印制电路板(PCB)绕组的使用提供了有利条件。与传统绕线式绕组相比,PCB绕组的扁平特性更适用于平面磁性元件。此外,由于高频带来的低电感需求也使得基于PCB绕组的平面磁性元件更有利于实现集成。该文提出一种新型的基于PCB绕组的电感和变压器的集成结构,详细分析磁心结构的磁路模型,并给出集成磁件的优化设计方法,最后通过搭建一台基于SiC器件的800 V/10 kW的实验样机进行验证。实验结果表明,该集成方案可有效减小变换器的体积和损耗,具有高功率密度和高效率。

心脏起搏器无线电能传输LCC-LCC磁集成印刷螺旋线圈研究

为实现植入式心脏起搏器无线电能传输系统的体积小型化以及改善系统的传输性能,该文提出一种基于LCC-LCC磁集成印刷螺旋线圈(PSC)的心脏起搏器无线电能传输系统。首先,建立线圈模型,研究在填充比率固定条件下PSC的匝宽和匝间距对传输效率的影响,确定最佳的线圈参数;其次,建立非集成式和集成式耦合机构的仿真模型,计算不同偏移情况下两种耦合机构的磁场分布情况;最后,搭建非集成式与集成式无线电能传输系统,验证集成结构在传输性能方面的优势。结果表明:在12mm的传输距离下,传输效率由62.3%提升至68.1%,输出功率提升了0.39W。此外,通过模拟计算无线充电过程中电场强度和比吸收率(SAR)值在人体内的分布情况,对系统进行安全评估。集成式PCS的提出有助于推进心脏起搏器无线电能传输系统的产品化进程。

基于GaN器件与磁集成技术的车载充电机实验平台研究

随着新能源汽车的普及,对车载充电机的要求越来越高。为了有效提升整机效率和功率密度,将GaN器件与磁集成技术应用于车载充电机,进行了实验平台研究。基于GaN器件设计了两级式车载充电机拓扑结构与外围电路,通过制作磁集成平面变压器,优化了CLLC变换器,完成了整机控制程序设计及2kW车载充电机实验样机搭建,并对样机进行了实验测试与波形分析。实验结果表明,实验样机具有良好的稳态特性与动态特性,整机功率因数在0.98以上,满载峰值效率达到95.22%。该平台能够帮助学生加深对电力电子技术的认识,掌握新型电力电子器件的特性及应用,锻炼实践操作能力,提高相关课程的教学质量。

一种基于磁集成的零输入电流纹波高增益直流变换器

针对光伏系统发电模块输出电压低、DC/DC变换器输入电流纹波大等问题,提出一种基于磁集成的零输入电流纹波高增益直流变换器。该变换器在改进型Sepic电路结构的基础上,将输入电感与变压器进行磁集成设计,使变换器只用一个磁性元件即可实现高增益和零输入电流纹波。该文详细分析所提变换器的工作原理以及输入电流零纹波特性、电压增益特性和开关器件应力特性,给出关键参数设计,并详细阐述磁集成设计方案。搭建1台143 W、56 V/380 V的实验样机,验证理论分析的正确性。

基于GaN器件的磁集成LLC谐振变换器的优化设计

为解决电动汽车辅助电源变换效率和功率密度相对较低的问题,提出一种基于改进磁集成变压器的LLC谐振变换器设计方案,修改了磁芯结构,在一个EEE磁芯上同时集成了谐振电感及变压器,减少了磁元件的重量和体积,优化了绕组排布及气隙结构,降低了磁芯饱和度和损耗,并结合GaN功率器件,最终搭建了一台150W的实验样机.实验结果表明,引入GaN器件及磁集成技术,可大幅提高变换器的功率密度和效率,从而验证了所提出设计方案的可行性.

