双输出三电平移相全桥变换器原边电压跌落分析

以双输出三电平移相全桥变换器为研究对象,首先介绍了拓扑结构和调制方式。其次,结合开关函数分析了全桥逆变单元的换流过程,研究发现死区时间导致原边电压出现跌落,原边电压跌落引起总谐波系数增大,增大变压器漏感可以消除原边电压跌落。然后,推导了变压器漏感与原边电压跌落时间、副边占空比丢失时间和移相占空比的数学关系,漏感的最佳取值为消除电压跌落对应的最小漏感值。最后,利用样机进行了实验验证,实验结果证明了理论分析的正确性。

三电平移相全桥变换器整流二极管RC吸收参数多目标优化设计

传统的整流二极管RC吸收参数设计基于谐振等效电路,不能精确刻画二极管反向恢复过程,RC参数难以优化。为此,基于大功率PIN二极管集总电荷模型,采用多目标优化设计RC吸收电路参数。首先,根据三电平移相全桥变换器拓扑结构及调制方式,分析了RC参数对整流二极管反向电压尖峰的影响规律。其次,基于大功率PIN二极管的集总电荷模型对理论分析进行了仿真验证。然后,采用多目标优化设计RC吸收电路。最后,实验结果验证了最优RC参数抑制整流二极管反向电压尖峰的有效性。

基于桥臂内移相控制的三电平移相全桥变换器共模电压抑制策略

针对三电平移相全桥变换器变压器原边共模电压难以抑制问题,提出了一种桥臂内移相控制的抑制策略。结合三电平移相全桥变换器拓扑结构,首先分析传统移相策略的工作原理,分析共模电压的产生原因,其次分析所提出的桥臂内移相策略的工作原理,最后通过仿真验证所提抑制策略的有效性。采用所提桥臂内移相策略可以有效消除变压器原边共模电压。

三电平双有源全桥DC-DC变换器回流功率最小的移相控制

三电平双有源全桥(3L-DAB)DC-DC变换器在DAB拓扑中引入三电平桥臂,额外增加了一个控制自由度,增强了变换器调节的灵活性。采用传统移相控制时,3L-DAB会产生较大的回流功率,导致系统损耗增加,效率降低。针对这个问题,提出一种回流功率最小的移相控制策略。首先通过实时检测输入输出电压和电流,建立移相控制下3L-DAB的传输功率和回流功率的数学模型,推导出最小回流功率与移相角比例、电压比之间的关系。在此基础上,根据传输功率与电压比的范围变化,采用分段优化算法求解最小回流功率及其对应的最优移相角,根据最优移相角来进行移相控制的方法,称之为优化移相控制策略。将提出的优化移相控制与传统的移相控制对比分析,发现前者在宽电压比范围具有更小的回流功率和电流应力,从而提高系统效率。最后,通过实验验证分析的正确性和所提控制策略的有效性。

基于三重移相控制的双主动全桥直流变换器优化调制策略

传统的单移相控制下,当电压传输比不等于1时,双主动全桥(dual active bridge,DAB)直流变换器的部分开关管在轻载状态下会失去零电压开通的特性,从而造成开关损耗的增加。三重移相控制引入了内部移相角,比传统的移相控制多两个自由度,使控制具有更大的灵活性。在三重移相控制的基础上,提出一种改善DAB特性的优化调制策略,使所有开关管在全功率范围内具有软开关的特性,并且能够减小轻载状态下变换器的电流应力和导通损耗,从而提高了变换器的效率。此外,提出的求解最优控制量的算法具有广泛的适用性,可以扩展至DAB变换器其他的最优化问题。实验结果验证了所提出调制策略的有效性。

一种三电平全桥直流变换器新型控制策略研究

三电平全桥变换器的移相控制策略中,不能使所有开关管实现软开关条件;斩波加移相控制策略中,隔离变压器原边绕组电压谐波总畸变率(total harmonic distortion,THD)高。针对这一问题,提出一种新的对称双移相控制策略。将对称双移相控制策略与斩波加移相控制策略进行对比研究。通过对对称双移相控制策略下开关过程进行分析,得出所有开关管均能实现软开关条件;通过对变压器原边电压进行傅里叶分析,得出该控制策略下变压器原边绕组电压谐波总畸变率低。通过分析谐波总畸变率随斩控角的变化规律,得出该控制策略下变换器的最优稳态工作点。制作一台三电平全桥直流变换器科研样机,对该文的分析进行验证。

新型零电流转换移相全桥DC/DC变换器

提出了一种新型零电流转换(ZCT)移相全桥DC/DC变换器拓扑。该变换器通过在原边增加一个由电容和电感构成的有源辅助电路,在开关管状态发生变化时,控制辅助电路的谐振电流,可实现主功率开关管和辅助开关管的零电流开关(ZCS),消除IGBT拖尾电流引起的开关损耗,同时减小了二极管的反向恢复损耗。辅助电路结构不会增加开关管的导通损耗,还能一定程度上克服传统零电压开关(ZVS)全桥变换器原边环流损耗大和占空比丢失严重的缺点。详细分析了该新型全桥变换器的工作原理以及实现零电流开关的条件,给出了主电路拓扑结构及相关参数选取,根据所选取参数对主电路进行仿真研究,给出了主要仿真波形,结果验证了电路分析的正确性和设计的可行性。

