一种应用于两相交错Boost的耦合电感的优化设计

两相交错Boost变换器具有纹波电流小的优势,但其采用的交错并联技术增加了电感数量,进而增加了装置的体积和重量,不利于其功率密度的提升。耦合电感通过将多个磁性元件集成到一个磁芯实现磁路的部分共享,从而减小了磁元件的数量和重量。因此,设计了一种反向耦合电感,并将其应用于两相交错Boost变换器,实现了装置功率密度的提升。首先,对反向耦合电感的工作原理和损耗来源进行分析;然后,在此基础上设计了一种改进的“EE”型磁芯,一方面有效提高了磁芯利用率,另一方面降低了电感的体积与重量;最后,通过有限元仿真对所提优化设计方案进行验证,同时搭建了功率等级为2 kW的两相交错Boost变换器实验平台。仿真和实验结果均验证了所提优化设计方案的有效性。

高增益耦合电感组合Boost-Cuk变换器

为了解决传统变换器电压增益低的问题,将Boost变换器与Cuk变换器进行并联集成,并利用耦合电感倍压技术提高变换器的电压增益。设计而成的高增益耦合电感组合Boost-Cuk变换器保留了Cuk变换器输出电流的连续性,新型结构中使用无源钳位来吸收漏感能量,对寄生电容与漏感谐振引起的电压尖峰起到约束作用,降低了开关管的电压应力。描述了变换器电感电流连续模式(Continuous current mode,CCM)下的运行特点,并进行了该变换器的参数设计。最后,通过搭建一台100 W的试验样机来求证理论的正确性。

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。

Boost端耦合电感三管交错并联升降压电路研究

双管Buck-Boost变换器在升降压场合被广泛应用,虽然其控制和调制模式较多,但是其通常仍然工作在硬开关状态,且交错并联时控制电路较为复杂。利用同向耦合电感的特点给出了Boost端同向耦合电感三管交错并联Buck-Boost电路及控制方法。分析了大耦合系数条件下耦合电感在开关管切换过程中的耦合过程,并据此详细分析电路基本工作原理,得出在自感电流断续模式下,该电路具有利用小占空比获得大占空比功能的占空比扩展和Boost部分功率器件软开关功能,从而避免两相交错并联控制电路中同步电路和均流电路,大大地简化了控制电路。最后,仿真和实验结果表明理论分析是正确可行的。

具有零电压开关的高升压半桥Boost变换器

为了解决半桥Boost变换器电压增益低、开关管电压应力高、硬开关等问题,通过在半桥Boost变换器中级联一组耦合电感升压结构,提出一种变换器以实现较高的电压增益和较低的开关管电压应力。利用耦合电感的漏感,实现所有开关管零电压开关(Zero-voltage-switched,ZVS)和所有二极管零电流开关(Zero-current-switched,ZCS),有效降低开关损耗。此外,所提出的变换器还具有公共接地和连续输入电流的优点。分析变换器的工作原理,给出变换器的各项性能参数以及变换器开关管实现ZVS导通的条件。对比其他高升压变换器,所提变换器具有较高的电压增益和较低的开关管电压应力。最后搭建一台200 W的试验样机,验证所提变换器原理的正确性。

可拓展增压单元的高增益耦合电感组合Buck-Boost-Sepic变换器原理与设计

提出一种适用于光伏系统、可扩展倍压单元的高增益耦合电感组合Buck-Boost-Sepic变换器。此变换器是由Buck-Boost变换器与Sepic变换器组合,并将储能电感设计成耦合电感并构成倍压单元。变换器不仅得到了理想的电压增益,而且复用电容与二极管形成了无源钳位支路,将漏感能量吸收,阻止了与开关管寄生电容一起引发的谐振,抑制了开关管电压尖峰,降低了开关管的电压应力。分析了变换器的工作原理,给出了变换器的各项性能参数和扩展倍压单元的变换器一般拓扑结构。最后,变换器理论设计的正确性由一台搭建的200 W实验样机得到了验证。

基于CESO的SIDO Buck-Boost变换器自抗扰控制策略

针对单电感双输出Buck-Boost变换器两输出支路va和vb间存在交叉影响,暂态性能差等问题,提出一种基于级联扩张状态观测器(CESO)的自抗扰控制(ADRC)策略.首先,根据ADRC理论将主路和支路分别拟合为相互独立的系统,减少支路间的交叉影响;其次,设计CESO对系统总扰动进行估计,消除因传统扩张状态观测器不完全估计而造成的观测残差,并利用CESO对电路传感器高频噪声的抑制作用,进一步提高观测值的估计精度;然后,将观测值作用于ADRC的状态误差反馈控制率,以提高系统的暂态性能;最后,利用Lyapunov理论证明了控制系统的闭环稳定性.仿真结果表明:本文所提控制策略有效减小了两输出支路va和vb间的交叉影响,同时提高了系统的暂态性能.

