一种低电流纹波高增益软开关直流变换器

提出了一种应用于新能源发电系统的低电流纹波高增益软开关直流变换器。在传统交错Boost变换器基础上,该变换器通过引入耦合电感和二极管、电容升压单元提高电压增益,耦合电感在整个开关周期过程中都传递能量,提高了磁芯利用率。输入侧工作在交错模式,两相电感电流纹波可以相互抵消,从而获得较低的输入电流纹波。由于耦合电感自身漏感的存在,减轻了整流二极管反向恢复问题,同时采用有源钳位电路回收利用漏感能量,实现了所有开关管零电压软开关,抑制了开关管关断电压尖峰,提高了变换器转换效率。详细分析了变换器的工作原理、电路特性以及软开关实现方法。最后,搭建了一台200 W的试验样机验证了理论分析的正确性。

一种低电流纹波电解电源及其控制方法

针对电解铜箔行业对低电流纹波电解电源的需求,提出一种低电流纹波电解电源拓扑结构及其控制方法。电解电源由PWM整流器和DC/DC变换器级联而成,其中DC/DC变换器由多个DC/DC变换模块并联而成,每个DC/DC变换模块由半桥高频逆变器和全波不可控整流电路构成;通过控制每个DC/DC变换模块中高频逆变器输出电压错开均等的相位角,使多个DC/DC变换模块输出电压的低频谐波分量相互抵消,从而降低电解电源输出电流纹波。最后,实验结果验证了所提拓扑结构及其控制方法的有效性。

低电流纹波的双向隔离型DC/DC变换器

基于传统的交错并联和双有源全桥的拓扑,设计了一个具有低电流纹波的性的双向隔离型DC/DC变换器,并采用PWM +移相控制实现功率的双向流动,文中对该变换器的工作原理和特性进行了分析,并搭建了一台300W的样机进行了验证。

一种低输入电流纹波高增益软开关DC-DC变换器

针对新能源发电系统输出电压低、电压稳定性差等问题,提出一种非隔离型低输入电流纹波高增益软开关直流变换器。该变换器结合有源钳位技术和耦合电感与二极管-电容倍压结构,提高了变换器的电压增益,降低了开关器件的电压应力。耦合电感自身漏感有效缓解二极管反向恢复问题,并通过有源钳位网络回收利用了漏感的能量,开关管无关断电压尖峰。利用耦合电感漏感,所有开关管均实现了零电压软开关,提高了变换器的效率。详细分析了变换器的拓扑结构与工作原理,并对电压增益、器件电压电流应力、软开关等电路性能进行了分析。最后,搭建了一台40 V输入、400 V输出、额定功率为160 W的试验样机,实验验证了该变换器具有低输入电流纹波、高电压增益、高变换效率和低电压应力等优点。

基于堆叠滤波结构的高电压比低纹波隔离型DC-DC制氢变换器

氢能是未来新能源电力系统中一种重要的储能方式,DC-DC制氢变换器则是连接新能源系统直流母线和电解槽的关键设备。在制氢这种大电流应用场景中,现有的大电流DC-DC变换器拓扑通常难以兼顾高效率、高电压转换比和低输出电流纹波等指标要求。为此该文提出一种基于堆叠滤波结构的DC-DC制氢变换器,该堆叠滤波结构是简单的软开关电路,具有低功耗特点,可并联于变换器输出侧有源补偿输出电流纹波,使得纹波消除不再依赖繁重的无源滤波器和高开关频率,从而提升变换器效率。此外,提出一种半波导通控制方式,该控制作用于变压器二次侧的两相交错Buck电路,可有效提高变换器的电压转换比。分别对提出的制氢变换器的拓扑原理、控制方式、参数选取和性能进行了详细的理论分析,最后通过PSIM仿真和240 W/20 A的实验样机对DC-DC制氢变换器进行了验证。

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。

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。

一种新的非隔离型低输入电流纹波高效高增益DC-DC变换器

为改善DC-DC变换器性能提出了一种兼具低输入电流纹波和高增益的DC-DC变换器:通过交错控制方式以及合理的设置滤波电容来减小输入电流的脉动,通过高频升压变压器及副边开关电容升压电路两者的配合以极大提高DC-DC变换器的增益。文中详细分析了新提出的DC-DC变换器工作机理以及系统的综合性能,并进一步给出了系统的具体设计方法,最后搭建了一台100W,20V/200V样机,实验最高效率为92.5%,验证了理论分析的正确性。

