一种单向隔离型谐振开关电容变换器

作为隔离型单向直流变换器常用的整流器件之一,二极管结电容易与变压器漏感发生谐振,导致严重的电压尖峰问题。为此,提出一种基于二次侧移相的单向隔离型谐振开关电容变换器(UI-RSCC)拓扑,其二次侧整流单元由一个开关半桥和二极管半桥组成,避免了二次侧二极管振荡的产生,可实现所有开关器件的零电压软开关(ZVS)。该文在分析UI-RSCC拓扑的基础上,研究了其输入直流电容的电压均衡机制,提出了相应的输出电压控制策略及其软开关条件。结果表明,UI-RSCC可实现输入直流电容电压的自动均衡,降低了开关器件的电压应力;通过复用部分开关,减少了所需的开关器件数量;使用电容滤波即可实现所有开关器件的软开关,且无需额外的钳位电路。最后,通过仿真及实验结果验证了理论分析的正确性。

电容变换的自校准浮地电压传感器

在侵入式浮地电压测量中,由于探头与地的耦合电容受探头距地高度、安装位置下方带电导体的影响,导致传感器增益不稳定,无法准确测量待测电压。针对该问题,提出一种基于电容变换的侵入式浮地电压测量校准方法,实现传感器增益的自标定。介绍浮地电压测量的基本原理,并分析导致耦合电容发生变化的因素,进而提出基于电容变换的自校准方法。为了减少空间杂散电场对测量系统的耦合作用,设计具有对后端电路进行等电位屏蔽的传感器探头,并选取合理的电路参数。搭建实验平台进行幅值精度、相位精度、电场屏蔽抗干扰、不同高度适应性测试。实验结果显示:电压幅值最大相对误差为1.99%,相位绝对误差为0.51°;等电位探头对外界噪声具有屏蔽作用;针对传感器不同高度所重构的待测电压最大相对误差为1.66%。

基于分数阶模型的Dickson型开关电容变换器时域特性分析

基于分数阶模型,对Dickson型开关电容变换器(SCCs)的时域特性进行了分析。通过建立分数阶微分方程模型,研究了分数阶效应对电路性能的影响。融合Dickson型开关电容拓扑结构,分别对基于分数阶模型的Dickson型升压SCCs和降压SCCs进行了建模与分析,证明了分数阶模型的准确性和可靠性。该研究进一步验证了分数阶预估校正法(F-ABM)在电路分析中的有效性,并强调了在设计和优化SCCs电路时考虑分数阶效应的重要性。

新型谐振式开关电容变换器及其潜电路分析

针对传统三电平开关电容变换器存在硬开关或软开关实现较苛刻的不足,提出一种恒流充电谐振放电的新型1/2降压式开关电容变换器,谐振电容的谐振电流脉冲数减半,增大了电流占空比,降低了谐振电容的阻性损耗。以电路谐振和能量变换的规律,分析了输出电压、充电脉冲平均电流和变换效率等数学表达式,并得出一种简单的减少潜电路产生的新方法。这种谐振型开关电容变换器在一定范围内可通过调频方式调压,是一种谐振电感量小且效率高的直流变换器。最后通过仿真和实验验证了电路及其分析过程的正确性。

一种典型2:1的开关电容变换器的研究

受限于锂电池发展水平,电池容量难以匹配现今消费者对电子产品的使用需求,因此快充技术进入业界视野,小型化开关电源则是这一方向的核心所在。开关电容变换器作为一种无磁性元件变换器,因其高效率与小体积优势,被广泛应用于消费电子锂电池快充领域。本文主要介绍了一种典型2:1开关电容变换器的工作原理与特点,运用LTspice构建电路模型,对其电路特性进行了验证,并结合实际电路运行状态,分析了其损耗分布情况,提出了电路优化方向。

谐振开关电容变换器的潜电路特性

潜电路是一种潜伏在系统中的路径或状态,仅在特定的条件下产生,使系统出现非期望的功能.本文以一个降压式谐振开关电容变换器为例,详细分析了潜电路出现时变换器的工作过程,利用电路能量守恒定理推导出变换器的潜电路特性以及潜电路发生条件.得到潜电路出现后,变换器的输出电压不再保持恒定,而是与电路参数、运行条件等密切相关,呈现出非预期特性的结论,并用实验结果加以证实.

