基于开关电感的宽电压增益双向DC/DC变换器

此处提出了一种用于储能系统的基于开关电感的宽电压增益双向DC/DC变换器。该变换器在实现双向升降压的同时进一步扩大了双向变换器的电压增益,可以适应不同电压等级的储能电池;相同电压增益下功率器件占空比有效降低,进一步减小了输入电流纹波,有助于提高电池充电性能。分析了放电和充电两种工作模式的工作原理,并搭建实验样机进行验证。实验结果表明在输出电压稳定的工况下,该变换器放电模式可以实现0.5~5倍的电压增益,充电模式可以实现0.2~2倍的电压增益,证明了所提变换器的双向升降压能力和宽电压增益能力。

少开关低电压应力电流连续且共地的高增益Buck/Boost变换器

传统Buck/Boost双向直流变换器的升压能力较弱,且开关管承受较高的电压应力(等于高压侧电压),导致变换效率较低,同时高压侧电流存在较大的脉动,电容电流应力较大,需要增大滤波电容,降低了可靠性。文章提出了一种改进的Buck/Boost双向变换器,其在传统拓扑的基础上增加了一个开关管、一个电感和两个电容,实现了连续的输入输出电流特性,减小了高压侧电容的电流应力。此外,Boost模式下的电压增益被提升,且所有开关管的电压应力均降低为高压侧和低压侧电压的差值,从而改善了变换效率。文章详细分析了所提双向变换器的工作原理、稳态特性、控制策略,建立了小信号数学模型,并通过一台100 W/120 kHz的样机验证了其可行性。实验结果表明,其在宽工作范围内均具有较高的效率,且最高效率达到95.6%。

一种超宽电压增益双LLC谐振变换器及控制方法

为解决传统LLC谐振变换器在宽电压增益应用中所需开关频率范围过宽、总体效率较低等问题,文中提出一种多模式双LLC谐振变换器。该变换器基于半桥、全桥切换以及桥式、倍压整流切换的拓扑重构思路,以增益不同的4种模式实现较窄频率范围内的超宽输出电压,提高变换器效率的同时通过复用开关器件来降低成本。为了实现模式间的平滑过渡,针对所提变换器设计一种脉冲宽度频率调制控制方法,并根据模式切换特性进一步优化,提高模式切换速度。基于SiC开关器件,设计并搭建一台60~450 V输出电压、最大功率为900 W的实验样机,以验证所提拓扑及控制方法的可行性。

基于KVL的Boost变换器电压增益分析

对基于基尔霍夫电压定律的Boost变换器电压增益分析方法进行了研究。该方法能够使学生更加直观理解变换器实现升压的原理,无需对整个开关周期进行复杂的模态分析就能获得变换器电压增益特性,且利用该方法可以进一步推导得到高升压Boost类变换器的电路结构与实现方法。通过实验验证了分析结果的正确性,所提方法为分析、理解和研究Boost类变换器电压增益特性提供了新的视角。

高电压增益升压开关模式转换器研究

本文提出了一种新型线路电压增益电路,将开关电容器(SC)电路集成在升压转换器中。SC电路可以实现任何电压比,从而将输入电压提升到高压值,实现高效率。升压电路具有调节作用,可以在相对较低的占空比下工作,从而避免二极管反向恢复问题,新电路操作是集成式的。该增益电路具有简单性和稳健性,在不使用变压器的情况下获得比级联升压转换器更高的电压比,以及整体效率等优点。

基于开关电容和三绕组耦合电感的高电压增益DC-DC变换器

提出一种结合开关电容网络和三绕组耦合电感的软开关高电压增益DC-DC变换器拓扑。该拓扑具有PWM电压调节能力,可以在非极端占空比条件下实现高电压增益。耦合电感的引入有利于减少二极管和电容的数量,降低变换器导通损耗和成本。所有半导体器件承受的电压应力小,因此可以选用具有更好特性的低额定电压器件,降低导通损耗。所有开关器件均可实现零电压开通,一部分二极管可实现零电流关断,其余二极管关断电流的下降速度受到耦合电感的漏感的限制,故所有二极管的反向恢复问题都得到有效抑制。因此,该拓扑有进一步提高高电压增益变换器效率的潜力。对变换器基本工作原理、电压增益特性、器件电压应力、输入电流纹波和软开关条件等进行了详细分析。最后,通过一台输入25~40V、输出400V、额定功率600W的原理样机验证了理论分析的正确性。

一种低电压、高增益电荷泵

电荷泵在低压电路中扮演着重要的角色。作为片上电荷泵,其面临的主要问题是:电压增益、电压纹波和面积效率。该文提出了一种新型的电荷泵电路,它采用辅助电荷泵、电平转移电路结构来产生不同摆幅的时钟,该时钟被用来驱动开关管的栅极,以有效控制开关管的电导,提高电压增益。由于采用PMOS管作为开关管,传输过程中避免了阈值电压损失。仿真结果显示,与以往文献中提到的电荷泵结构相比,该电荷泵具有更高的电压增益,开启时间短,纹波小,在低压应用环境优势更为突出。