具有低输出电流纹波的高功率因数Cuk PFC变换器

工作于输入电感电流断续模式的Cuk功率因数校正(PFC)变换器,在半个工频周期内占空比恒定时,其输入电流存在谐波畸变,功率因数(PF)较低。针对此问题,研究了工作于输入电感电流断续模式、输出电感电流连续模式的Cuk PFC变换器。通过推导输入电流和PF值的表达式,设计了一种基于变占空比控制的Cuk PFC变换器,可保证在宽输入电压范围内使PF值接近于1,且减小器件的电流应力。通过占空比拟合的方法简化了控制电路的设计。充分利用了Cuk变换器输出电流无脉动、纹波小的特点,实现了低纹波的恒流输出。最后,通过仿真和实验对定占空比控制的Cuk PFC变换器与提出的变占空比控制Cuk PFC变换器进行了性能对比,验证了理论分析的正确性。

基于耦合电感低输入电流纹波高增益DC/DC变换器

针对如何提高增益和变换效率,并降低耦合电感型变换器的输入电流纹波问题,提出一种基于耦合电感低输入电流纹波高增益DC/DC变换器。通过引入无源零波纹电路,降低输入电流纹波,从而减小输入电流应力;同时,通过合理设计耦合电感变比,可实现变换器的高增益特性。通过理论分析和仿真实验结果表明,该变换器的输入电流纹波大幅降低,并且所有开关管均实现了软开关,大大降低了开关损耗。同时,该变换器各器件电压应力均远低于输出电压,有利于采用低耐压元件以降低导通损耗,提高变换器的性能。

基于耦合电感的对称式交错并联低输入电流纹波高增益DC-DC变换器

针对高电压增益、大功率应用场景,提出一种基于耦合电感的对称式交错并联DC-DC变换器。该电路拓扑结合了交错并联与耦合电感的优势,一方面扩大了变换器的容量,降低了输入电流纹波;另一方面可以利用耦合电感的匝比来调节电压增益,提高了变换器的灵活性。由于两相电路耦合在一起,且完全对称,可以实现自动均流,因此,不存在功率失衡问题。通过集成开关电容单元(SCU),并将其扩展至n个,进一步提高了电压增益,避免了耦合电感匝比过高的问题,同时还降低了功率器件的电压应力,因此,可以采用低电压等级、高性能的半导体器件来提高变换器的工作效率。分析该变换器的工作原理、稳态性能,并制作一台额定功率为1kW的样机,实测变换器的最高效率为97.34%,满载时(1kW)效率为94.64%。实验结果验证了理论分析的正确性,以及所提变换器的可行性。

一种低输入电流纹波的单级式三相并网逆变器

针对单级式单相并网逆变器输入电流存在低频纹波的问题,提出一种单级式三相并网逆变器拓扑及双调制策略。变压器一次侧电路三相共用,引进有源钳位电路,在简化电路的基础上减小了损耗;一次、二次侧双调制,一次侧采用恒功率控制输入电流的方法,降低了输入电流低频纹波,二次侧调制逆变输出,且三相逆变系统输出功率之和接近恒定值,无功率脉动问题。详细介绍该逆变器工作原理、双调制驱动逻辑及并网控制策略。最后研制一台480W的样机进行实验,验证了该拓扑的可行性。

具有高增益低输出电流纹波的Buck-Boost变换器

为提升Buck-Boost变换器的电压增益,减小输出电流脉动,采用拓扑组合的方法,在Buck-Boost变换器的基础上,加入电容-二极管-电感结构,实现低输出电流纹波特性,同时引入耦合电感升压结构来提高变换器的电压增益,构成一种具有低输出电流纹波的高增益Buck-Boost变换器.在耦合电感等效变压器模型的基础上,分析变换器主要工作原理和工作性能.通过仿真和实验搭建了一台150W的样机验证理论分析的正确性.研究结果表明: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,输出电流具有非常低的电流纹波,可适用于低纹波输出场合.

磁集成开关电感低纹波高增益Cuk变换器

为提高变换器电压增益,减小变换器输出电流纹波,在Cuk变换器中引入开关电感并对开关电感及输出滤波电感进行磁集成.利用电路理论对引入磁集成开关电感的Cuk变换器进行模态分析,并分析了变换器输入输出电流纹波与磁集成耦合系数的数学关系,给出了变化关系曲线和磁集成耦合度最优设计区域及设计方法.利用电路仿真软件对引入磁集成开关电感的Cuk变换器进行了电路分析仿真验证;设计了变换器实验样机,并进行实验测试.电路模态分析表明引入开关电感后Cuk变换器的电压增益提高了(1+D)倍,且开关电感磁集成耦合度不影响变换器的电压增益.磁集成耦合系数的数学关系分析结果表明合理的耦合度设计可以同时使输入输出电流纹波减小,仿真和实验结果验证了理论分析的正确性,表明Cuk变换器引入磁集成开关电感后能够提高电压增益,同时减小电流纹波.