谐振开关电容变换器新型PWM控制策略

谐振开关电容变换器(Resonant Switched Capacitor converter RSCC)具有零电流开关的优点,但其输出电压的调节能力差。为了控制谐振开关电容变换器的输出电压,该文提出一种新型的PWM控制方式,它通过调整开关电容的充电时间(放电时间固定不变)来控制输出电压,使输出电压在输入电压和/或负载变化的情况下基本保持恒定。而且大部分开关器件仍保留零电流开关特性,因此具有开关电流应力低、EMI小等优点。该文以一个降压式谐振开关电容变换器为研究对象,详细分析了其工作过程和稳态特性,并制作了一台12V/5V/2A的实验样机控制系统,验证了该PWM控制方法的正确性和可行性。

n阶谐振开关电容变换器潜电路图论分析法

介绍了谐振开关电容变换器中普遍存在的潜电路现象,然后针对n阶谐振开关电容变换器结构复杂、难于直接找到潜电路路径等问题,提出利用图论分析潜电路路径的方法。该方法将n阶谐振开关电容变换器的拓扑简化为有向图,根据连接矩阵算法计算节点间的所有通路,并通过增加虚拟节点实现回路路径的计算,再根据路径判据剔除虚假路径,从而区分正常路径和潜电路路径。最后,文中以降压式开关电容变换器为例,用实验验证了该方法的可行性。

基于图论的n阶升压式谐振开关电容变换器潜电路分析技术

高阶升压式谐振开关电容变换器的升压阶数增加,拓扑变得更加复杂,其潜在路径隐蔽性更强,因而需要研究一种系统的分析方法.为此本文基于图论提出一种n阶升压式谐振开关电容变换器潜电路分析方法,文中给出了该图论分析法的原理和步骤,并以3阶升压式谐振开关电容变换器为例进行了仿真和实验证明.研究结果表明,该方法简单易行,是一种可供推广的电力电子变换器的潜电路分析方法,为预先发现和消除高阶升压式谐振开关电容变换器中的安全隐患提供了理论依据.

一类零电流谐振开关电容变换器的特性分析

具有零电流开关特性的谐振开关电容变换器是开关电容变换器的一种新拓扑形式.本文着重分析电路寄生参数和变换器运行条件对该类谐振开关电容变换器稳态特性的影响,推出变换器输出电压和效率的数学表达式,为研究负载或输入电压变化时变换器的输出性能提供了分析和设计依据.基于输出电压表达式,还提出谐振开关电容变换器的频率控制方案.全文以一个降压式谐振开关电容变换器为例详细说明公式的推导过程,并将此稳态特性分析推广到其它类型的谐振开关电容变换器.最后,文中设计了一台12V/5V/2.5A降压式谐振开关电容变换器样机,实验结果验证了本文的理论分析结果.

谐振开关电容变换器中潜电路现象的研究

潜电路是潜伏在系统中的一种通路或状态,它在一定条件下出现并导致系统产生非预想到的特性。该文在降压式谐振开关电容变换器中发现潜电路现象,其特点是在控制策略完全不变的情况下,仅由电路扰动就会导致潜电路现象发生。文中从理论上分析了产生该潜电路现象的原因,证明了它是一种在过去研究中未曾观察到的新现象,推导得出了潜电路的发生条件及相应的变换器运行特性,并基于潜电路的回路特征,提出消除潜电路的相关措施,并将这一结果推广到其它类型的谐振开关电容变换器。实验结果证实了这一发现和理论分析结果。

高阶降压式谐振开关电容变换器的潜电路

由于开关电容个数的增加,高阶降压式谐振开关电容变换器较基本降压式谐振开关电容变换器的结构复杂,其潜电路现象更加丰富。该文在分析其构成规律和运行特性基础上,首先以3阶降压式谐振开关电容变换器为例,研究在不同运行条件下出现的潜电路特性,由此推导出n阶降压式谐振开关电容变换器潜电路发生的一般条件。研究结果表明,由高阶降压式变换器潜电路发生条件,可方便地得出各种类型降压式变换器的潜电路条件,证明若n阶降压式变换器满足潜电路发生条件,其低阶电路(n-1,n-2,…,2)必定工作在潜电路状态下。最后进行实验验证。

用于提高级联型电源系统稳定性的自适应有源电容变换器

级联结构是直流分布式供电系统中常见的结构之一,然而,系统中各个子系统/模块之间的交互可能会引起整个系统的不稳定。本文阐述了级联型系统不稳定问题的本质原因,在此基础上提出了用于提高级联型电源系统稳定性的自适应型有源电容变换器,具体讨论了该变换器的物理意义,工作原理和参数设计,对一个120W、不稳定的Buck-Buck级联型系统进行实验,验证了有源电容变换器的正确性。

