一种全功率范围零电压开通的电流型双向隔离DC-DC变换器

针对传统电流型双向变换器存在的低压侧开关高电压尖峰和硬开关现象,提出一种可在全功率范围内实现实际零电压开通(ZVS)的电流型双向隔离DC-DC变换器。该变换器的一次侧Boost半桥能有效抑制开关管的高电压尖峰;二次侧为两个有源半桥并联,通过调整二次侧桥内移相角可改变实现ZVS的反向电流的大小。该变换器通过采用混合移相+脉宽调制(PWM)控制,可使所有开关管在全功率范围内实现实际ZVS。首先,介绍变换器的工作原理;然后,详细分析变换器的功率传输特性和软开关特性;最后,搭建一台30~60V输入、400V/2.5A的实验样机,验证了所提变换器及其控制策略的优势。

不对称半桥变换器零电压开通条件的分析

分析了一种半桥不对称PWM控制DC/DC变换器的工作原理,以及为实现功率管零电压开通(ZVS),其主电路参数必须满足的条件,得到了开关管ZVS时间与谐振电感、占空比、负载以及输入输出电压的关系,得出了谐振电感的设计准则,并对相关计算公式进行了简化以适用于工程计算。根据理论分析结果设计了270V输入,48V输出1.5kW变换器。该变换器的实验结果论证了理论分析的正确性,样机效率达到了93%。

一种精确调节的零电压开通三路输出直流-直流变换器

多路输出直流-直流变换器广泛地应用于各种电子设备。该文的目的是提供一种所有输出均可精确调节的零电压开通3路输出直流-直流变换器。其中第1路输出和第2路输出分别由2个不对称半桥电路来调节,第3路输出由这2个不对称半桥电路之间的相移来调节。所有的主开关管都可以实现零电压开通,因此该3路输出直流-直流变换器可以以较高的效率工作于较高频率。文中探讨了该3路输出直流-直流变换器的工作过程、零电压开通条件及闭环控制设计。用一台输入电压为400V,输出分别为48V/10A、5V/20A12V/5A的实验样机来验证该零电压开通3路输出直流?直流变换器的优越性,在100kHz工作频率满载输出时转换效率为93.36%。

全桥零电压开通逆变电阻焊焊接电源研制

软开关逆变电源是各类焊接电源的主要研究方向,详细介绍了所研制的全桥式零电压开通逆变电阻焊机。该主电路以工业用控制计算机为控制核心,选用IGBT为功率开关元件,以改进后的EXB841驱动电路进行驱动。研究结果表明,该系统工作稳定可靠,具有良好的过流保护功能,通过优化电路参数和适当地设置软件参数,可以在不需增加任何附加电感的情况下,实现了IGBT功率开关元件的零电压通断。

一种零电压保持开通的开关磁阻电机再生制动控制策略

为了减小开关磁阻电机(switched reluctance motor,SRM)再生制动运行时能量回馈对母线电压的冲击,对SRM再生制动过程进行分析,研究了再生制动能量对母线电压造成的影响,提出一种零电压保持开通的三步制动控制策略。以一台三相开关磁阻电机为应用对象,阐述了所提方法的工作原理和实施办法。研究结果表明该方法既可以产生必要的制动转矩,又能降低再生制动过程中的能量回馈对母线电压所造成的冲击,提高制动过程的可靠性和安全性。仿真与实验验证了该方法的有效性和实用性。

新型零电压零电流谐振极型软开关逆变器

提出一种新型的零电压零电流谐振极型软开关逆变器,可以在主功率器件开通和关断时,同时实现零电压和零电流,因此对于内部电容不能忽略的器件,可减小容性开通损耗,当绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)作为主功率器件时,也可减小拖尾电流引起的损耗。主功率器件真正做到了无损耗换相。此外,续流二极管的反向恢复损耗被降低到最小,辅助开关也实现了零电流开关。对其工作原理进行分析,给出不同工作模式下的等效电路图和回路的参数设计方法。制作一个1kW的实验样机,通过实验结果验证该软开关逆变器的有效性。

一种零电压转换H6结构非隔离光伏并网逆变器

非隔离型单相光伏并网逆变器的漏电流和效率是两个关键指标。非隔离型并网逆变器相比隔离型结构有效率优势,但到目前为止,非隔离型并网逆变器的高频开关仍然工作在硬开关状态。提出一种零电压转换H6结构非隔离光伏并网逆变器,通过引入两组谐振支路可实现高频主开关的零电压开通和零电压关断,高频辅助开关管的零电流开通,及续流二极管的零电压开通和零电压关断。论文详细分析新型逆变器的工作模态、软开关条件、占空比约束条件和谐振参数设计方法,并通过一台100kHz、1kW样机验证新型逆变器的可行性。