具有低输入电流纹波带耦合电感的双向DC-DC变换器

针对燃料电池发电系统输出电压低和输入电流纹波大的问题,设计了一种新型带耦合电感的双向DC-DC变换器。该变换器利用超级电容器减少电流纹波对燃料电池的冲击从而提高燃料电池的发电效率,同时通过改变占空比和耦合电感的匝数比来提高输出电压增益。在Matlab/Simulink软件中创建仿真模型,采用平均电流模式搭建控制电路,并详细地分析升压和降压模式下变换器的开关状态与工作特性。仿真结果为:变换器的输入电流纹波约为1%,在耦合电感变比为1时升压电压增益最高为16。结果表明本文所提变换器可以在满足燃料电池发电系统对低频电流纹波的要求同时实现高电压增益,验证了所提出拓扑的可行性。

PEMFC低输入电流纹波的升压逆变器

针对质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)发电系统输入电流纹波大的问题,设计一种前级为带有源钳位的隔离式DC-DC变换器,后级为半桥式DC-AC逆变器的升压逆变器,并提出一种新型闭环控制策略。在Matlab/Simulink中创建仿真模型和控制模块,采用最大功率跟随控制和时间延时控制结合,实现交流侧和直流全桥侧对直流推挽侧脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)波形的控制。仿真结果表明,设计的变换器的输入电流纹波约为1.3%,推挽侧开关管实现软开关运行,可以满足PEMFC发电系统对低频输入电流纹波的要求,验证了所设计的拓扑结构和控制策略的可行性。

激光无线能量传输用低纹波半导体激光器驱动电源

提出1种并联型开关线性复合结构的半导体激光器(laser diode,LD)驱动电源及其相应的控制策略。由于激光能量传输系统中LD驱动电源一般采用线性电源来满足其对输入电流低纹波的要求,而在大功率能量传输的场合,线性电源效率较低,限制了激光传能系统的发展和应用,故用高效率的开关电源代替传统的线性电源作为驱动电源。为补偿开关电源的输出电流纹波,采用高线性度的线性放大器与开关电源并联来抑制电源的输出电流纹波。为保证电源效率,开关电源采样线性放大器的输出电流并将其限制在0附近波动,以此提供绝大部分的负载功率。为保证电源输出电流的低纹波,线性放大器直接采样电源的输出电流来抑制开关电流纹波。此外,为实现良好的补偿效果,还对其电流环路进行了理论分析和设计。最后搭建了1台原理样机,通过实验使得电源的输出电流纹波减少了95%,为输出电流的1.2%。

一种零电流纹波交错Boost变换器

为了有效利用光伏或燃料电池等低压可再生能源,研究了一种电源直接供电的改进交错连接Boost变换器。与基本交错并联Boost变换器相比,改进交错连接Boost变换器中输入电感交错并联,输出电容交错叠加在输入电源的两端。通过结构改进,使得上述变换器具有较高的电压增益,同时功率开关管和二极管的相对电压应力得到了有效降低;直流电源可以直接供电给负载,提高了效率。在此结构基础上,在输入端引入一个较小的辅助电感,理论上可使输入电流纹波近似等于零。详细分析了该变换器的工作原理及其稳态特性,最后通过实验验证了理论分析的正确性。

一种单输入双输出高增益DC-DC变换器

随着分布式发电在中低压场合的应用越来越广泛,对高增益直流变换器的需求日益增加。提出一种新型单输入双输出高增益DC-DC变换器。该变换器在传统Boost电路基础上引入电容和二极管组成极性反向极,功率端口通过差分连接方式互联,提高了变换器电压增益,降低了开关管电压应力;同时端口功率控制彼此独立,进一步提高了电能路由的灵活性。详细分析了该变换器的电路结构和工作原理,推导出稳态特性下的电压增益、主要开关器件电气应力以及电流纹波等表达式。在此基础上,提出了基于矢量时间作用的模型预测控制策略,建立了该变换器预测模型、推导出开关管矢量时间以及设计了目标函数寻优过程。最后,通过仿真和实验验证了所提变换器及其控制策略不仅可行、有效,而且具有高运行效率与低电压应力。

一种交叉倍压型高增益DC/DC变换器

针对光伏发电、燃料电池发电等领域对高增益直流变换器的需求,以两相交错并联升压变换器为研究对象,由2个含有电感的倍压单元组合设计出实现电压提升的交叉倍压结构,据此提出了一种新颖的交叉倍压型高增益DC/DC变换器。该变换器可实现(3n+4)/(1-d)倍的高电压增益(1∶n为耦合电感匝数比,d为变换器占空比),且具有电路器件的低电压应力特性。对于漏感引起的开关管电压尖峰问题,引入了钳位电容构成释放漏感能量通道,同时提升了输出电压。介绍了新型交叉倍压型高增益变换器的拓扑结构,分析了变换器各模态的工作过程,推导了电压增益、输入电流纹波及各器件电压应力等稳态特性,并搭建样机进行实验研究,验证了该直流变换技术方案的可行性和先进性。