5kW全数字控制单级隔离型功率因数校正变换器的研究

针对工业界某些场合对高功率等级、严格的谐波标准和隔离等要求,提出一种新的结合主电路和全数字控制技术的解决方案。文章采用单级隔离型全桥拓扑结合BOOST型PFC的输入电感和RCD溃能式箝位作为主电路,融合全数字控制,对中大功率单级隔离PFC进行研究。文中分析了主电路工作原理,建立了小信号动态模型,并给出数字控制设计方法。变压器的加入,不仅提供隔离功能且大大拓展了此类PFC变换器的应用场合。文中采用的数字控制方案具有良好的动态响应特性和稳态调节特性,并成功解决了模拟控制引入的变压器偏磁现象。基于该文所提出的拓扑以及控制方案,制作了5kW输出功率且PFC工作频率为55kHz的样机,验证了该变换器的优良性能,满载功率因数达到0.994,效率超过92%。

新型单级隔离型软开关功率因数变换器

提出一种兼具软开关和箝位的新型单级隔离型功率因数校正(power factor correction,PFC)变换器拓扑。该变换器能满足电气隔离的应用要求,提升单级隔离型PFC的功率等级。与传统单级结构相比,新拓扑输入电流校正效果明显,功率因数接近1。比较理想地解决了限制单级PFC功率等级的变压器漏感和直流母线电容应力问题。箝位电容被充分利用简化了零电压过渡(zero voltage transition,ZVT)技术在隔离型变换器中的应用,既改善了半导体器件的开关环境、优化系统电磁兼容,又提高了变换效率。实验制作一台87kHz,1kW的样机。实验结果表明,这种变换器的效率基本能够达到93%(半载以上),功率密度提高,适合于中大功率应用场合。

一种单级隔离型Sepic逆变器

提出了一种新型单级隔离型Sepic逆变器。该逆变器只需三个有源开关和一个高频变压器,结构简单、易于实现。该逆变器由直流Sepic变换器扩展而来,因而具有升降压能力,适于直流侧电压宽范围波动的可再生能源发电系统。介绍了所提逆变器的电路结构和工作原理,采用单周期控制实现了系统的闭环控制;给出了该逆变器的磁集成设计方案;在理论分析的基础上,进行了仿真和实验验证。仿真和实验结果表明,该逆变器具有良好的动、静态性能。

带有源钳位和软开关的单级隔离式PFC变换器

介绍了带有源钳位和软开关的单级隔离式PFC变换器 ,它可再生储存在变压器中的能量 ,实现主、辅开关的零电压开关。仿真和实验证实该电路可有效地降低开关应力 ,提高电路的效率。

5KW全数字控制单级隔离型功率因数校正变换器的研究

针对当前工业界某些应用场合对高功率等级、严格的谐波标准以及输入输出隔离等要求,本文提出了一种新的结合主电路拓扑和全数字控制技术的解决方案。文章采用单级隔离型全桥结构结合传统BOOST型PFC的输入电感和RCD钳位作为主电路,并融合数字控制方案,对中大功率单级隔离型PFC进行研究。分析了主电路工作原理,建立了小信号动态模型,并详细分析了基于该模型的数字控制设计方法。提供输入输出电气隔离的变压器,允许输出可以在较大范围内调整,既可以高于输出电压也可以低于输出电压,此外允许多路输出方案。因此,变压器的加入大大拓展了此类PFC变换器的使用场合。采用的数字控制方案,同时具有良好的动态响应特性和稳态调节特性。优异的动态调节特性可成功解决模拟控制引入的变压器偏磁现象。基于本文所提出的拓扑以及控制方案,制作了5kW输出功率且开关频率为55kHz的样机,验证了该变换器的优良性能,满载功率因数达到0.994,效率超过92%。

一种新型单级非隔离双Cuk逆变器

为适应可再生能源发电系统宽范围变化的直流电压,提出一种新型单级非隔离双Cuk逆变器。该逆变器是将两个改进的Cuk直流变换器通过输入串联、输出并联的组合而成的。借助于Cuk直流变换器的升降压能力,使得该逆变器可以适应于宽范围变化的输入直流电压。介绍该逆变器的工作原理和参数设计方法,推导其数学模型并设计闭环调节器。在理论分析的基础上,进行仿真和试验验证。仿真和试验结果表明,该逆变器具有升降压能力,适用于输入电压宽范围波动的应用场合;通过设置适当的调节器,该逆变器可以获得良好的动、静态性能。

一种单级非隔离Buck-Boost新型光伏逆变器

提出一种新型单级非隔离Buck-Boost逆变器。为使输入电压与调制波之间呈线性关系,采用一种新型的非线性PWM策略。该逆变器具有平衡的升降压能力,适用于光伏系统等输入电压宽范围波动的场合;此外该逆变器所用开关器件较少,仅需一个感值较小的电感作为储能元件,无需电解电容,并具有体积小、成本低、效率高、短路及断路保护简单等优点。首先对该逆变器的工作原理进行分析,确定其调制策略,然后建立其数学模型,设计闭环调节器,最后进行仿真和实验验证。通过分析仿真和实验结果,表明该逆变器具有升降压能力,适用于输入电压宽范围变化的场合。

一种新型单级非隔离双Cuk型逆变器

提出一种新型单级非隔离型双Cuk逆变器,此逆变器在输出并联型组合式逆变器构造方式的基础上进行一部分改进,使得该逆变器既保留了Cuk电路的升降压特性,同时电路中的电感电容数量减少了1倍,因此逆变器系统的体积大大减小。该逆变器以非电解电容作为储能及滤波元件,具有可靠性高,使用寿命长等优点。该文根据Cuk电路的非线性特性采用了NPWM(非线性PWM)调制方式,既保证逆变器能够输出良好的正弦电压波形,同时使电路的输入输出关系线性化,降低了系统闭环控制的复杂性。仿真和实验结果证明了该新型逆变器拓扑的正确性和可行性。

