基于新型CD单元的两相交错并联高增益Boost变换器

为减少基于电容-二极管(CD)升压单元的两相交错并联高增益Boost变换器的CD单元数量,提升变换器电压增益,提出一种最后两级CD单元电容并联充电、串联供电的新型两相交错Boost变换器拓扑结构,进一步发挥CD单元的升压能力。分析新型3CD、4CD两相交错并联Boost变换器的拓扑演化过程,提出新型NCD两相交错并联Boost变换器的拓扑演化规律。以新型4CD两相交错并联Boost变换器为例,分析变换器工作原理,以及电感、电容寄生电阻对变换器电压增益的影响。最后在StarSim硬件在环实验平台搭建1 kW的新型4CD单元交错并联Boost变换器,验证该文所提拓扑的正确性。

带CD单元的两相交错并联高增益Boost直流变换器拓扑分析

该文提出一种电容–二极管(capacitor-diode,CD)单元构成方法,其中二极管顺向连接,通过在CD单元的不同分支处补充电容和短路线,推衍一系列CD结构。其内在工作原理类似,但由于电容位置的变换,电容承受电压发生变化。将CD单元与两相交错并联Boost结构结合,进一步衍生一系列应用在小功率光伏发电系统的高增益直流变换器。选取其中电容耐压值最小的作为最优4CD高增益变换器,详细分析该变换器的工作过程,推导电压增益、输入输出电流、功率管电压和电流应力的具体关系式,给出电路损耗的计算结果,最后搭建一台380W实验样机,实验结果验证电路的可行性。

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。

四相交错Boost变换器的解耦均流控制方法

交错并联Boost变换器通常采用双闭环控制输出电压,均流环平衡电感电流。但是,在变换器的控制过程中,双闭环与均流环往往存在耦合问题。为此,提出了一种主从均流解耦的控制方法,削弱双闭环与均流环控制时的耦合关系。首先,介绍了四相交错并联Boost变换器的拓扑结构及工作原理,建立小信号数学模型,并推导出传递函数;其次,阐述了双闭环与均流环的解耦的条件,提出了一种双闭环与均流环的解耦的控制策略,实现双闭环与均流环之间的解耦;最后,在PSIM中搭建了四相交错并联Boost变换器仿真平台,进行四相交错并联控制。仿真结果表明,采用主从均流解耦的控制方法后,输出电压波动明显降低,证明了所提方法的可行性和有效性。

两级反向耦合交错并联Boost变换器纹波电流分析

本文对两级耦合交错并联Boost电路的模型进行了分析,分析了电路的开关模态,介绍了不同开关模态下电流变化率、电流纹波的计算方法。计算分析了系统参数对电流纹波的影响。本文介绍的方法同样适用于单级耦合交错并联Boost电路和普通交错并联Boost电路的模型分析。本文介绍的分析方法对交错并联Boost电路的系统分析和设计具有重要参考价值。

基于SiC MOSFET的交错并联Boost变换器电压尖峰抑制方法

大功率变换器的发展趋势是高频率、高效率和高功率密度。与传统的Si MOSFET相比,SiC MOSFET因具有开关速度快、开关损耗低、工作温度高等优点,得到了广泛的应用。然而,SiC MOSFET在高速关断过程中容易产生电压尖峰和振荡,严重威胁到功率变换器的可靠运行。针对这一问题,本文对SiC MOSFET关断过程进行详细分析后,分别针对影响关断电压尖峰的两种因素,提出了相应的抑制方法。为验证所提方法的有效性,搭建了试验平台。通过试验结果可知,所提出的方法可以有效抑制关断过程中产生的电压尖峰,而不会显著增加开关损耗。

基于交错并联Boost应急通风逆变器开发

为落实国家“双碳”战略,响应轨道交通辅助电源高效率、高频化、高能量密度的发展号召,文章设计了一种结合使用SiC MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)及双重交错并联技术的新型应急通风逆变器。首先,引入了双重交错并联技术使系统的功率损耗和功率器件的电流应力显著减小;其次,使用了SiC MOSFET使系统的功率密度和转换效率显著提升;再次,配置了设计合理的RC电路使得MOSFET的尖峰震荡显著减小,拓宽了功率器件的稳定运行区间;同时,设计了前后级结合的闭环控制策略使系统的动态响应性能和抗干扰能力显著提升;最后,搭建了Simulink仿真模型并在3 kW样机上进行了试验验证,试验结果验证了控制策略的有效性。

