高轻载效率少功率器件的可模块化扩展ZVS高增益变换器

提出一种高轻载效率且少功率器件的可模块化扩展零电压开关高增益Boost变换器。该变换器可以通过增加升压模块数量n,极大地提高变换器的升压能力;具有2个开关管和n+1个二极管,且各功率管承受相同的电压应力,均为[(n+1)U_(in)+U_(o)]/(n+2);输入电感工作在连续导通模式,其余电感工作在双向导通模式,且反向峰值电流之和大于输入电感电流的谷值,从而实现所有功率管的软开关。所提变换器采用柔性开关频率控制策略,即根据输入电压和负载大小适当地调整开关频率,使电感电流脉动量维持在合适的范围内,既确保实现功率管的软开关,又具有较小的通态损耗,因此在整个负载范围内均具有较高的运行效率。以一个扩展模块为例,对所提变换器的工作原理、稳态特性、软开关条件、控制方法进行深入分析,并通过一台250 W的样机实验验证了理论分析的正确性。

基于同步整流控制器的ZVS反激开关电源技术分析

与准谐振电源相比,传统的零电压开关(ZVS)反激电源可进一步降低开关损耗,但其不利之处是线路复杂,成本上升。本次提出的基于同步整流控制器的ZVS控制策略可实现零电压导通,无需额外附加辅助开关和辅助绕组,具有很好的应用前景。在介绍其工作原理的基础上,给出了仿真结果,并分析了其各时间阶段的工作过程。最后,通过实际系统电路的测试验证了该方法可显著降低开关管的损耗,实现较高的工作效率,并具备成本优势。

非反向Buck-Boost变换器的三段式ZVS控制策略

目前文献中的四边形控制方法及其改进方案,能实现非反向Buck-Boost变换器各开关管的ZVS,但存在如下问题:需使用多维查找表或外部存储设备而无在线检测实时计算的闭环、较大的通态损耗和多模式切换引起的输出电压波动等。该文针对上述3个问题提出一种三段式变频ZVS控制策略。首先,去除四边形控制中电感电流的环流续流环节,以减小电感电流有效值并提高效率。其次,在不添加任何额外有源或无源器件的条件眄,将整个宽输入电压范围分成3个模式,分析每个模式的特点,以增加控制条件和简化计算过程,同时实现各模式的在线实时恒压闭环和通态损耗最小ZVS而无需使用多维查找表和线性插值,整体控制简单易实现。然后,提出基于三段式ZVS控制的多模式平滑切换控制策略,可保证在模式切换时各开关管占空比跳变前后,闭环输出始终保持稳定。最后,本文给出了各模式区间划分的理论依据,并搭建500 W实验样机验证了所提方案的有效性。

基于ZVS的双向全桥DC-DC变换器最小回流功率双重移相分段控制

双向全桥DC-DC(DAB)变换器在直流微电网作为可再生能源与储能设备的能量传输环节,通过实现零电压开关(ZVS)和最小回流功率,可显著地提升DAB变换器的性能,从而提高直流微电网的稳定性。但同时实现ZVS和最小回流功率控制在理论上是相互制约的。针对这一问题,该文提出一种基于ZVS的最小回流功率双重移相分段控制策略。通过对双重移相下的传输功率进行分段,前段将ZVS作为约束条件,得到基于ZVS条件下的最小回流功率控制策略,后段通过KKT条件法实现在给定传输功率下的最小回流功率控制策略。通过将所提控制策略和传统的双重移相控制对比分析,发现所提控制策略具有更小的回流功率和电流应力,提高了变换器的性能。最后,基于所提控制策略搭建实验样机,验证了控制策略的正确性和有效性。

基于ZVS变频控制的Si/SiC混合ANPC逆变器损耗评估

零电压开通变频控制(variable frequency controlled zero-voltage-switching,VF-ZVS)可在无辅助电路条件下实现零电压开通(zero-voltage-switching,ZVS),进一步提升碳化硅MOSFET逆变器的功率密度。但在三相有源中点钳位逆变器(active-neural-point-converter,ANPC)中,全功率器件ZVS会大幅增加输出电感电流纹波,改变ANPC逆变器的电流续流路径,影响SiC器件损耗分布特征。论文建立电流纹波关于矢量作用时间的分段数学表达式,提出计及电流纹波的SiC器件损耗建模方法,表征VF-ZVS控制下电流纹波对开关管损耗特性的影响规律。进一步,分析VF-ZVS控制下2SiC、4SiC I和4SiC II 3种典型混合ANPC拓扑的新增工作模态特性;利用所提出的损耗模型,评估在不同调制度、全功率等级下上述3种混合拓扑的开关损耗、通态损耗和损耗分布均衡度,并通过6kW SiC实验平台,在不同功率等级下实验验证了SiC器件损耗模型和3种混合拓扑损耗评估结果的正确性。

