串联谐振三电平Boost电路的研究

根据燃料电池的特性,三电平Boost电路广泛应用于电动汽车燃料电池升压系统,但仍存在着开关损耗大的缺点。为减小开关损耗,提高系统整体效率,提升能源利用率,对各个工作阶段进行分析,在三电平Boost电路的基础上增加了谐振腔,对软开关特性进行研究。通过仿真实验,对硬开关三电平Boost电路和带有谐振腔软开关技术的三电平Boost电路进行对比,结果显示软开关技术能够有效减小开关损耗,对提高系统效率有着重大意义,同时对其他软开关谐振电路的研究有着一定的借鉴推广作用。

三电平BOOST电路在功率因数调节(PFC)方面的应用

为了解决较高电压等级直流负荷(如电动汽车)前端整流装置对电网造成的谐波污染问题,笔者根据三电平结构的发展和boost PFC电路的应用,阐述了一种适用于高电压等级、基于三电平拓扑结构的PFC AC-DC变换器的控制策略,分析了其在应用载波移相调制技术下模块化结构,以及其输入、输出电压特点、电感二倍频电流的电气特征,搭建了三电平Boost电路控制及电路模型,得到了较高电压等级PFC变换的方案。仿真结果表明,基于三电平Boost的PFC变换器电流环灵敏度高,能有效实现PFC变换,解决了电感电流波纹过大的问题。

基于三电平的超声波电机驱动电路调速性能研究

从超声波电机驱动电路拓扑结构出发,使用三相全桥电路构建三电平波形发生电路,得到基于三电平的超声波电机驱动电路,通过改变相关PWM驱动参数可以实现电机驱动波形的调频、调压和调相功能,进而实现电机调速。通过分析得到驱动电压、驱动频率与行波幅值之间的关系,使用半实物仿真平台对基于三电平的超声波电机驱动电路进行测试,验证空载、带载时超声波电机在调压、调频、调相的情况下转速的变化情况,从而实现基于三电平的超声波电机的调速性能测试,为电机调速打下基础。

一类三电平伪图腾柱无桥PFC变换器

针对传统二极管钳位型三电平整流器在单相电源前级功率校正(power factor correction,PFC)电路应用场景下全控开关器件数量多的问题,该文基于3种传统无桥PFC电路进行三电平电路拓扑设计,提出一类三电平伪图腾柱PFC电路(single-phase three-level pseudo totem-pole PFC circuit,STPT-PFC),该类三电平PFC具有双电感支路桥臂,两者相互配合工作为输入电流提供路径,在正负半周两电感支路桥臂工作于不同模态可有效降低分别流过两电感的电流;基于该类PFC的一个代表性电路,从工作电流路径过程、关键波形和调制脉冲分配等方面对其进行工作原理分析,并对其它电路进行电路特性总结,推导桥臂对地电压电平特性与开关脉冲分配的数学关系式。另外,该类STPT-PFC共有5种结构,结合该类STPT-PFC结构特点,提出统一区间判断条件的双层载波调制技术,该类STPT-PFC具有相同开关器件不同拓扑结构可采用同一调制方案的特点,便于该类调制技术移植。最后,基于STPT-PFC-I电路设计1台额定功率1 kW、直流输出电压400 V的实验样机,从稳态及动态两方面进行实验分析,实验结果验证所提出一类三电平伪图腾柱PFC电路的可行性和三电平统一双层调制方法的有效性。

二极管箝位型三电平变换器关断尖峰电压吸收电路分析

详细分析了二极管箝位型三电平变换器中功率器件关断尖峰电压产生的原因,探讨了工程上抑制关断尖峰电压的各种方法,并重点分析了常用的尖峰电压吸收电路使用注意事项。结果表明,传统的RCD电压尖峰吸收电路应用在三电平电路中,存在状态转换时若死区时间不足会产生瞬时短路电流的问题,对功率电路造成威胁,采用简化的RC吸收电路较为合适。最后通过仿真对上述分析进行了验证。

基于功率路径重构型单相三电平混合整流电路

针对目前电动自行车、电动摩托车及充电桩的不断推广,进而对单相及三相整流器的需求日趋扩大,在现有传统H桥整流器基础上提出基于功率路径重构型的单相三电平混合整流电路,一方面,该电路具有H桥和可控三电平两种整流模式,可保证对负载具有可靠的供电;另一方面,只需要3个开关管即可实现三电平,使得开关控制较为简单,同时,拓扑结构工作模态存在冗余,从另一个角度增加了电路的可靠性。此处主要从工作原理、特性方面进行理论分析,最后,采用交流输入电压220 V,直流输出电压400 V,输出功率300 W的原型机验证理论分析的正确性。

