面向数据中心48 V供电系统的混合型母线变换器及其高密度集成

该文提出适用于数据中心48 V供电系统的混合型母线变换器电路拓扑及其高密度集成方法,通过在开关电容变换器中嵌入自耦变压器和LLC谐振变换器,大幅增加开关电容变换器的降压比,且利用矩阵式变压器结构实现变换器输出电流能力的大幅提升。基于所提出的混合型母线变换器,进一步提出其高密度集成方法,综合采用磁集成、绕组集成等方式,实现变换器功率密度和效率的提升。研制40~60 V输入、变比8:1、输出电流100 A、开关频率1 MHz的八分之一砖模块,功率密度达到1.704 kW/in3,最高效率达到97.9%。

基于定频三元件谐振高效中间母线变换器设计

提出了定频三元件谐振结构的数字控制中间母线变换器设计,以实现高开关频率下的高效率。介绍了定频三元件谐振拓扑的工作原理,分析和总结了谐振参数与直流增益间的规律,考察了主电路寄生参数对ZVS/ZCS的影响,并进行了变压器优化设计。最后研制出一台400 W的数字控制样机,达到了97%的高效率。

一种开环LLC母线变换器的设计与实现

设计了一种基于对称谐振槽的开环LLC母线变换器。通过对称谐振槽设计使LLC变换器在固定频率点正向和反向工作时具有相同的电压增益。同时,根据开环LLC频率和增益固定的特点,设计了较大的励磁电感和谐振电感比值λ,有效减小了励磁电感上的损耗。此外,定频工作使LLC变换器在整个负载范围内都能实现原边逆变管零电压开关和副边整流管零电流开关。最后设计了一台低压母线60 V、高压母线360 V的1.5 kW试验样机,试验结果验证了理论分析的正确性。

中间母线变换器软开关的研究与实现

中间母线变换器(Intermediate Bus Converter,简称IBC)由于其特殊的结构和功能,对效率要求较高。本文采用一种特殊结构,利用变压器漏感与谐振电容的谐振来控制主开关管的开断,实现了初级主开关管的软开关,提高了变换器的效率。首先,通过对电路开关模态的研究,详细分析了电路工作原理,然后用Saber软件进行了仿真,最后根据理论及仿真分析设计并研制了一台输入为36～60V,输出为8～12V的250W/280kHz的原理样机。测得额定输入48V,输出9V条件下的效率高达96%。从实验和仿真波形及效率测试等几个方面验证了变换器软开关的实现。分析得出,该变换器的软开关条件与输入输出条件无关,不同于传统的软开关拓扑,易于产品化,有一定的应用价值。

一种基于多谐振开关槽与Buck-Boost电路的准并联变换器

谐振开关电容变换器具有效率高、体积小、质量轻和易集成等优点,是中间母线变换器的理想拓扑,然而其不足之处在于电压比固定以及软开关特性易受谐振参数容差的影响。该文针对这两个问题,将多谐振开关槽式变换器与四开关Buck-Boost变换器进行结合,提出一种基于准并联架构的中间母线变换器,详细分析变换器的工作原理与电压增益特性。通过推导电流时域表达式详细分析谐振参数容差对变换器的影响,并给出参数设计的方法。该文研究一种合适的控制方式,完成环路补偿设计,实现输出电压的闭环控制。通过仿真和实验对上述理论和解决方案进行验证。

混合微电网交直流母线接口变换器虚拟同步电机控制策略

针对混合微电网交直流母线接口变换器采用下垂控制存在惯性小、阻尼低等问题,提出一种适用于接口变换器的虚拟同步电机控制策略。该控制策略不仅可使交直流母线接口变换器具有下垂控制的稳态特性,而且可使其呈现类似于同步电机的动态频率响应特性,有效提高交直流混合微电网对交流频率及直流电压的抗扰动特性。该文分析混合微电网瞬时功率平衡特性,基于此,提出利用交、直流微电网电源和负荷吞吐特性为交流频率和直流电压提供惯性,并设计相应的控制策略。建立所提控制策略的小信号模型,详细分析转动惯量、阻尼系数、直流下垂系数等关键参数对系统稳定性的影响及有功功率变化时交流频率和直流电压的动态响应,据此给出系统关键控制参数设计方法。最后,分别利用Matlab/Simulink软件和dSPACE实验平台验证所提控制策略的有效性。