智能化永磁集成滚筒驱动型无基础可伸缩带式输送机关键技术

针对煤矿井下工作面可伸缩带式输送机在关键部件设计和优化、故障诊断、智能化运维等方面面临的问题和挑战,本研究从高效拆装、集成驱动、智能控制、智能监测等关键技术出发,提出了智能化永磁集成滚筒驱动型无基础可伸缩带式输送机关键技术。主要涉及四个方面:可伸缩带式输送机无基础、高效拆装技术;矿用大功率永磁集成驱动滚筒技术;智能永磁变频张紧技术;煤矿带式输送机智能监测技术。通过上述技术最终实现可伸缩带式输送机安全、高效、智能化运行,为煤炭行业煤矿智能化建设提供设备上的支持。

舰船LLC电源磁集成设计

针对舰船LLC电源向小型化、高功率密度化、低成本化的发展趋势,研究了将LLC谐振变换器谐振电感和主变压器进行集成化设计,理论分析了磁路解耦集成、磁路耦合集成两种设计方案,并对两种设计方案进行了磁件样品的制作和测试,实测结果验证了两种设计方案的有效性。最后对两种方案进行了优劣势对比分析。

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。

基于磁集成结构DC-DC变换器的超级电容储能系统

针对电力驱动设备用电的波动性,提出一种新型磁集成的超级电容储能系统应用于电力驱动设备。该储能系统采用新型磁集成结构的DC-DC变换器,该变换器能较大地减少磁件体积和电流脉动,自身损耗小。储能系统在给设备提供足够电能的同时,还可以稳定供给电压,优化电能质量。通过MATLAB/Simulink仿真和实验结果表明,该储能系统能够很好地跟踪负载电流,及时补充欠缺电能,吸收多余电能,在负载阶跃变化时,直流母线电压变化不超过额定电压的3.33%,与传统解决方案相比,该系统具有更好的性能和工程实用价值。

多相并联磁集成电压调整模块的电路建模研究

针对磁集成磁路耦合和建模分析的难点,提出了一种基于回转器-电容模型的磁集成建模方法。在该模型中,磁性参数中的磁导类比于电路中的电容,绕组励磁类比于电流控制电压源型回转器。文章首先利用回转器-电容模型对两相电压调整模块进行建模研究,并推导出具体的磁集成自感和互感表达式;然后根据该建模方法推导出多相并联磁集成的电路模型,并利用相似矩阵对角化原理求解得到通用模型表达式;文章最后比较了利用回转器-电容模型的磁集成电压调整模块的仿真与实验结果。研究表明,该模型与实际应用相吻合,能仿真磁集成电路的稳态和动态特性,为磁集成建模提供了一个新的研究思路。

一种新型的磁集成双Buck逆变器

双Buck逆变器(DBI)是一种高效可靠的变换器拓扑,但其需要两个电感,且体积重量较大。本文提出一种新型的磁集成双Buck逆变器。通过在DBI中引入磁集成技术来减小磁件体积重量。并采用四绕组集成磁件的双Buck逆变器避免出现额外的环流问题,磁件最大工作磁势和所需绕组匝数均大幅降低,因而磁件体积重量得以减小。实验验证了理论分析的正确性。

交错并联磁集成开关电感双向DC/DC变换器

提出一种具有开关电感的交错并联磁集成双向DC/DC变换器,利用开关电感替代传统双向DC/DC变换器中的储能电感,并将所有电感集成为一个耦合电感,充分减小了磁性器件的体积,优化了变换器暂稳态性能。分析了变换器的工作模态,推导得到了变换器电压增益表达式,通过对变换器暂稳态电感的研究对其暂稳态性能进行了深入探讨,并通过推导得出该类变换器耦合电感耦合度的设计准则,同时提出了一种该变换器耦合电感的设计方法。交错并联磁集成开关电感双向DC/DC变换器Boost模式的电压增益是传统变换器的(1+D)倍,使输入输出电流纹波得到减少,同时提高了变换器的动态响应速度。