改进混合式箝位型三电平降压升压LED驱动电路的研究

LED照明驱动变换器主要是降压或升压逆变电路,基于降压升压逆变电路最通用的是Buck或Boost等逆变电路,这些电路通常为低电压输入,小功率应用。然而对于高电压输入,大功率LED驱动逆变器而言,元器件的耐压应力就有较大的影响,对此还没有发现比较好的解决方法。文章把通用的混合式箝位型三电平通过一系列电路的优化成改进的混合式箝位型三电平,与电感元器件结合成为降压电路,再增加功率开关管成为升压电路。改进混合式箝位型三电平降压升压电路,功率器件是混合式箝位型的一半,而且控制电路也变得简单。从仿真和实际测试数据可以看出,功率元器件的耐压应力得到了极大的改善。

单相三电平PFC拓扑构成方案及调制方法

传统单相三电平整流器的开关器件较多;两电平整流器开关器件相对少,但其交流侧输入滤波电感体积大,开关频率相对较高导致功率器件损耗增大,工作效率有所降低。针对上述问题,文中提出级联、电平等效、镜像、去冗余等三电平电路拓扑方案,并以两电平伪图腾柱式功率因数校正电路(pseudo totem-pole power factor correction,PTP-PFC)为例进行上述拓扑方案的推导过程分析,提出一类三电平PTP-PFC电路。首先,对所提新型单相三电平PTP-PFC变换器进行工作原理分析,并提出一种适合此类拓扑的调制方法;其次,对所提拓扑进行功率器件数量、电压应力、损耗等方面分析和对比,总结出各电路特性;最后,设计输出电压400V、功率1kW的3种三电平PTP-PFC实验样机,实验结果证明级联、电平等效、镜像、去冗余等三电平电路拓扑方案的有效性,同时验证所提三电平PTP-PFC电路理论分析的正确性和工程应用的可行性。

对三电平IGBT变流器两种缓冲电路的研究

总结了三电平变流器的几种缓冲电路 ,分析了IGBT的失效特点 ,并进一步提出了两种应用于三电平IGBT变流器的新型缓冲电路。这两种缓冲电路有效地钳制了每个IGBT关断时的dv/dt和过电压。其中第 1种缓冲电路最简单 ,没有内外IGBT电压不均现象。实验波形证实 ,这两种电路都是可行的。

一般缓冲电路的模型及三电平IGBT变流器内外元件电压不平衡机理

通过对斩波器中缓冲电路工作过程的分析 ,提出了一般缓冲电路的模型。根据这个模型 ,分析了中点箝位式(NPC)三电平变流器中内外绝缘栅双极型晶体管 (IGBT)电压不平衡的原因。并指出电压不平衡是由于NPC三电平的特殊结构和电路中的杂散电感造成的。实验波形证明了模型的正确性和分析的有效性。

一种适用于大容量中点钳位型三电平逆变器的绝缘栅双极型晶体管吸收电路研究

绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT),关断过压问题始终是设计者亟待解决的主要问题。单单依靠合理的多层复合母排设计不足以消除中点钳位型(neutral point clamped,NPC)三电平IGBT逆变器大换流路径杂散电感所引起的IGBT关断电压尖峰。因此,必须设计有效的IGBT吸收电路。该文将Undeland吸收电路在NPC三电平逆变器中进行扩展应用,结合NPC三电平逆变器运行模式,详细分析LRCD吸收电路工作原理。研究LRCD吸收电路与逆变器电路性能之间的定量关系与影响,给出了数学表达式,提出吸收电路参数设计原则。通过仿真与实验验证了分析与参数设计的正确性。将LRCD吸收电路成功应用于1.4MW级NPC三电平逆变器原理样机。研究结果表明,LRCD吸收电路在NPC三电平逆变器中实现了主开关器件IGBT和钳位二极管的"软"开通与"软"关断,通过对吸收参数的合理设计能够定量的控制主开关管的开通电流的变化率(di/dt)和关断电压的变化率(dv/dt),有效抑制开关器件的关断过压尖峰,优化开关管的瞬态特性。该吸收电路适合大容量NPC三电平IGBT逆变器应用。

考虑二极管非理想特性的中点钳位三电平电路的分析

功率二极管非理想特性表现为较高的正向恢复电压与反向恢复电流。本文在分析二极管非理想特性产生机理的基础上,研究了功率二极管在中点钳位(NPC)三电平电路中不同工作状态下的瞬态行为及其对三电平电路主开关管工作性能的影响。通过Saber仿真软件建立了具有正向与反向恢复特性的二极管功能模型,并通过NPC三电平电路的仿真,验证了该模型对于定量分析三电平电路是可行的。实验结果进一步证明了理论分析与仿真分析的正确性。