基于开关电容的软开关高电压增益DC-DC变换器

提出一种基于开关电容的具有高电压增益和软开关特性的DC-DC变换器拓扑。该拓扑能够在非极端占空比条件下实现高电压增益,并具有类似于传统Boost变换器的PWM电压调节能力。通过谐振软开关技术,实现所有开关管的零电压开通和所有二极管的零电流关断,有利于提高变换器的效率和功率密度。变换器中开关管和二极管承受的电压应力低,允许选择低电压等级、低导通电阻的器件。详细分析变换器拓扑的基本工作原理,对变换器电压增益特性和软开关实现条件等稳态工作特性进行研究。最后,搭建一台输入25~40V、输出400V/1k W的实验样机,对理论分析进行实验验证。

一种输入端自然均流/高电压增益组合式变换器研究

针对航空电源高可靠性和高功率密度的要求,本文提出了一种新颖组合变换器。该组合变换器以双管正激变换器为基本构成单元,具有输入端自然均流、高频变压器一次侧无桥臂直通现象、输入输出电压增益高、高频变压器二次侧输出续流二极管电压应力低、以及控制上保证输入端交错并联而输入和输出滤波器体积小等优点。本文对新颖组合变换器进行分析和仿真,表明该变换器适合应用于输入中高电压、输出高电压和大电流场合;最后成功应用于某型号航空电源,各项技术指标均达到设计要求。

一种基于高自由度电压增益单元的高升压DC-DC变换器

该文提出一种基于高自由度电压增益单元（high degrees of freedom voltage multiplier cell,HD-VMC）的大容量高增益DC/DC变换器,具有输入输出增益高、开关器件电压电流应力低且可调、输入相数可自由扩展且自动均流的优点。上述特性使得所提变换器较适用于大容量高增益直流变换场合,如海上风电直流输电系统中。文中首先对变换器的拓扑构建思路进行阐述,然后以4相输入12个HD-VMCs的变换器为例分析该变换器的工作原理及性能特点,最后通过2.5MW的仿真模型和800W的实验样机验证理论分析的正确性。

恒电压增益的低电压Rail-to-Rail运算放大器

基于 Alcatel的 0 .3 5μm标准 CMOS工艺 (VT=0 .6 5 V) ,模拟实现了工作电压低达 1 .8V、电压增益偏差仅为 3 % (整个输入共模偏置电压范围内 )的运算放大器 ;电路的设计也避免了差分输入对中 PMOS管和 NMOS管的 W/L的严格匹配 ,增强了电路对工艺的坚固性。对输入差分对偏置电流的控制电路、差分输入对的有源负载和 AB类 Rail- to- Rail输出级进行了整体考虑 ,确保电压增益恒定的新型结构 ,使该运放在 2 V电源电压下 ,电压增益达到 80 d B(1 0 kΩ 电阻和 1 0p F电容并联负载 ) ,单位增益带宽为 1 2 MHz,相位裕量

多断口真空开关击穿电压增益与统计特性研究

从长间隙真空开关的击穿特性出发,理论推导得到双断口及多断口真空开关的击穿电压最大可能增益倍数Kn,同时引入"击穿弱点"概念和概率统计方法,分析建立了双断口及多断口真空开关的静态击穿统计分布模型,发现无论是双断口真空开关还是n个断口串联起来,其击穿的统计概率都要比单断口的击穿统计概率要小.为了进行实验论证,建立了三断口真空开关实验模型,对单断口真空灭弧室模型和三断口真空开关实验模型进行了大量的冲击击穿特性实验.研究表明,三断口真空灭弧室相比单断口真空灭弧室具有更低的击穿概率.试验数据与理论分布曲线基本吻合,证明理论研究结果正确.

一种适用于SEPIC变换器的可拓展电压增益单元电路

因寄生参数的影响,基本DC/DC变换器的升压能力受到了限制。针对单端初级电感转换器(SEPIC)变换器提出了一种可拓展电压增益单元电路,通过在基本SEPIC变换器外围接入所提电压增益单元可有效提升变换器输入-输出电压增益,并降低开关器件的电压应力,该变换电路还具备基本SEPIC变换器输入电流连续、低纹波的优点。同时所提电压增益单元中不含有有源开关,使得基本SEPIC变换器的驱动及控制电路都相适应,无需变化。对所提变换器的工作原理和性能特点进行了详细的阐述,并构建了一台300 W的实验样机,对理论分析进行了验证。