全桥三电平变换器的一种新型控制策略

对全桥三电平变换器提出了一种新的脉宽调制控制策略——双移相(Double phase-shift,DPS)控制。对比斩波加移相(Chopping plus phase-shift,CPS)控制,该控制策略大大减小开关管体二极管的损耗,使全桥三电平变换器可以工作在三电平模式和两电平模式,从而提高了变换器的效率。同时保持开关管的电压应力只有输入电压的一半,使该变换器非常适合高压输入的场合,并实现所有开关管的零电压开关。此外,全桥三电平变换器输出滤波电感比传统全桥变换器也大为减小。副边整流二极管的电压应力得到了降低。由于变换器的输入电流纹波很小,输入滤波器也得到了减小。本文详细分析全桥三电平变换器在双移相控制策略下的工作原理,讨论参数设计,并且给出实验结果。

移相型全桥零电压零电流直流变换器拓扑结构综述

移相全桥零电压零电流软开关(FB-ZVZCS-PWM)电路的超前臂工作在零电压(ZVS)状态,滞后臂工作在零电流(ZCS)状态。文章分析了移相全桥零电压零电流PWM软开关的工作原理和实现方法,主要针对滞后臂软开关的实现方法进行系统的研究,根据辅助电路的位置以及辅助电路的类型对变换器进行分类,分析了各种软开关拓扑结构的优缺点,并针对各种电路的改进设计方法进行了研究。

一种具有无损钳位电路的三绕组全桥变换器

对于宽电压输入、高电压输出的大功率全桥变换器,传统的整流二极管钳位电路存在二极管电压应力过高的缺点。本文提出了一种具有无损钳位电路的三绕组全桥变换器,该变换器可以有效实现输入电压二倍以上的变化范围,并有效地钳位整流二极管电压应力,使其电压应力不超过输出电压。本文首先推导了整流二极管电压应力的最大值;然后讨论了目前二极管电压钳位电路的不足,并详细阐述了所提出的三绕组变换器二次侧二极管的电压钳位原理;通过对二次侧三个绕组的匝比进行优化可以拓宽变换器的输入电压范围。300W的试验样机验证了理论分析的正确性。最后基于PSPICE软件的大功率变换器的仿真结果初步验证了该拓扑变换器在高压、大功率场合应用的可行性。

三电平双有源混合全桥DC-DC变换器最小回流功率控制

三电平双有源混合全桥(H-TLFB)DC-DC变换器通过引入三电平桥臂提高输入电压范围.针对该变换器在传统双重移相控制下具有较大的功率回流、较高的电流应力等问题,提出一种最小回流功率控制策略.首先分析H-TLFB DC-DC变换器功率传输特性,比较变换器在两种不同工作模式下回流功率值的大小,并根据回流功率与电压比、移相比、传输功率的数学关系,计算出回流功率达到最小时对应的最优移相比,并设计相应优化控制策略.与传统双重移相控制策略相比,最小回流功率控制策略下的回流功率可以在全功率传输范围内达到最小值,并且在一定的电压比范围内,回流功率、电流应力可以同时得到优化.最后,通过实验验证设计控制策略的正确性和可行性.

全桥隔离DC/DC变换器的三重相移控制及其软启动方法

以无工频牵引变压器电力牵引传动系统为应用背景,对其中的全桥隔离DC/DC变换器开展研究。首先,全面地分析和归纳全桥隔离DC/DC变换器系统中存在回流功率的现象,定义电源侧回流功率和负载侧回流功率,为同时限制变换器两端回流功率提出一种三重相移控制方法。然后,在此基础上,给出最小回流功率控制算法。同时,为了减小变换器启动时的冲击电流,给出一种全桥隔离DC/DC变换器软启动控制方法。最后,研制了1.5 k W小功率实验平台并进行实验验证,实验结果表明,该软启动方法可有效地减小变换器启动时的电流冲击,所提出的三重相移控制方法相对于传统相移控制方法和双重相移控制方法显著提高了系统效率。

移相全桥变换器RC缓冲电路优化研究分析

移相全桥(PSFB)变换器在整流二极管关断时,其并联电容与谐振电感发生谐振,导致变压器次级电压出现较大的振荡尖峰,一般通过设置RC缓冲电路得以抑制。这里通过建立PSFB变换器的等效电路模型,揭示了RC缓冲电路对电压振荡的影响机理及对电阻功率损耗的影响规律。通过对电压振荡峰值及缓冲电阻功率损耗的折中考虑,给出了RC参数的最优选取方法。最后,通过实验验证了理论分析的正确性。