ZVS隔离型高增益DC/DC变换器

将传统的L型电流输入隔离型DC/DC变换器与一种DCM(Diode-Capacitor Multiplier)电压增益单元相结合,提出了一种新型ZVS隔离型高增益DC/DC变换器。在继承传统L型电流输入隔离型DC/DC变换器输入电流纹波小、变压器匝数比低等优点的基础上,所提变换器可通过调节DCM增益单元数来调节变换器的输入输出增益比;通过有源箝位电路和漏感的结合,开关均实现了零电压开通,二极管均实现了零电流关断,二极管的反向恢复损耗得到了抑制;借助于所提DCM增益单元,二极管的电压应力以及变压器的绝缘等级得到了有效降低;所有二极管的电压、电流应力均相等,便于散热设计。对变换器的工作原理和性能特点进行了理论分析,并建立了一台输入24 V、输出400 V、功率为200 W的实验样机。实验测试样机最高效率可达95%,验证了理论分析的有效性和正确性。

ZVS移相全桥变换器开关管等损耗控制策略

ZVS移相全桥变换器运行时超前桥臂和滞后桥臂开关管损耗明显不同,使得大功率变换器散热器设计困难,且影响了变换器的可靠运行。本文在分析ZVS移相全桥变换器超前桥臂和滞后桥臂开关管损耗基础上,提出一种等损耗PWM控制策略,使超前桥臂和滞后桥臂开关管达到等损耗运行的效果。最后将该控制策略成功地应用于一台大功率电镀电源,验证了其可行性。

2种ZVS方式AHB直流变换器比较

不对称半桥(AHB)直流变换器原边开关管实现零电压开关(ZVS)的方式有2种:负载电流ZVS方式和激磁电流ZVS方式。对2种不同ZVS方式AHB变换器的电路工作原理、控制策略、关键参数设计依据进行了深入的比较研究,并研制了2台原理样机,给出了实验波形及测试结果。研究及实验结果表明:负载电流ZVS方式AHB变换器利用负载折射电流实现开关管的ZVS,负载较小时,开关管ZVS难以实现,其采用增大变压器漏感或外串电感的方法来扩大ZVS负载范围,适用于较大功率应用场合;而激磁电流ZVS方式AHB变换器利用变压器激磁电流,可在空载至满载范围内实现开关管ZVS。相对于负载电流ZVS方式,其效率略低,适用于小功率应用场合。

ZVS双向DC-DC变换器在超级电容能量回收中的研究

针对超级电容器能量回收系统采用硬开关电路存在损耗大的问题,研究了一种基于谐振的双向DC-DC软开关拓扑结构,该拓扑使用四个功率开关管实现功率双向流动,通过开关管的零电压(ZVS)导通,减小了开关损耗。分析了变换器在Buck和Boost模式下的工作模态,并推导了稳态工作时的基本方程。建立了20V/100V、240W双向DC-DC变换器的仿真模型,研制了实验样机,对变换器的工作模式进行了仿真和实验,仿真和实验结果表明变换器的效率可达到95%以上。

全桥ZVS PWM电容器充电变换器

为对广泛应用的电容充电大功率全桥零电压软开关高压变换器进行理论分析,从零电压(相当输出短路)到最大电压用变换器对电容器进行了充放电试验。变换器电路中充分利用器件的寄生参数,通过在高压变压器的原线圈串联电感,实现主开关管输出高压整流二极管的零电流软切换,变换器通过脉宽调制和电流控制调节输出电压并具有过压和过流保护功能。给出变换器的静态分析,同时给出了基于UCC3895 PWM控制器的直流—直流变换器样机的详细设计和1 kJ/s充电速度的实验结果表明变换器的理论分析正确,方法可行。

ZVS高效率AHB直流变换器的研究

分析研究了一种不对称半桥(AHB)直流变换器的电路工作原理。利用负载折射电流实现开关管零电压开关(ZVS),同时采用同步整流控制技术,可以有效提高变换器的效率;研制了200W原理样机,试验结果表明:该变换器具有体积小、高效率、高功率密度等优点。