基于改进AHP法-熵权法的交直流母线接口变换器综合性能评估

交直流混合微电网因有利于分布式新能源和新型直流负荷的接入而得以快速发展,而交直流母线接口变换器是建设交直流混合微电网的关键设备,其性能优劣直接影响微电网系统的稳定性。为了全面掌握接口变换器的运行情况,根据微电网运行特点,提出一种改进层次分析法(AHP法)-熵权法的交直流母线接口变换器性能评价方法。参照相关电气设备技术标准设定15项性能指标并对其数值进行标准化处理,针对多因素多层次指标集,上层采用改进层次法,最底层采用改进AHP法-熵权法组合赋权,从而得到接口变换器性能评估函数,根据评估函数值对设备进行百分制打分并确定其优劣性级别。通过对某工程中接口变换器进行实例分析,验证了该评价方法的可行性和有效性。

不平衡工况下混合微电网交直流母线接口变换器多模态运行控制策略

针对混合微电网不平衡工况下交流母线电压不平衡、直流母线电压二倍频波动和三相电流不平衡等电能质量问题,提出交直流母线接口变换器多模态运行控制策略,所提策略可以使接口变换器实现功率双向传输与电能质量治理统一控制,提高了变换器的利用率,降低了系统运行成本。首先,根据接口变换器在不平衡工况下的瞬时功率传输特性,并结合变换器带载情况及交、直流母线电压质量的不同要求,将变换器的工作方式划分为3种主要运行模态:电流不平衡补偿、电压不平衡补偿和直流电压稳定。其次,将交直流混合微电网作负序等效,通过引入多模态控制参数,实现对接口变换器负序等效阻抗控制,详细阐明了各工作模态系统的工作原理并通过伯德图详细分析了所提控制策略对三相不平衡电压、电流的补偿特性。最后,通过实验验证了所提控制策略的有效性。

一种自驱动型LLC半桥谐振变换器的研究

在三谐振LLC变换器基础上,简化控制电路,提出了一种新型的LLC型自驱动半桥谐振变换器拓扑,并分析了该变换器的工作原理。由于它与传统谐振变换器相比,省略了昂贵的半桥驱动芯片和复杂的变频控制策略,实现了全负载范围内零电压开关,提高了变换器的效率、可靠性及功率密度,降低了成本。所以该拓扑十分适合应用于中间母线式变换器中,文中详细讨论了其参数设计。

不平衡工况下CLLC型交直流母线接口变换器控制策略

针对交流微电网电压不平衡工况下直流微电网母线电压二倍频脉动问题,提出一种适用于CLLC直流变压器的两级式双向隔离AC/DC母线接口变换器控制策略。首先,对不平衡工况下交直流母线接口变换器功率传输特性进行分析,并设计抑制交流侧负序电流的控制策略。其次,建立CLLC直流变压器的基波等效模型,并分析其电压增益和输入阻抗特性。在此基础上,考虑不平衡工况下CLLC直流变压器输入电压脉动特点,对CLLC直流变压器进行了参数优化设计并提出了基于脉动电压前馈的控制策略以抑制直流母线电压脉动。最后,通过Matlab/Simulink进行仿真,结果表明,采用所提控制策略,在交流母线电压平衡及不平衡工况下均能保证三相电流平衡的同时抑制直流母线电压脉动。

基于LLC直流变压器(LLC-DCT)效率优化的死区时间与励磁电感设计

对于传统PWM变换器,死区时间越小,效率越高,而谐振变换器并非如此。本文针对LLC谐振式直流变压器(LLC-DCT),通过推导LLC拓扑损耗与死区时间的定量关系,提出了一种基于死区时间和励磁电感最优解的LLC谐振参数设计方法。从而选取最佳死区时间和励磁电感,得到最优化的整机效率,避免了先前设计中死区时间选取的盲目性。同时,根据工作在直流变压器下的LLC特点,分析了励磁电感与谐振电感比值和品质因素的选取。最后,研制了一台基于该优化设计方案的150W LLC-DCT样机,实验结果表明了设计方法的有效性和准确性。