零电压开关N型交错并联三电平双向DC-DC变换器

针对传统的两电平双向DC-DC变换器开关管电压应力较大和输入输出电流及电感电流纹波较大的问题,提出一种零电压开关N型交错并联三电平双向DC-DC变换器。该变换器采用两相三电平交错并联的结构,以开关管依次移相90°的方式导通,减小了输入输出的电流纹波和开关管的电压应力;通过变频软开关控制使该变换器在宽范围负载内能实现所有开关管的零电压开通(ZVS),提高变换器的工作效率。文中详细分析该拓扑结构的工作原理和数学模型,推导出电感电流纹波、输入电流纹波与占空比的关系。同时,在实现ZVS的工作状态下推导电感最小负电流、电感平均电流和开关频率之间的关系。最后,搭建50V/200V 650W的实验样机,对理论分析结果进行实验验证。实验中变换器的所有开关管均实现了ZVS且输入电流纹波几乎为0,其满载效率为96.85%。

移相全桥零电压倍压整流SPWM逆变器

针对离网式太阳能光伏产品中升压比和效率不高等问题,提出了移相全桥零电压倍压整流SPWM逆变器。倍压整流电路将变压器副边电压整流升压,提高了整个系统的升压比。使用UC3879进行移相控制,利用开关管的反并二极管实现开关管的零电压开通,减少开关损耗,提高效率。分析了该拓扑的运行机理和工作模态,通过实验得到了逆变器相关波形和不同负载下的效率,验证了该逆变器方案的正确性和可实现性。

三电平ANPC-DAB的零电压软开关特性与损耗均衡方法

采用多电平电路来构建双有源桥(dual active bridge,DAB)直流变换器可实现更高的电压等级与功率密度及更好的性能。基于半桥有源中点钳位型(active neutral point clamped,ANPC)三电平电路构建半桥ANPC-DAB电路,通过分析开关状态切换过程中零电压开通(zerovoltage switching,ZVS)的软开关特性,得出使全部12个开关管实现ZVS开通的条件。在此基础上,通过分析零电平开关状态对损耗分布的影响,提出一种能够有效改善开关管损耗分布的调制方法。为验证DAB的损耗分布及效率,对半桥ANPC-DAB建立损耗模型,对开关管的损耗分布及DAB的效率进行仿真分析。最后,通过1.5k W的实验样机完成实验验证。仿真与实验结果表明,所提出的调制方法在全部开关管实现ZVS的同时,有效地改善了功率器件的损耗分布。

零电压零电流谐振极型软开关逆变器

提出了一种新型的零电压零电流谐振极型软开关逆变器。在主功率器件开通和关断时,实现零电压和零电流,减小了电路损耗。同时,续流二极管的反向恢复损耗被降低到最小,辅助开关也实现了零电流开关。对其工作原理进行了分析,给出了不同工作模式下的等效电路图。制作了一个1 k W的试验样机,结果验证了该软开关逆变器的有效性。

新型并联谐振直流环节零电压开关逆变器

为了提高逆变器的效率和性能,提出了一种新型的谐振直流环节软开关逆变器。通过在传统硬开关逆变器的直流环节添加辅助谐振单元,实现了逆变桥开关器件的PWM软开关动作,同时辅助谐振单元的开关也为软开关操作。减小了逆变器中的续流二极管和辅助谐振单元中的二极管的反向恢复损耗,且开关器件承受的电压都没超过直流电源电压。经10 k W的试验样机验证了该软开关逆变器的有效性。

一种新颖的零电压开关全桥逆变器

提出了一种新颖的零电压开关全桥逆变器电路,在单H桥逆变电路的直流侧增加有源箝位软开关支路,可以实现所有开关管的零电压开通,同时由于谐振电感的存在,还可以抑制主开关管的反并联二极管反向恢复电流,从而降低逆变器的开通损耗和反向恢复损耗。本文较为详细地分析了电路实现软开关的各个过程,并从理论上计算了软开关实现条件,最后搭建了300W的实验样机进行了实验验证。

新型零电压零电流软开关逆变器的仿真研究

提出一种新型的零电压零电流谐振极型软开关逆变器,可以在主功率器件开通和关断时,同时实现零电压和零电流,因此对于内部电容不能忽略的器件,可减小容性开通损耗,当IGBT作为主功率器件时,也可减小拖尾电流引起的损耗。主功率器件真正做到了无损耗换相。此外,续流二极管的反向恢复损耗被降低到最小,辅助开关也实现了零电流开关。对其工作原理进行分析,给出不同工作模式下的等效电路图。通过仿真结果验证该软开关逆变器的有效性。