基于交错并联Boost电路的光伏发电系统优化

光伏发电系统的单Boost电路输出的电压和电流纹波较大,会影响发电系统的可靠性和稳定性,因此提出一种基于交错并联Boost电路的改进型光伏发电系统。在MATLAB/Simulink模块中搭建仿真模型,仿真结果表明,交错并联Boost电路可以有效减小电流和电压的纹波,证明其可以在并网光伏发电系统中发挥积极作用。

一种新型的有源交错并联Boost软开关电路

重点研究了有源交错并联Boost的软开关技术,提出了一种新型的有源交错并联的Boost软开关电路。在Boost主开关两端并联一个由有源辅助开关和关断缓冲吸收电容组成的有源缓冲吸收支路,Boost的主开关管可以实现零电流导通和零电压关断,二极管的反向恢复电流带来的能量损耗能够大大减少。并且,在整个开关周期期间,附加的辅助开关管都是零电压开关。最后,设计试制了一台1.2kW实验样机。结果表明,该电路的所有功率器件均实现了软开关。

带开关电容网络的交错并联高增益Boost变换器

提出了一种新颖的带开关电容网络的交错并联高增益Boost变换器,对其工作原理和特性进行了详细分析。变换器的拓扑在传统两相交错并联Boost变换器的基础上增加了一个二极管和两个电容,并进行改进,构成了开关电容网络。与传统两相交错并联Boost变换器相比,新拓扑不仅输入电流纹波减小,而且在相同的占空比下实现了更高的电压增益,开关器件的电压应力得以减小。因此,新拓扑非常适合应用于低压输入、高压输出的场合,如燃料电池、光伏发电等系统。最后,通过实验验证了理论分析的正确性。

一种交错并联高增益软开关Boost变换器

针对如何提高变换器增益的同时,使变换器具有更好的工作性能,提出一种交错并联高增益软开关Boost变换器,详细分析其工作原理,在此基础上对其电压增益进行推导,讨论其软开关工作条件,特别分析考虑电路寄生参数影响时变换器的工作情况。发现该变换器具有如下特点:1)通过合理设计电路参数即可实现高升压变换;2)采用两相交错并联技术,使得输入电流及输出电压纹波频率变为开关频率的2倍;3)所有的开关和二极管都实现了软开关,减小了电路损耗。搭建了一台40 W实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。

一种隔离型有源箝位交错并联Boost软开关变换器

采用原边并联/副边并联的交错结构,提出了一种新型的隔离型有源箝位交错并联Boost软开关变换器。耦合电感的漏感限制了输出二极管关断电流的下降速率,抑止了输出二极管的反向恢复,大大减小了反向恢复电流引起的损耗。由有源开关和箝位电容组成的箝位电路吸收并无损的转移了漏感能量,消除了主开关管上的电压尖峰,而两相交错并联电路只需要一组箝位电路,大大简化了电路结构。在整个开关周期内,主开关管和辅助开关管都是零电压软开关动作,大大减小了开关损耗。最后,设计了一台40V输入、380V输出的1kW试验样机。试验结果表明,所有的功率器件均为软开关工作。

一种三电平交错并联Boost变换器

重点研究了交错并联三电平Boost变换器,提出了一种新型的三电平交错并联Boost变换器拓扑。文中详细介绍了其原理及工作过程,并进行了仿真研究。最后,设计了一台1kW三电平交错并联Boost变换器的样机。实验表明,理论分析与实验结果相一致,Boost的主开关管实现了零电流导通,二极管的反向恢复电流带来的能量损耗近似为零。相对于传统Boost电路,其电感的尺寸大大减小,并且可以使用低耐压功率开关管。