复合Buck三电平直流变换器拓扑合成及其极低电压增益运行控制

针对舰船直流区域配电系统的大比例降压需求,基于传统的单相二极管钳位型三电平逆变器拓扑,推导出两种准Buck三电平直流变换器。以两种准Buck三电平拓扑的"输入端并联—输出端串联"的合成方式,提出一种复合Buck三电平直流变换器。采用双调制波PWM控制方法,实现变换器无需变压器或耦合电感的极低电压增益运行,同时避免功率开关的极端占空比状态。根据电压增益和占空比所允许的范围,构建双调制度的约束函数,实现变换器功率开关的非极端占空比与电感电流波动幅度的协调控制。最后,通过两组典型的实验,表明了所提拓扑和控制方法的可行性和有效性。

一种提高矩阵变换器电压增益的空间矢量调制法

与传统的电压源型逆变器相比,矩阵变换器主要的缺点之一是在输入及输出电流为正弦时,输出输入电压传输比限制在0.866。为克服此缺点,在传统的矩阵变换器空间矢量调制方法的基础上,提出了一种提高电压增益的调制策略,进行了详细说明,概念清楚、控制简单,不需要复杂的数学计算。此调制策略没有使用零矢量,较传统方法换流数量减少,输出输入电压传输比提高到0.95以上,但输出电压及输入电流波形出现了一定程度的畸变。通过仿真证实了理论分析,也显示了此调制策略的优缺点。

基于电压增益动态切换的无线充电控制方法

针对电动汽车应用的无线电能传输技术具有安全可靠、充电便捷等优点。对于宽输出电压范围的电路拓扑,针对其采用传统控制方法在低电压增益下效率通常较低的问题,提出了一种基于电压增益动态切换的感应式无线电能传输(IPT)系统控制方法。该方法通过动态调整一个控制周期内不同电压增益模态的占空比来控制高频逆变器输出到谐振腔的有功功率,从而实现系统在宽电压增益范围内的稳定控制,拓展负载的调节范围。由于该方法在谐振频率下工作,因此可以实现低电压增益下初级逆变器的软开关。在此首先针对变压器初级串联型补偿、次级LCL型补偿的电路拓扑进行系统建模,在此基础上对电路不同的电压增益模态进行分析,详细介绍了电压增益动态切换的控制方法,并对系统的软开关条件进行理论计算。最后搭建了1 kW无线电能传输实验平台,通过实验结果验证了在不同负载条件下的输出稳压及软开关的特性。

一种高电压增益低开关应力的DC-DC变换器

为改善传统Y源DC-DC变换器开关管电压应力高、占空比范围小等缺点,本文提出了一种改进型开关电感Y源变换器(ISLY)。该变换器升压能力明显提高,并且存在连续输入电流,与Y源、改进型Y源拓扑相比,增大了占空比的可调节范围,使电路具有更好的控制灵活性,同时减小了功率开关管的电压应力,从而提升工作效率、节约成本。本文对ISLY进行了详细的理论分析,提供了MATLAB/Simulink仿真结果与实验数据及波形,验证了该DC-DC变换器的合理性。

新型六开关两倍电压增益五电平逆变器

倍压多电平逆变拓扑具有自主升压和多电平输出的突出优点。提出了一种新型六开关两倍压增益五电平逆变拓扑,该拓扑由两个半桥单元和一个开关电容单元组成,通过载波层叠调制策略可以实现直流输入电源与电容器分时串并联运行,从而实现电路的自主升压和五电平输出电压波形。通过对比分析现有倍压多电平逆变拓扑,所提出的新型两倍压增益五电平逆变拓扑具有使用开关器件数量少、电压应力低、调制策略简单等优点。实验测试结果证明了所提五电平逆变拓扑在不同工况下的可行性与有效性。

基于负反馈放大电路的电压增益估算及误差分析

在工程实际中,负反馈放大电路的电压增益大多依据套用电路模型和公式的方法进行估算。集成运放以及由分立元件组成的多级负反馈放大电路,估算误差较小;而由分立元件组成的单级放大电路估算误差较大。本文探讨了不同电路形态下,电压增益的估算及误差分析方法。

一种具有恒电压增益和自动功率限制能力的双向LLC-DCX变换器及其调制策略

对于汽车低压辅助电源系统,双电源(48 V/12 V)系统架构已经成为12 V供电系统到48 V供电系统的过渡方案。为提高效率及实现电池组自动均压,研究了低压大电流的双向隔离DC-DC变换器拓扑及其控制方法。首先,提出了一种混合供电系统的架构,可以减小DC-DC变换器的功率容量以及电池组的数量;其次,结合所研究的架构,提出了LLC-DCX(DC-transformer)变换器的同开同关调制策略;再次,在传统LLC变换器中添加钳位二极管限制启动电流,并在过载情况下实现恒功率限制。最后,通过纯模拟控制,采用一台720 W(12 V/60 A)的LLC变换器样机,对变换器的调制策略、功率分配以及电池均压等特性进行验证,其结果表明了所提出方案的有效性。