一种基于耦合电感的高增益软开关谐振变换器

该文提出了一种具有高增益、软开关的新型谐振变换器。该谐振变换器使用耦合电感来提高电压增益,升压比不仅取决于占空比,还取决于耦合电感的变比,具有高增益的优点。此外,由于采用了有源钳位技术,漏感中的能量可以被回收利用,用来对开关管的结电容充放电提供能量,从而实现软开关。由于采用了耦合电感,所提出的变换器可以在较低的开关管电压应力的情况下实现较高的输出电压,因此可以使用低导通电阻的低压器件,从而提升系统的效率。该文分析了该谐振变换器的工作原理,并推导了输出电压、关断电流应力等参数的解析表达式。在此基础上,从理论上分析了该变换器取得软开关的条件,并对该变换器的各个器件的电压电流应力进行分析,为器件选型提供了理论依据。最后,搭建1kW实验样机,针对该文提出的基于耦合电感的谐振变换器的高增益、软开关、低电压应力、高效率等性能进行了实验验证。通过实验得出所提出的拓扑可以在10倍增益的情况下达到最高97.5%的效率,表明所提拓扑的优越性。

具有谐振软开关的高增益耦合电感组合Boost-Zeta变换器

该文提出一种适用于光伏发电系统的具有谐振软开关的高增益耦合电感组合Boost-Zeta变换器。该变换器是由Boost变换器与Zeta变换器组合并引入有源钳位支路和谐振耦合倍压单元而得到。所提变换器利用拓扑组合和耦合倍压技术实现了非常高的电压增益。利用有源钳位支路,实现了所有开关管零电压开通。同时,利用二次绕组与谐振电容谐振实现了所有二极管的零电流关断,有效地解决了二极管反向恢复问题。分析变换器的工作原理,给出变换器的各项性能参数和软开关实现条件。所提变换器还可通过叠加倍压单元进一步提升电压增益。最后,搭建一台200 W实验样机,对理论分析进行了验证。

一种高增益软开关三绕组耦合电感直流变换器

为在光伏组件及燃料电池中实现功率调制,提出一种高增益软开关三绕组耦合电感直流变换器。三绕组耦合电感及倍压电路构成的升压结构,能够在较小的总匝比与合适的占空比时得到高电压增益。变换器固有的箝位回路降低了开关管的电压应力,并吸收再利用了漏感能量。由于开关管和所有二极管均工作在电流软开关条件,变换器的效率较高。分析和推导所提变换器工作原理及稳态性能,对比不同变换器,计算变换器效率及关键器件参数设计。实验室搭建一台输出电压380 V、功率200 W的样机,验证了所提变换器的可行性。

高升压增益软开关DC-DC变换器

在软开关Boost变换器基础上,通过引入Flyback单元,提出了一种高升压增益软开关DC-DC变换器,进一步提高了变换器的电压增益,避免了高占空比,减小了开关管电压应力。因此,可选取低电压等级低导通电阻MOSFET以降低变换器的成本,提高变换器的效率。在开关管关断期间,漏感能量向负载传递,有效利用了漏感能量,且无需额外的吸收电路。此外,变换器实现了开关管的零电压(ZVS)导通和二极管的零电流(ZCS)关断,进而消除了开关管的开通损耗和二极管的反向恢复损耗。研究了高升压增益软开关DC-DC变换器电路的工作特性和占空比丢失的主要原因,分析了该变换器的元器件应力及电路损耗。设计了一台160W的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。

基于开关电容和三绕组耦合电感的高电压增益DC-DC变换器

提出一种结合开关电容网络和三绕组耦合电感的软开关高电压增益DC-DC变换器拓扑。该拓扑具有PWM电压调节能力,可以在非极端占空比条件下实现高电压增益。耦合电感的引入有利于减少二极管和电容的数量,降低变换器导通损耗和成本。所有半导体器件承受的电压应力小,因此可以选用具有更好特性的低额定电压器件,降低导通损耗。所有开关器件均可实现零电压开通,一部分二极管可实现零电流关断,其余二极管关断电流的下降速度受到耦合电感的漏感的限制,故所有二极管的反向恢复问题都得到有效抑制。因此,该拓扑有进一步提高高电压增益变换器效率的潜力。对变换器基本工作原理、电压增益特性、器件电压应力、输入电流纹波和软开关条件等进行了详细分析。最后,通过一台输入25~40V、输出400V、额定功率600W的原理样机验证了理论分析的正确性。

高增益耦合电感有源钳位二次型DC-DC变换器

为提升二次型Boost变换器的电压增益和效率、降低开关管的电压应力,将耦合电感引入现有二次型Boost变换器中,形成一类基于耦合电感的有源钳位Boost变换器。该类变换器通过耦合电感和钳位支路的有机结合,不仅提高了电压增益、有效地降低开关管的电压应力,而且利用有源钳位支路回收漏感能量,缓解了漏感与寄生电容谐振的现象,有效地抑制了开关导通时的尖峰电压,实现软开关工作状态。本文详细阐述了变换器的原理和稳态工作性能,通过变换器之间的对比证明了该类变换器的优越性,最后搭建了一台150 W的实验样机,采用普通元器件测得变换器最大效率为92.7%,论证了上述理论的正确性。

一种基于内置变压器的高增益双向DC-DC变换器

提出一种应用在储能系统的双向DC-DC变换器,其具有电压增益高、电压应力小和软开关范围宽的优势。通过将内置变压器集成在飞跨电容结构和2个交错的Buck/Boost结构中,可以同时实现电压增益高和电压应力小。内置变压器结构的特点是磁芯中的磁通可以相互抵消,避免了磁饱和,从而有效地减小磁性器件的体积。通过采用交错的结构,低压侧的电流纹波明显减少;通过调节占空比,实现变压器原、副两边的电压匹配,从而减少环流;同时,通过采用移相控制,可以单调地调节传输功率;合理设置参数后,所有MOSFET可以实现宽范围的软开关。详细给出了工作原理和稳态分析,并设计了额定功率为1 kW的实验样机,以验证所述变换器的可行性。样机的效率在升压模式和降压模式下是相似的,这表明该变换器的效率是不受功率传输的方向影响的;在低压侧电压变化时,该变换器的效率变化不大。因此,所提变换器适用于需要高电压增益、宽电压侧电压范围的储能系统。

连续三态模式开关前置型准Z源高增益Boost变换器的特性

为了全面了解开关前置型准Z源Boost变换器的性能,对其在连续三态模式(continuous triple-state mode, CTSM)下的工作原理和稳态特性进行了深入分析。相比于传统的电流连续导通模式(continuous conduction mode, CCM)和连续双向导通模式(continuous bidirectional conduction mode, CBCM),CTSM下该变换器保留了功率管电压应力相等且约为输出电压一半的优点,但是具有更高的电压增益;此外,电感L2的体积大幅度减小,开关管实现了零电流开通,且所有二极管能自然关断。通过一台280 W/100 kHz实验样机验证了理论分析的正确性。实验表明,输出电压400 V条件下,在全负载范围内CTSM都具有显著的效率优势,其最大效率为97.1%。