并网逆变器中LCL滤波器的磁集成

LCL滤波器具备良好的高频谐波衰减能力,在并网逆变器中得以广泛应用。LCL滤波器有两个独立的电感,若每个电感分别使用单独的磁芯来绕制,则磁芯数量较多,体积较大。为减小磁芯体积,该文采用解耦磁集成的方法,将两个分立的电感集成在一起。然而,由于公共磁路的磁阻不可能为零,集成后的两个电感之间存在一定的耦合,这会削弱LCL滤波器在高频段的衰减能力。对此,该文通过选取合适的公共磁芯高度和磁芯材料,将耦合降低到可接受的程度,以确保开关频率的谐波电流得到有效抑制。针对单相和三相并网逆变器,分别给出LCL滤波器的磁集成设计实例,并进行实验验证。

DCM模式下交错并联磁集成双向DC/DC变换器的稳态性能分析

针对目前交错并联磁集成双向DC/DC变换器工作在DCM模态下的分析不全面这一研究现状,以两相电感进行耦合的两相交错并联磁集成Buck/Boost双向DC/DC变换器为例,在轻载时关断MOS管,利用MOS管的体二极管具有单向导电的特性,避免电感电流出现负值,从而降低变换器的能量损耗,提高变换器的效率。首先深入分析了运行在Buck状态下的双向DC/DC变换器的DCM模态的稳态性能。其次,分析了变换器的工作状况转换条件,求出各模态转换的临界负载电流。并通过引入的变比与其他参数之间的关系具体分析变换器在各种工作情况(CCM/DCM)下每相相电流的变化规律,同时找出变换器的总输出电流的变化规律。最后,通过仿真和实验的具体数据验证理论分析的可靠性。

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%。

一种新型磁集成倍流整流半桥变换器

为提高开关电源的效率和功率密度,提出一种新型倍流整流变换器的磁集成方案。结合半桥变换器的工作原理,详细分析集成磁件内部交、直流磁通分布。推导出集成磁件的等效电路模型,评估集成磁件的等效参数测量。提出两种副边绕组为一匝的解决方案,可获得最短绕组路径或消除泄露磁场。建立样机验证该方案的可行性,并对各种集成磁件间转化机理和应用特点进行总结。

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。

磁集成电压调整模块中磁路耦合的反馈精确线性化解耦控制

试图利用微分几何理论实现磁集成电压调整模块非线性解耦控制。首先分析集成磁心磁路的耦合关系和等效磁路,由此建立了磁集成电压调整模块两输入两输出仿射非线性模型,并基于微分几何理论推导出对应的非线性坐标变换矩阵和非线性反馈规律表达式,得到变换器的状态反馈精确线性化模型。实验表明,磁集成电压调整模块非线性控制策略克服了磁集成中磁路耦合的影响,比现有非解耦PI控制有更好的动态品质和稳态特性,同时容易实现各相电流均流控制和磁路集成的控制解耦。

采用磁集成技术的有源箝位正激变换器设计

针对3.3 V/10 A低压大电流输出、高功率密度电源模块的设计要求,结合有源箝位正激拓扑理论和磁集成技术,提出采用磁集成技术的有源箝位正激变换器;对变换器中的主变压器和输出电感进行集成,得到高效率、高功率密度的有源箝位正激变换器。

一种具多路LED自动均流功能的反激式磁集成变换器

以具有多路LED输出均流功能的反激式功率变换器为研究对象,通过将反激变换器的功率变压器与均流耦合电感集成在一个磁芯结构上,提出新型的具有多路LED自动均流功能的磁集成反激变换器方案。采用电路和磁路理论以及电路磁路综合仿真,详细分析集成方案的工作原理、工作波形以及输出均流特性。分析和实验测试结果表明,该磁集成变换器具有优良的多路均流特性,即使在两路负载相差8倍的情况下,均流精度仍达3%以内,完全满足工程应用要求。该磁集成变换器采用了先进的磁集成技术,具有结构简单、不需要额外均流控制电路、可靠性高、效率和功率密度高及成本低等特点,很适用于LED多路驱动电源应用。