一种谐振开关电容变换器的再分析与改进

针对一种常见的谐振降压式开关电容直流变换器,使用近似取值方法进行再分析,简化了以往理论分析结果,并指出该电路存在的一些问题。由此提出了一种恒流充电谐振放电工作方式的新式改进电路,在该电路工作的任意时间内,导通的开关器件总处于有电流状态,避免了开关器件的导通电流在时间上分布过于集中,因而降低了电路峰值电流,提高了变换效率。通过推导,得出新改进电路的输出电压、变换效率及谐振平均电流的数学表达式,最后进行了实验验证。理论与实验均表明,新改进电路能在较大范围内进行近似线性的调频方式调压,为高效率谐振式开关电容直流变换器的设计提供了理论依据。

升压式谐振开关电容变换器中潜电路的一般规律

相对于降压式谐振开关电容变换器,升压式谐振开关电容变换器构成方式不同,潜电路发生条件也有较大区别。本文根据其构成特点与运行规律,应用图论法获取变换器中的潜在路径,详细讨论了n阶升压式谐振开关电容变换器的潜电路工作特性,推导出变换器发生潜电路时的输出电压特性以及潜电路发生条件,归纳其出现潜电路的一般规律,从而为避免潜电路的出现,使之正常工作提供了理论依据。研究结果表明,在负载、开关频率和开关电容等参数相同的情况下,若n阶变换器工作在正常状态下,则其低阶(n-1,n-2,…,2)变换器必然工作在正常状态下。最后,实验结果证实了结论的正确性。

开关电容变换器组成原理及发展趋势

开关电容变换器不含磁性元件,仅以电容作为储能元件,有体积小,重量轻,效率高和功率密度大等优点,在电力电子电路中的应用越来越广泛。本文对已有的开关电容变换器进行了分析和归纳,从开关电容基本单元的概念出发,剖析了各种开关电容变换器的组成原理,并阐述了开关电容变换器的几种主要控制方法,最后介绍了开关电容变换器的最新应用。对开关电容变换器的推广应用具有指导性意义。

变比为2的升压型开关电容变换器研究

研究一种变比为2的升压型开关电容变换器。该变换器基于开关电容原理,不含磁性元件,具有体积小、重量轻和功率密度高的特点。开关元件的脉宽调制控制驱动方式和电路拓扑简单。给出了升压型变换器的工作过程和控制驱动方式,在考虑寄生参数的情况下,针对开关电容变换器提出一种新的分析方法,通过暂态建模,得到变换器等效内阻的数学模型和稳态变比的解析分析;给出变换器性能与电路参数之间的函数关系和变换器设计原则;根据得到的设计原则进行了变换器参数设计。相关的实验结果表明了理论分析的正确性。

输出可调谐振开关电容变换器潜电路分析

对输出可调谐振开关电容变换器中存在的潜电路进行了研究,对潜电路状态及其激励条件进行了分析,讨论了减小潜电路影响的措施。仿真对比分析证明,输出可调谐振开关电容变换器的输出功率存在限制;同时,采取适当的限制措施,对提高系统响应和抑制电源干扰和负载变化有较好的作用。

基于神经网络的车载电源开关电容变换器的智能潜电路分析

在基于学习机制的智能潜电路分析过程中,如何有效地从大量电路信息中抽象出神经网络所需的样本数据,是保证系统预测结果可靠性的重要前提。为提高神经网络样本数据的有效性,基于图的理论和无效路径剔除方法,提出电路信息转换成神经网络样本数据的新方法,并将此方法应用于车载电源中的基本降压式谐振开关电容变换器潜电路分析过程中的样本生成环节,再借助Matlab工具箱,用遗传算法优化的BP神经网络,对经无效路径剔除方法处理后的样本数据和原始样本数据分别进行训练。训练结果验证了此方法的准确性和实用性。通过误差分析表明,网络训练前对样本数据进行有效处理,不仅可以避免传统潜电路分析中前期大量的数据输入工作及线索表难以获取等问题,还可提高系统预测的准确性。

用于PFC的Buck/Boost有源储能电容变换器研究

针对PFC变换器,推导输入功率因数为1时,储能电容容值与其电压及输出功率的关系,表明容值与直流母线电压及其纹波成反比,与功率成正比。鉴于电容纹波电压受制于直流母线电压平均值,提出采用Buck/Boost有源储能电容变换器取代直流母线电容,增大了其电压变化的自由度,使电容能量实现满充满放,保证输入功率因数为1,能将容值大幅减小,因而可以采用薄膜电容或瓷片电容作为储能电容。分析了该变换器的工作原理,提出了采用输入电压移相以实现所需占空比的SPWM控制方法和实现电路,制作了60 W的样机进行实验验证,实验结果表明所提方法是有效的。