一种新型交错并联Boost-Flyback直流升压变换器

光伏/燃料电池发电系统的前级输出电压低,为提高输出电压通常需要高升压比直流变换器。针对这一问题,提出了一种新的交错并联Boost-Flyback变换器(interleaved Boost-Flyback converter,IBFC)。该变换器采用Boost与Flyback变换器交错并联的方式来减小输入输出纹波,并利用Flyback变换器的变压器匝比来获得较高的电压增益。Flyback变换器的变压器主边通过电容与输出端相连接,可将输入侧漏感能量转移到输出,减小了漏感损耗。变换器中间的储能电容极大减小了开关管的电压应力,进一步提高了转换效率。分析了IBFC的各种工作状态,推导了各元件的电压应力。实验结果验证了变换器的可行性。

一种新型非谐振型软开关交错并联Boost电路

提出一种新型非谐振型交错并联Boost零电压转换(ZVT)电路。在传统交错并联Boost拓扑基础上添加了一组由一个电感、两个电容、一个开关管、四个二极管组成的辅助网络,令主开关管实现了零电压开通与关断,辅助开关管实现了零电流开通与部分零电压关断,降低了开关损耗,提升了电路变换效率。软开关可在宽工作范围内有效实现,电路工作在连续电流模式(CCM),控制方式简明易行,辅助网络的引入没有给主开关管带来额外电流应力。通过复用部分辅助元件,提高了辅助网络利用率,减少了体积与费用;降低了开关过程中的dv/dt、di/dt,抑制了开关噪声。详细分析了电路拓扑结构、工作原理,并对主要参数进行了优化选取,最后通过实验验证了理论分析的正确性。

光伏发电最大功率点跟踪交错并联Boost变换器的动力学特性分析

DC-DC变换器作为光伏发电最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)控制器的核心部分,其动力学特性对系统的性能产生影响。该文基于非线性动力学系统理论,建立了光伏发电最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)交错并联Boost变换器的离散迭代映射模型,在此基础上采用分岔图、时域波形图、相轨迹图方法,研究了其动力学特性,并与一般Boost变换器特性进行比较。理论与实验结果均表明,在相同电路参数的情况下,与一般Boost变换器相比,交错并联Boost变换器的稳定域更大,电感电流和电容电压的纹波小、变化幅度小,更适用于光伏发电MPPT。

全占空比范围电容串接式交错并联Boost变换器均流策略研究

针对电容串接式交错并联Boost变换器全占空比范围内不均流现象,提出不对称占空比的均流控制策略。基于电容电荷平衡原理,调整中间储能电容充电时间与放电时间的比例,使得电感电流大小随之改变,从而实现两相电感电流均分。从变换器的工作原理入手,阐述全占空比范围不均流现象的机理,详细推导不对称占空比均流控制策略的实现过程,分析该策略下变换器的工作原理和工作特性。该均流策略实现简单,无需额外增加电流传感器,仅需改变其中一相电流的占空比,就能实现变换器在全占空比区域内的电流共享,且保持电路的倍压特性。最后,设计了一台功率为100W的样机,对理论分析进行验证。

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。

一种改进型两相交错并联Boost变换器

提出一种改进型两相交错并联Boost变换器。与传统的两相交错并联Boost变换器相比,该电路比传统的两相交错并联Boost变换器多了一个开关电容,保持了传统两相交错并联Boost变换器结构简单的优点。由于开关电容的存在,改进型拓扑不仅提高了电压增益,同时还降低了开关器件的电压应力,有利于电路选择低耐压、高性能的开关器件,从而降低电路的损耗。开关电容的充放电平衡,使得电路工作在占空比0.5≤D<1时无需采取任何均流措施就可以自动均衡各相的电感电流。分析占空比0<D<0.5与0.5≤D<1两种工作状态下的工作原理,研制了一台输出功率为72 W的小功率改进型两相交错并联Boost变换器原理样机,通过实验验证了理论分析的正确性和可行性。

基于DSP的DC/DC Boost PFC模块的并联交错控制研究

本文提出了一种简单的PFC模块并联交错数字控制方案。以三个模块并联为例,利用平均电流控制策略,仅用一个控制器实现了DC DCBoostPFC模块的并联控制,开关频率为120kHz,取得了良好的均流性能,降低了功率开关管的电流应力;同时,使它们的高频开关相位均匀错开120°,实现了电感电流的交错,减小了输入电流的高频纹波,减小了输入EMI滤波器的差模电感。实验结果证明了该控制方案的可行性,为并联的功率因数校正模块的数字控制提供了一个良好的解决方案。