一种新型宽范围ZVS三电平全桥DC/DC变换器

现有的DC/DC变换器存在以下缺点:低功率、低效率和很差的负载适应能力。对此提出了一种新型全桥三电平DC/DC可控源电路,高频变压器的副边有三组绕组,为了提高输出电流,采用两个降压绕组并联整流输出;可控源电路采用不对称移相PWM控制方式,换流电感串接在第三个降压绕组上,空载或轻载时换流电感向滞后桥臂提供换流能量,保证在整个功率范围内实现软开关。通过实验验证提出的DC/DC变换器具有输入电压高、宽范围实现ZVS、高效率的优点。

一种新型全桥零电压转模PWMDC-DC变换器

针对移相全桥ZVSPWMDC-DC变换器滞后桥臂零电压开关范围窄、占空比丢失严重以及转换效率较低等缺点,该文提出了一种新型的全桥ZVTPWMDC-DC变换器拓扑。这种电路在传统移相ZVSPWMDC-DC变换器的基础上增加了两个无源网络,其中一个并联在原边的主电路中,为滞后桥臂实现零电压开关提供条件;另一个串联在变压器的副边,以减小变压器的导通损耗。这种电路有宽零电压负载范围,占空比丢失小等优点,可以提高了开关电源的效率,且输出性能好。该文分析了变换器的工作原理以及滞后桥臂零电压开关的实现条件。该文采用了DSP作为控制芯片,实现了系统的双闭环控制。最后研制了一台功率为600W,工作频率为100kHz的样机,实验结果验证了这种新型全桥ZVTPWMDC-DC变换器相关理论的正确性。

具有移相控制的ZVS全桥DC-DC斩波变换器

传统零电压全桥DC-DC变换器存在的两个典型缺陷:滞后桥臂实现零电压时负载范围窄;变压器二次侧电压存在十分明显的电压过冲、电压振荡及占空比丢失现象。本文提出具有移相控制的新型全桥DC-DC斩波变换器,它分别采用无源辅助网络、无损缓冲电路等方法克服了以上缺陷。文中详细分析了该新型变换器的工作原理以及变换器各个阶段的工作模态,同时也分析了此变换器实现软开关的条件及辅助电路的参数设计。为了验证该拓扑结构的相关功能,文中搭建了一台24V/3A,100k Hz的实验样机。实验结果验证了该拓扑结构的正确性,并证明了这种新型拓扑结构有效地解决了传统零电压全桥变换器中存在的缺陷,提升了系统性能。

一类新型三电平软开关DC-DC变换器的研究

该文针对一类新型的三电平DC-DC 变换器进行详细的研究,该电路使用一个双向开关构造中间电平,大大简化原有多电平电路的复杂程度,使多电平电路有可能被用于中低功率场合。通过将该电路与传统的全桥电路相比较研究可以发现,该电路具有输出谐波含量小的特点,可以非常有效减小输出无源滤波元件的体积和重量。该文详细探讨了这类新型三电平DC-DC 变换电路的电路结构和工作原理,并进行了实验研究。实验结果证明该电路原理正确,可以正常工作。

大功率移相全桥变换器变压器副边全波整流电路寄生振荡研究

针对大功率低压大电流应用的移相全桥变换器的变压器副边全波整流二极管上的寄生振荡问题，建立了一种包含高频变压器漏感、高频变压器副边整流二极管寄生电容以及RC吸收电路等的等效电路模型。利用PSIM软件进行仿真分析，分析了RC吸收参数的影响并提出了一种参数整定方法。另外，对实际RC吸收电路中吸收电阻的寄生电感所引起高频振荡的问题也进行了分析，给出了吸收电阻选择的建议。最后，在21kW的大功率移相全桥变换器实验平台上进行了相关实验，验证了苓文所提出的参数整定方法的有效性。

基于耦合电感消除占空比丢失的模块型全桥光伏变换器

在模块型光伏变换器中,将耦合电感引入到变换器的移相全桥电路的倍压整流侧。在DC/DC级,先分析了耦合电感的数学模型,以及引入耦合电感后变换器的开关模态。重点分析了耦合电感对循环电流的影响,即耦合电感不仅通过耦合作用快速消减原边循环电流进而减少占空比丢失,还能保证DC/DC级移相全桥电路倍压整流侧输出的经SPWM环节调制的工频正弦半波电压的滤波效果,并能实现移相全桥电路超前臂零电压开关。在DC/AC级,经工频逆变桥输出交流电。最后,通过120 W实验样机验证了引入耦合电感后变换器的功能特性,变换器控制简单,并能有效减少占空比丢失引起的谐波含量,进而保证输出电能质量。

基于ZVS全桥变换器的有轨电车充电机的研制

设计了一款用于国产化现代有轨电车辅助电源系统平台的充电机功率模块。该模块的主电路拓扑采用了基于移相控制的全桥零电压开关(ZVS)变换器和倍流整流(CDR)电路,主控制芯片采用了TMS320F28335。主控制芯片发出的移相脉宽调制(PWM)脉冲控制信号经过IGBT的驱动模块2sc0435T进行功率放大和隔离后传输至IGBT的门极,以实现移相全桥变换器主功率开关的ZVS。在进行了ZVS软开关参数、系统软件和硬件的设计以及系统模型仿真之后,组装了一台实验样机。实验结果表明设计方案正确,软开关效果良好,并将实验样机产品化后推广至市场应用。