新型三电平交流斩波电路的输出频谱结构分析

关于多电平变换器的研究已经有十几年了,但是多电平技术在交流电能变换当中的应用尚不多见。三电平交流斩波电路是一种用于高压电能变换的新型电路拓扑。它允许使用低电压等级的器件完成高压电能变换,并采用较多的电平数去逼近所希望的波形,使输出电压或电流的质量大大提高,谐波含量减少。文中对三电平斩波电路的输出电压频谱进行了一股性的讨论,得到了普适的结论。这一结论同样可分析普通的交流斩波电路的输出频谱结构。通过实验验证了电路的工作原理。

一种新颖的三电平软开关功率因数校正电路

摘要:多电平变换技术,功率因数校正技术,以及软开关技术,是目前电力电子技术领域的3个研究热点,该文在这三者之间找到了一个应用的契合点,提出了一种新颖的单相三电平无源无损软开关PFC电路拓扑。论文首先从传统的二极管箝位型三电平变换器中推导出具有实用价值的三电平Buck和Boost电路拓扑,以后者为基础,重点研究了基于三电平Boost电路的三电平PFC电路的原理及实现问题。为了提高系统的效率,且不增加控制的复杂性,将一种无原理性过压的无源无损软开关电路单元引入该电路,文中详细地介绍了其原理和工作过程,给出了相应的设计要点,并进行了仿真研究。最后,设计了1台2 kW 三电平无源无损软开关 [(P)( )(F)( )][(C)( )]电 路 样 机 , 实 验 结 果 表 明 , 该 电路不仅实现了三电平PFC的功能,而且所有功率器件均工作在软开关状态,系统效率高。

三电平逆变器缓冲电路内外电压不平衡分析及改进

针对三电平逆变器RCD缓冲电路在相邻开关状态之间转换时所发生的两种电压不平衡现象,进行了深入详细地分析,研究了产生电压不平衡的机理,并依据电路基本定律,推导了两种不平衡电压的计算公式。在此基础上,提出了一种简单的能使电压平衡的办法,并进行了仿真验证。结果表明性能良好。

一族电感耦合式Dual-Boost无桥三电平整流器

通过对耦合电感、双向开关管单元与无桥功率因数校正电路(power factor correction,PFC)的有机融合,提出一族基于电感耦合式双升压(Dual-Boost)无桥三电平整流器。在无桥PFC电路桥臂与直流侧上下分裂电容之间嵌入双向开关管单元,在每个工频周期无桥PFC电路桥臂之间产生5种电平,可减小开关损耗。所提三电平整流电路共用耦合电感磁芯以提高磁芯利用率,且其两桥臂间的五电平电压可降低交流侧电流谐波,该拓扑具有开关管电压/电流应力较低的特点。阐述拓扑推导过程,分析所提拓扑的工作原理、耦合电感特性,研究控制及调制策略,并搭建输入220V/50Hz、额定输出1kW/400V的实验样机,验证所提方案的可行性和理论分析的正确性。

三电平交流斩波电路及其浮动电容电压控制策略的研究

提出一种用于高压电能变换的新型三电平交流斩波电路,该电路允许使用低电压等级的器件完成高压电能变换,并采用较多的电平数去逼近所希望的波形,使输出电压或电流的质量大大提高,谐波含量减少.在斩波电路的工作过程中,稳定的浮动电容电压是非常重要的.三电平交流斩波电路的中间电平对应着两个工作模式.它们虽然产生同样的电平,但对于浮动电容来讲,充、放电的情况正好相反.利用这一特性分析了浮动电容电压的可控性,提出了滞环比较方法控制浮动电容电压,并通过实验验证了电路的工作原理.

一种三电平高压变频器IGBT驱动电路的实现

三电平高压变频器对绝缘门极双极性晶体管(IGBT)驱动电路有特殊的要求,比如:高低压侧的隔离问题、绝缘等级、动态驱动能力以及快速保护功能都有严格的要求.采用美国UNITRODE公司生产的UC3726/3727驱动IGBT芯片对,两芯片可组合使用,从而可以达到理想的驱动效果.测试结果表明了该方法的可行性.

20kW三电平并网变流器主电路参数的设计

提出了采用三电平并网技术研制可再生能源发电高压并网变流器,介绍了三电平并网变流器主电路的拓扑结构,并对其主电路参数的选择进行了研究,给出了主电路功率器件IGBT、箝位二极管和直流侧电容的设计方法。采用LCL滤波器抑制注入电网谐波,并对其工作原理和滤波特性进行了分析,建立了LCL滤波器设计的数学模型。在此基础上,设计出了20kW三电平并网变流器的实验样机,实验结果表明所提出的设计方法正确实用。

大功率三电平变流器中的能量回馈型吸收电路

吸收电路对大功率变流器的可靠工作起着极其重要的作用。分析了能量回馈型吸收电路在 30 0kVAIPM三电平变流器中的工作过程 ,提供了其参数的选择 ,总结了其特点 。