含耦合电感的交错高降压比DC-DC变换器

为了解决传统Buck电路降压比小、功率器件电压应力大的问题,提出了一种基于耦合电感的新型交错Buck电路。该变换器通过选择合适的耦合电感匝数比,可以在延长工作占空比的同时实现较低的转换比,采用交错技术和元件重排技术来减小功率器件电压应力。此外,与传统的Buck电路相比,所提变换器具有更高的效率。讨论了所提变换器的工作原理、性能分析,并通过仿真和实验验证了相关结论。

混合型高降压比Fibonacci开关变换器

48 V数据中心母线电压迫切需要一类兼具高降压比、高效率的电源变换器。针对传统开关电容型高降压比变换器存在飞跨电容数量多的问题,这里提出一种交错式混合型高降压比Fibonacci开关变换器。结合Fibonacci电容网络高降压比的优势与串联电容Buck低纹波的优势,这里将两类拓扑进行整合及冗余开关复用,进而提升效率与功率密度。与其他开关电容型高降压比变换器相比,在飞跨电容数量相等或更少的情况下,该变换器具有更高的降压比。通过设计飞跨电容容值与交错各相占空比,实现了电容的完全软充电与各相电感电流的自动均衡,优化了变换器的工作特性。最后,搭建了一台36~60 V输入、0.6~2.5 V/30 A输出的实验样机,48~1 V峰值效率为92.1%,实验结果验证了分析的正确性与所提拓扑的可行性。

一种适用于多场景的新型无变压器高降压比变换器

针对传统Buck变换器受最小占空比限制的影响,无法适用于高降压比场合的问题,提出了一种新型无变压器高降压DC-DC变换器。首先,详细地分析了所提变换器的工作模态和开关时序。其次,在控制层面,该变换器应用交错式脉宽调制的开关模式,不但增加了其带载能力,还极大减少了元器件的电压应力。对新型高降压比变换器的工作过程进行分析,同时在理论上进行了参数设计。最后,搭建500/26 V 430 W的样机进行实验,实验结果充分证明了理论的正确性和可行性。

集成电容网络型高降压比DC/DC变换器

随着数据中心供电系统容量的持续增加,48 V的直流母线电压己成为一种发展趋势,这对二次电源的效率、降压比等提出了新的要求。针对传统高转换比开关变换器降压比与效率无法兼顾的问题,这里分析并设计一种整合开关电容网络型高降压比隔离式DC/DC变换器。通过将串联电容Buck变换器与倍流整流网络结合,变换器具有电压应力低、降压比高、电流应力小的优势。此外,通过对变换器漏感和死区时间的设计能够实现初级开关管的零电压导通,有效降低了变换器的开关损耗。这里对该变换器的工作原理、电压增益、电压应力以及软开关等特性进行了分析,并搭建了一台48 V输入、1.2 V/30 A输出的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性及所提方案的可行性。

一种非隔离交错工作的高降压比DC-DC功率变换器

传统Buck变换器受降压比限制,并不适用于高降压场合。基于此,提出一种高降压比DC-DC变换器,在适当的占空比下,能够实现高降压比。其主要通过隔直电容分压来降低开关管和二极管的电压应力;电感电流频率与开关频率是整数倍的关系,有利于减小电感体积和电流纹波,提高功率密度;具有良好的可扩展性,可以简单地通过增加或减少开关管与Buck回路的数量来调节降压范围。最后,给出该变换器的工作原理以及各相关参数的计算,并在此基础上进行仿真和实验,结果证明了理论分析的正确性。

基于耦合电感的交错高降压比DC/DC制氢变换器

将光伏发电应用到电解水制氢中,可以低成本、无污染的制出高纯度的高效清洁能源氢能,缓解环境压力并助力碳中和目标的实现。直流/直流(DC/DC)变换器可灵活匹配光伏阵列与电解槽的I-V曲线,提高光伏制氢系统效率。为了解决传统降压电路降压比小、功率器件电压应力大的问题,提出了一种基于耦合电感的新型交错Buck电路。该变换器通过选择合适的耦合电感匝比,可以在延长工作占空比的同时实现较低的转换比,采用交错技术和元件重排技术来减小功率器件上电压应力,从而在实现高降压比的同时,大大提高变换器的效率。在实际应用场景中也可以提高制氢系统的效率,推动清洁能源的发展。进行了变换器的工作原理、性能的分析和对比,最后通过电路仿真和试验验证了上述的分析。

一种高降压比双输出Buck变换器的分析与设计

为解决传统单电感双输出SIDO(single-inductor dual-output)Buck变换器降压比低的问题,引入了二次型单元,提出一种高降压比双输出Buck变换器。对高降压比双输出Buck变换器的工作原理进行了深入分析,发现其存在4种工作模式,求出了变换器的电压增益表达式,得到了各个工作模式的临界电感,总结出了工作模式与电感和负载之间的关系。建立了各个工作模式的纹波电压解析式,并分析了纹波电压与电感的关系。以电感纹波电流和电容纹波电压为约束条件,获得了电感和电容的设计公式。搭建了实验平台,实验结果验证了理论分析的正确性。