谐振型零电流零电压逆变器的介绍和分析

本文介绍了谐振型开关电源主电路及其控制原理。对什么是零电压（ZVS）和零电流（ZCS）开关等概念给予了清楚的定义，详细分析了全桥箝位准谐振、零电压开通控制的工作过程。

电压不匹配运行条件下双有源桥变换器的效率优化方法

通过对双有源桥(DAB)变换器全部开关管的零电压开通(ZVS)控制,同时兼顾对DAB变换器的电流应力进行优化,来提升DAB变换器在输入输出电压不匹配运行条件下的整机效率。首先详细分析DAB变换器实现ZVS的电感电流约束条件,并获得传输功率范围;对比分析升压和降压运行场景下的软开关约束条件对传输功率的影响,以软开关功率范围最大为指标优选移相控制方式;然后基于优选的移相控制方式,为了进一步降低开关管的电流应力,提出零电压开通-电流应力优化(ZVS-CSO)算法,求解得到ZVS区域内电流应力最小时对应的移相比,并从理论上对比验证了优化效果;最后在StarSim硬件的环平台以及实物平台上对所提优化算法的有效性进行了验证。

一种宽电压范围输出的多谐振变换器

针对LLC谐振变换器宽增益与高效率难以兼顾且低压输出时轻载调压困难的问题,在LLC谐振变换器的基础上添加了LC陷波器后,一种多谐振DC/DC变换器(LLC-LC)被提出来。该谐振变换器可更宽范围的调节输出电压,在增益方面具有明显优势。此外变换器的开关管在整个工作范围内可实现零电压开通(ZVS),输出整流二极管可实现零电流关断(ZCS)。与LLC变换器相比,多谐振变换器可利用三次谐波来传递有功功率,变换器无功循环能量带来的损耗减少,效率得到提高。从增益和效率的角度出发,建立了完整的多谐振变换器参数设计方案,对变换器参数进行了优化,并制作了一台2. 5 kW的样机,实验结果与理论分析一致,证明了参数设计的合理性。

电动汽车直流充电系统LLC谐振变换器软开关电压边界分析

LLC谐振变换器以其优异的性能被广泛应用于电动汽车直流充电领域。针对电动汽车宽输出电压范围、高转换效率的充电需求,该文对直流充电模块后级全桥LLC谐振变换器软开关运行的输出电压边界进行了分析。零电压开通(ZVS)上边界处,变压器励磁电感参与谐振,其二次侧等效峰值电压与负载电压相等,整流二极管临界导通;ZVS下边界处,谐振电流与谐振腔的输入电压同时过零,LLC谐振变换器运行于临界感性区间。该文利用时域分析法详细分析了变换器ZVS上下边界处的工作状态,计算出变换器软开关运行所允许的输出电压范围,揭示了变换器的软开关特性与工作频率、谐振参数之间的关系,为变换器的参数设计和变频控制提供了理论指导。最后,通过仿真和实验对理论分析进行了验证。

基于脉冲阶梯调制模块大功率IGBT电压驱动供电电源设计

针对托卡马克脉冲阶梯调制(Pulse step modulation,PSM)模块大功率IGBT驱动电路的要求,选取有源钳位反激变换器作为设计的主电路,详细介绍了电路主要元件设计方法,研究电路主开关管零电压开通和基于LM5025前馈控制的实现方案。并针对ITER射频波加热系统,设计了一款开关频率为480 kHz的驱动电源。试验结果表明,在允许的输入电压范围内实现了电路主开关管零电压开通和前馈控制,降低了开关损耗,提高了电路工作的可靠性。

实现效率优化的无线电能传输系统双侧多周期不对称电压激励方法

在宽功率范围内实现高效功率传输是无线电能传输系统的基本要求。为提升全功率范围下无线电能传输系统的效率,该文提出了一种双侧多周期不对称电压激励方法。该方法在一、二次侧采用一种具有多个周期的不对称激励电压波形,当系统需要降功率运行时,根据功率大小对构成多周期激励电压波形的各个半周期脉宽依次进行缩减。同时,通过调节二次侧激励电压波形相对于电流波形之间的位置关系,实现宽功率范围内的开关器件零电压开通。通过各个半周期脉宽随功率降低依次缩减的变化模式,使激励电压相位差随功率的逐渐降低而出现多次回归至峰值的非单调变化特性,平抑了宽功率范围内激励电压相位差的波动幅度而将其维持于较高值,进而实现宽功率范围内的效率提升。实验结果表明,所提方法在宽功率范围内的效率不低于传统方法的效率,在大部分功率点的效率高于传统方法的效率。所提多周期不对称电压激励方法无需任何额外硬件电路,可在宽功率范围内实现效率提升。