变压器副边电流箝位DC/DC ZVS全桥变换器

中大功率的移相全桥零电压开关变换器存在着滞后桥臂开关管难以零电压开通的问题,该文指出了该问题的根本原因,提出了解决这一问题的诸多方法。该文重点研究了2种新的电路:副边采用开关管的拓扑线路和采用饱和电感器的拓扑线路。这2种线路均能有效实现滞后桥臂开关管零电压开通和关断,从而在很宽的负载范围内实现全桥开关管零电压开断,并能很好的消除电压、电流尖峰。文中还详细讨论了电路的参数设计、占空比的丢失等问题,对2种拓扑线路进行了比较。实验结果也验证了所提出的理论。

倍流整流方式ZVS PWM三电平直流变换器

提出一种倍流整流方式零电压开关PWM三电平变换器(CDR ZVS PWM TL变换器),它利用输出滤波电感的能量可以在很宽的负载范围内实现开关管的ZVS,并且使输出整流管能够自然换流,从而避免了反向恢复造成的电压振荡和电压尖峰。该文分析这种变换器的工作原理,讨论超前管和滞后管各自实现ZVS的特点,并通过一个540W的原理样机验证该变换器的可行性。论文最后给出实验结果。

ZVS PWM全桥三电平直流变换器

提出了一种新型的 ZVSPWM全桥三电平直流变换器。该变换器使用了以能量传输最大、滤波电感电流纹波最小、开关管实现 ZVS等为条件寻找到的最佳开关方式 ,克服了传统 ZVS全桥直流变换器中开关管电压应力高、滤波电感电流纹波大等缺点 ,所以其变换效率更高 ,响应速度更快 ,进一步拓宽了它的应用范围。本文分析了变换器的工作原理 ,给出了一个周期内的所有开关模态。本文还论述了谐振电感的设计和占空比的丢失 ,最后通过一个 3 k W,5 0 k Hz的实验样机加以验证分析结果。

ZVS移相全桥低压大电流开关电源的设计

设计制作了一款ZVS移相全桥变换器的低压大电流开关电源,详细阐述了部分电路的设计过程和参数计算,并通过抑制桥式变换器中超前/滞后桥臂功率管的高频谐振,降低主电路中上下桥臂的直通风险。最后设计制作的3 k W(15 V/200 A)低压大电流电源验证了设计的可行性,给出了详细的实验结果,整机效率达90%以上,对电源开发者有一定的借鉴作用。

移相控制ZVS全桥变换器滞后臂死区时间分析

死区时间的合理选择是保证移相定频控制的全桥零电压开关ＤＣＤＣ变换器零电压开关状态的必要条件。通过分析电路参数与滞后桥臂开关死区时间的关系，给出了滞后桥臂开关死区时间的允许范围，并通过实验进行了验证。

改进型ZVS PWM全桥DC-DC变换器的研究

研究一种把软开关技术和移相PWM控制技术以及双向DC DC变换器技术有机结合在一起的新型高频DC DC开关功率全桥变换器。它采用电流模式移相PWM控制,在较大的负载范围内实现了开关器件的零电压软开关(ZVS)。该电路简单高效,超前臂、滞后臂都能在很宽的范围实现软开关。介绍和分析了变换器的工作原理,最后给出了实验结果和两个主要波形,并做出了详细的说明。

基于ZVS软开关技术的30KW大功率开关电源设计

为了解决大功率开关电源硬开关过程中,功率器件上存在较大电压电流尖峰以及发热严重等问题,提出了一种基于软开关技术的大功率电源拓扑结构的设计,详细介绍了大功率开关电源实现ZVS软开关技术的原理、控制方法、主要器件参数的选择以及需要注意的一些问题等。最后以30kW大功率开关电源设计为例,通过实验验证了该基于软开关技术的大功率电源设计的相关理论及控制方法的正确性及可行性。

基于ZCS/ZVS软开关技术的电镀电源研制

为解决常规PWM控制中功率器件随着频率提高而功耗大的问题,通过分析全桥移相逆变器的基本原理,利用ZCS/ZVS软开关技术,设计了一容量为12kW,工作频率为20kHZ的水冷电镀电源。该系统具有工作稳定可靠,整机体积小,工作效率高等显著特点。试验结果表明,软开关技术能够有效地改善功率器件的工作环境,明显地降低损耗。

新型ZVS全桥DC/DC变换器

针对移相全桥软开关变换器存在的滞后臂难以实现零电压开关(ZVS)和占空比丢失的问题,提出了一种新型的全桥移相零电压变换器拓扑,采用3个等效的高频变压器替代传统的高频变压器,将阻断电容分成2个等效电容串联在桥臂中点之间,增加1个辅助电感实现滞后臂的ZVS。论述了所提出变换器的电路结构、工作原理和关键参数的设计。根据新的拓扑,设计了一台9kW的实验样机,实验结果证明了该电路拓扑能在宽的负载或输出范围内实现软开关。