Inductor Current Sampled Feedback Control of Chaos in Current-Mode Boost Converter

A chaos control strategy for chaotic current-mode boost converter is presented by using inductor current sampled feedback control technique.The quantitative analysis of control mechanism is performed by establishing a discrete alterative map of the controlled system.The stability criterion,feedback gain,and corresponding critical duty ratio are obtained from the eigenvalue of the map.The simulation results verify the t heoretical analysis results of the control strategy.

具有低输出纹波的双电感复用无桥buck-boost PFC变换器

单相buck-boost功率因数校正(PFC)变换器凭借高功率因数(PF)与升降压的输出特性广泛应用于小功率非隔离LED场合(≤25 W),但是随着双碳政策的推行,需要进一步提升变换器性能。因此提出一种双电感复用的单级无桥buck-boost变换器,其双电感分别交替工作于电感电流不连续导通模式(DCM)与连续导通模态(CCM)。工作于CCM的电感可以与电容构成LC滤波电路减小输出纹波,工作于DCM的电感可以使变换器仍然采用单电流闭环控制实现接近于1的PF与输出调节。此外,所提出的变换器仍然可以采用含谐波注入的控制,进一步降低输出电流纹波,实现PF与输出电流纹波的权衡。最后,两台实验样机验证了拓扑的可行性和理论分析的正确性。

交错并联开关电感Boost变换器的失稳分析与控制

为提高输出电压增益,减小开关管电压应力,将开关电感结构代替传统电感嵌入到交错并联Boost变换器中。利用频闪映射法得到交错并联开关电感Boost变换器在峰值电流控制下的离散数学模型,并通过分岔图、相轨图、Jacobian矩阵特征值研究其失稳机理,结合参数共振微扰与电荷控制的优点,设计了补偿方案对失稳系统进行混沌控制。研究结果表明,开关电感的嵌入有效拓宽了交错并联Boost变换器的稳定范围,并通过补偿方案使得混沌系统重回周期-1稳态,提高了变换器的工作性能和稳定性。

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。

一种带耦合电感的有源钳位高增益Boost变换器

该文提出一种带耦合电感的有源钳位高增益Boost变换器。通过引入耦合电感提高电压增益;采用有源钳位电路实现漏感能量的回收、抑制开关管关断电压尖峰,并为开关管实现零电压开通创造条件;通过合理设计漏感大小,有效解决二极管的反向恢复问题。该文所提变换器的主要不足是二极管的寄生电容和漏感会发生谐振,需要采用电阻电容二极管(resistor-capacitor-diode,RCD)吸收电路来抑制电压峰值。该文在分析变换器工作原理的基础上,对其性能进行了详细分析,最后搭建了一台48 V输入、380 V输出、额定功率为250 W的试验样机,实测最高效率为94.5%,实验结果验证了理论分析的正确性。

开关电感Boost变换器建模与仿真分析

针对光伏发电系统中传统Boost变换器的升压能力问题,将开关电感结构嵌入传统Boost变换器中,分析变换器功率开关器件的"ON"和"OFF"状态的工作机理,建立升压增益比与开关器件周期占空比之间的关系。利用状态空间平均法建立开关电感Boost变换器的数学模型,并在此模型基础上,对功率开关器件的不同工作频率进行仿真分析。仿真结果表明,开关电感Boost变换器不仅比传统Boost变换器具有更高的升压能力,而且在高开关频率下也能有效减小输出量的纹波,提升变换器的转换效率;同时也验证了模型的合理性和正确性,为工程实践设计提供理论支撑。

关于Boost型APFC电路最大功率因数的讨论

通过分析Boost型APFC(有源功率因数校正)电路在CCM(电流连续模式)控制方式下的两种不同的工作模式,推导出主电路升压电感的数学表达式.通过理论上的分析得出该种电路的功率因数(PF)是不可能完全为一而只能近似为一的结论.又对电路做了仿真试验,分析比较了在电感取不同值时的输入电流的波形,对波形进行了傅立叶分析.为同类型电路的设计提供了很有价值的参考.