单级单相无电解电容Buck-Boost逆变器

该文给出一种无电解电容的单级单相Buck-Boost逆变器。该逆变器可以灵活地实现升降压以适应宽输入范围的直流侧电压;仅用一个工作于正负半周的低值直流储能电感而无需电解电容和大电感,开关器件和无源器件数目少,因而降低了成本和体积,提高了可靠性、使用寿命和功率密度;通过改变储能电感电流方向实现极性反转,控制方式十分简洁,非常适用于中小功率光伏系统。该文详述了Buck-Boost逆变器的工作原理、升降压能力及调制策略,并在此基础上,完成该逆变器升降压、扰动以及并网控制的仿真和实验,结果良好且与理论分析相契合。

一种具有宽输出调压范围与低电压应力的单级无桥隔离型PFC变换器

针对单级无桥隔离型功率因数校正(PFC)变换器存在开关管电压应力大,工作于降压模式时,总谐波畸变率(THD)高、功率因数(PF)低的问题,提出一种具有宽输出调压范围与低电压应力的单级无桥隔离型PFC变换器。该变换器采用双绕组分裂电容的结构,降低了开关管与二极管的电压应力。通过引入工频开关管,消除变换器工作于降压模式时的输入电流畸变,实现降压模式下的高功率因数,从而有效拓宽输出电压的调节范围。变换器工作于断续导通模式(DCM)时,可实现二极管的零电流关断(ZCS)。详细分析变换器的工作原理和运行特性,并通过软件进行仿真证明,最后通过搭建一台50W实验样机,验证了该变换器能工作于较宽输出电压范围,具有开关管电压应力小、功率因数高、控制简单和转换效率高等优点。

一种单级非隔离型Cuk光伏逆变器研究

针对传统电压型逆变器的缺点,结合组合式逆变器的构造方法,提出一种可实现升降压逆变的单级非隔离型Cuk光伏逆变器。首先介绍单级非隔离型Cuk光伏逆变器的拓扑结构和工作原理,阐述系统参数的设计,然后分析非线性PWM调制方式和电压闭环控制策略,最后通过仿真和样机试验证明该拓扑结构的正确性及控制方法的可行性。仿真和试验结果表明单级非隔离型Cuk光伏逆变器具有较宽的输入电压变化范围,同时对输入电压和负载的扰动具有较强抑制作用,因此具有较重要的研究意义。

一种能够抑制共模电流的单级单相Buck-Boost光伏逆变器

该文给出一种能抑制共模电流的单级单相Buck-Boost光伏逆变器,该逆变器是通过将H桥逆变器与Buck-Boost斩波电路级联以及对相关的元件进行复用并对电路进行简化得到的,可同时实现升降压以适应宽输入范围的直流侧电压,无电解电容应用且具备有效抑制漏电流的能力,保证系统的可靠性和安全性,非常适用于中小功率光伏系统。此外,利用一种基于调制波重构的非线性调制策略,能显著降低直流侧储能电感大小,有效提高功率密度,实现均衡升降压。详述其工作原理,通过共模分析验证其能对阴阳两极漏电流实现有效抑制以及新型调制策略下可实现均衡升降压控制。在理论分析基础上,完成逆变器并网控制的仿真和实验,结果与理论分析相契合。

基于双链路全桥的升降压逆变器研究

提出一种基于全桥的单级非隔离升降压逆变器,存在两条连接桥臂中点的链路。其中一条链路放置能量传输电感,另一条链路放置双向开关和负载。首先分析了该升降压逆变器拓扑的由来及电路特征。然后,描述其工作模态并推导其电压增益、器件应力等稳态特性。进一步从效率和可靠性两个角度展开讨论,探寻合适的正弦脉宽调制(SPWM)策略。使用PSIM软件搭建电路模型并给出相关仿真结果。制作一台峰值效率为96.3%、功率为500W的硬件样机并给出部分量测波形。实验表明该升降压逆变器具有效率较高和结构较为简单的特点。

电动汽车与电网能量交互的双向变流器拓扑研究

针对国内外广泛关注的电动汽车与电网互动技术,对二者能量交互的接口——双向变流器进行了研究。首先分类介绍了几种典型的适用于电动汽车充放电机的电路拓扑,并对其主要特点和基本原理进行了比较和分析。在此基础上,提出了一种新颖的高功率因数双向单级全桥变换器(bi-directional single-phase single-stage full-bridge converter,BSS-FBC)拓扑,相比其他典型拓扑,该变换器具有效率高、功率密度高、谐波污染小、体积小、成本低、控制简单等特点。介绍了该拓扑的工作原理和设计要点,采用二重傅里叶积分方法对该拓扑进行了谐波特性分析。基于所提出的拓扑及控制方案,制作了一台功率为3.3kW的样机,通过仿真和实验验证了该变换器的优良性能。

一种输出并联双Cuk并网逆变器

提出一种由两个Cuk变换器通过输入串联、输出并联的方式组合而成的单级非隔离双Cuk逆变器。介绍该逆变器的电路结构,并分析其单电源供电时的工作原理。针对输入电容电压的均衡问题,给出两种解决方法,并选择调制波修正法作为最终的实现方法。该文采用带电网电压前馈的并网电流控制策略,实现双Cuk逆变器的单位功率因数并网。试验结果验证了理论分析和仿真研究的正确性。