用于分布式储能的新型高降压比DC/DC转换器

在此探讨一种具有高降压比的新型单级单开关DC/DC转换器,用作分布式储能系统中电池组的充电装置。在传统Buck电路的基础上,首先在输入正极与主控开关之间串入一个基于二极管、电感和电容的开关网络单元。在二极管以一定频率和一定占空比进行开关的作用下,网络单元中的电容电压为输入电压与占空比的乘积。然后在原有续流回路的基础上,以X形连接方式增加一条由二极管和电感组成的续流通道进一步降压。对该新型拓扑进行了模式分析和稳态特性分析,并且使用电源仿真软件SIMPLIS对分析结果进行了验证。设计调试了一台600 W的实验样机,实验结果表明,与传统Buck电路相比,在相同占空比情况下,该转换器具有更强的降压能力。

一种高降压比DC-DC变换器

传统双管正激变换器受变压器电压比和开关最小占空比限制,无法适用高降压比场合。针对此问题,该文在此基础上提出一种非隔离新型高降压比DC-DC变换器。该变换器去掉变压器,用一个起能量反馈作用的电感替换整流二极管,在适当的占空比和不使用变压器的情况下,能够实现高降压比。该文分析了变换器的降压原理,梳理变换器在滤波电感电流连续模式下的四种工作状态,推导变换器输出增益的计算公式,给出电流连续模式的限制条件,并与其他变换器进行了性能对比分析。最后,搭建一台实验样机,实现了高达50多倍的降压比,证明了理论分析的正确性。

多路输出高降压恒流LED驱动电源

针对发光二极管(LED)照明灯具在市电照明应用中面临着高降压和多路驱动等问题,本文基于Buck三端口网络,提出了一种具有多路驱动能力的高降压恒流LED驱动电源。本文首先分析了两路高降压恒流LED驱动电源的工作原理及性能特点,然后通过拓扑推演,得到了n路高降压恒流LED驱动电源。通过理论分析可知,该变换器具有以下特点:①n路负载平衡时,各路输出电压与输入电压之比(降压比)为D/n,是Buck变换器的1/n;②n路输出电流自动相等,只需对一路进行恒流控制就可实现n路恒流输出;③开关器件电压应力低,可以选择额定电压低的器件,有利于提高变化效率。在理论分析的基础上,搭建了3路输出、总输出功率为30W的实验样机,实验结果表明了理论分析的正确性。

高降压速率下复合底排药剂瞬变燃烧特性研究

为了提高底排弹出炮口时底排装置的工作稳定性与一致性,采用半密闭爆发器模拟炮口工况,借助高速录像系统,开展了高降压速率下复合底排药剂瞬变燃烧特性的试验研究。实验中,半密闭爆发器燃烧室压力控制在20～90MPa范围内,降压速率为1.2×103～6×103MPa.s-1。实验表明,因破孔压力及降压速率不同,复合底排药剂燃烧行为分为自行稳定复燃、永久熄灭和临界状态三种情况。决定这些行为的关键因素是降压速率与降压前的初始压力。分析表明,在火炮发射条件下,底部排气弹出膛口时,复合底排药剂燃烧环境恰好处于永久熄灭/熄灭后再复燃的临界状态。

基于EG1163S的降压开关电源设计

随着技术的进步,开关电源朝着小型、轻量及高效的方向发展。以高压大电流降压型直流/直流(Direct Current/Direct Current,DC/DC)电源管理芯片EG1163S和金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,MOSFET)为核心器件设计的降压型开关电源具有小型、低损耗及高效率的特点。该电源由滤波电路、DC/DC转换电路、限流保护电路以及金属氧化物半导体(Metal Oxide Semiconductor,MOS)管驱动电路等搭建而成,具有对高电压降压的功能,十分适用于高压大电流场合。

高压宽范围输入紧凑型辅助电源设计

为满足180~420 V高压输入和高直流降压比的要求,设计高压宽范围输入小功率隔离降压型小体积电源。分析反激变换器的工作原理,并结合模态比较反激变换器在不同工作模式下的输出电压增益特性,使实验样机在全负载范围内工作于断续模式。在恶劣的输入条件下,依据电磁感应定律和安培环路定律设计反激变压器,根据临界导电模式的特点确定变压器的变比。根据环路补偿准则,对反激变换器小信号建模,并设计补偿器,成功研制出一台高精度小型化的实验样机。

基于虚拟联轴电机的直流固态变压器研究

针对传统单级DC/DC变换器高降压变换困难的以及发电间歇问题及电网惯性不足的问题,文中提出了一种具有虚拟连轴电机特性的高降压比直流固态变压器(DC Electronic Power Transformer,DCEPT)控制方法。控制策略可在维持直流配网稳定的同时实现对上级高压电网的自主响应与功率支持。为直流并网接口提供惯性支持,有效实现对上级电网的惯性和阻尼支撑。拓扑具有降压比较高、负载响应速度快、具有较好的抗干扰能力。仿真结果验证了所提拓扑方法以及虚拟联轴控制策略的有效性。

一种多路输出大功率LED恒流驱动电路

LED驱动电源以效率高、体积小、性能稳定、寿命长等优势在照明领域广泛应用,但一般不具备多路输出能力,且成本较高。从buck-boost电路基本原理出发,通过开关电容将多个buck-boost电路相组合的方法,构建了多路输出大功率LED恒流驱动电路,解决了单路输出电源成本高的问题,同时可实现多路输出。采用PSIM软件对构建的电路进行建模仿真分析,并搭建了一台150 W三路输出的试验样机。结果表明,通过该电路可以有效降低元器件的电压应力,降低生产成本,并实现了1 A的多路恒流输出。