电流连续型双电感Boost类拓扑

介绍了三种双电感Boost类拓扑,因该三种拓扑的输入输出电流连续、结构简单、管子数量少、控制逻辑简单并且效率较高,而被多次在航天领域应用。本文的目的在于从三种拓扑的纹波、驱动方式、小信号模型以及效率等方面分析和比较各种拓扑的特点,并且分析电感耦合的方式对于三种拓扑的影响及阻尼网络对拓扑的小信号模型的作用。最后通过600W的原理样机,验证三种拓扑的理论分析的正确性,并测试了三种拓扑的效率。

一种新型耦合电感式双Boost光伏微逆变器拓扑分析

基于光伏发电微逆变器模块,提出了一种耦合电感式双Boost逆变器(CIDBI)电路拓扑。详细分析了它的工作原理,推导了直流到交流的变压比公式,并给出了控制方法。这种逆变器通过占空比和耦合电感的匝数比的设置,可输出幅值远高于直流输入电压值的交流电。文中首先研究了CIDBI电路在一驱动时序下的工作原理,再分析了开关器件的电压应力和输入输出的关系,同时指出了在一定的占空比变化范围内,升压比是随占空比近似线性变化的,相应地应用正弦脉宽调制(SPWM)方式实现了正弦输出。最后,将CIDBI电路应用于光伏发电模块中,分析了该电路的共模电流。实验表明:所提出的CIDBI电路能有效实现低压光伏组件一级式并网发电,无需工频变压器升压和传统的DC/DC升压环节,变换效率高,并网电流总谐波含量低。

基于拓扑组合的高增益Boost变换器

提出一种基于拓扑组合的高增益Boost变换器,对其工作原理和性能特点进行了详细分析,并进行了实验研究,结果表明该变换器在开关占空比D>0.5时具有如下特点:①电压增益为基本Boost变换器的两倍;②变换器中两Boost变换单元可实现自动均流,与交错并联Boost变换器相比,不需均流控制,控制电路简单;③有源开关的电压应力为输出电压的一半,即为基本Boost变换器有源开关电压应力的一半。

具有高增益、低输入电流纹波的Boost变换器研究

针对光伏、燃料电池等低压可再生能源发电系统,在传统Boost变换器基础上,利用耦合电感的原边替代基本Boost变换器中的独立电感,同时引入一个较小的辅助电感,提出一种单开关高增益、低输入电流纹波Boost变换器。耦合电感的使用,既增加了变换器的控制维度,又能在合适占空比条件下实现较高的电压增益;较小的输入电流纹波可以改善变换器对前端低压输入电源的电磁干扰;另外,该变换器中开关管的电压应力可以得到有效降低,有利于选取低电压等级、低导通电阻的高性能开关器件,以提高变换器的性能;详细分析了该变换器的工作原理及其稳态工作特性,并通过实验验证了理论分析的正确性与有效性。结果表明,所提变换器可以实现较高的电压增益和较小的输入电流纹波,具有实用价值。

磁集成开关电感交错并联Buck/Boost变换器

为了提高传统Buck/Boost变换器的电压增益、暂态响应速度同时减小电感支路的电流纹波和变换器的体积重量。将磁集成开关电感技术和交错并联技术应用到传统的Buck/Boost变换中,提出了磁集成开关电感交错并联Buck/Boost变换器。通过采用开关电感结构替换传统变换器中的电感的方式,使变换器正向功率变换的电压增益提高为原来的2倍。采用磁集成技术并合理设计耦合电感间的耦合系数能够减小该变换器电感支路的电流纹波、提高系统暂态响应速度、减小变换器的体积重量,进而提高变换器的电气性能。最后通过实验样机的结果验证了理论分析的正确性。

交错并联Boost PFC电路的应用研究

详细论述了电感电流断续模式下的Boost PFC交错并联电路,该控制电路能有效减小输入电流纹波和开关器件的电流应力、减小单个电感容量和前级EMI滤波器尺寸,提高PFC电路的功率等级和效率。分析对比了电感电流断续模式下,交错并联Boost PFC电路中分立电感和耦合电感的工作原理。由分析可知,采用电感直接耦合的PFC电路存在电感峰值电流增大,输入电流谐波含量高,功率因数低等问题。采用一种新颖的耦合电感绕线方式,并利用Gyrator-Capacitor法对该耦合方式建立模型,仿真和实验证明这种新颖的电感绕线方式能很好地克服电感直接耦合存在的缺点。