一种组合式宽输入高效率DC-DC变换器

针对车载DC-DC变换器输入电压变化范围大的问题,提出一种组合式宽输入高效率DC-DC变换器。该变换器包括飞跨电容(FC)型三电平Buck电路和LLC谐振电路两部分,FC三电平Buck电路输出端口与LLC谐振电路输入端口串联,通过控制FC三电平Buck电路占空比实现输出电压调节以适应宽输入电压范围,同时三电平结构降低了开关管电压应力、减小了损耗;LLC谐振电路传输负载所需全部功率,采用定频开环控制以获得高效率和稳定增益,同时实现了电气隔离。详细分析了组合式变换器的拓扑结构、直流增益以及工作效率,并与相同电路构成的级联式变换器进行了效率特性对比,根据组合式变换器的拓扑结构和工作特性,提出一种解耦控制策略,实现输出电压稳定和飞跨电容电压平衡,最后搭建了一个200~400 V输入、12 V/20 A输出的实验电路进行验证,实验结果表明所提组合式变换器的正确性和可行性。

适用于光伏/燃料电池发电的组合式直流升压变换器

光伏/燃料电池并网发电系统是目前可再生能源应用领域的重要研究方向,然而上述2类电源的直接输出电压较低,通常需要一高升压变比的直流变换器将其提升到较高电压来供给并网逆变器,但直流变换器的高频纹波电流又会影响上述2类电源的使用寿命和工作效率,针对上述问题提出一种组合式直流升压变换器,给出了该变换器的2种控制方法——互补控制和交叉移相控制,分析了该变换器在每种控制策略时的工作原理和基本特性。通过一台1kW的原理样机,验证了该变换器具有以下特点:较高的升压变比,可以有效降低主开关管的电压应力和输入电流纹波,同时具有较小的输出电压纹波。

零电压零电流开关PWM组合式三电平变换器

提出一种零电压零电流开关PWM组合式三电平变换器,它由半桥三电平变换器与全桥变换器组合而成。该变换器所有开关管的电压应力均为输入电压的一半;可以在很宽的负载范围内实现MOSFET的ZVS,在很宽的负载范围内实现IGBT的ZCS输出滤波器上高频分量小,可以大大减小输出滤波器的体积;可以在三电平和两电平两种工作模式下切换工作,输出整流二极管的电压应力小。该文分析该变换器的工作原理,介绍了其特点,并给出实验结果。

一种新颖的零电压开关PWM组合式三电平变换器

该文提出一种新颖的零电压开关组合式直流三电平变换器,它实质上是由半桥三电平变换器和全桥变换器组合而成。该变换器所有开关管的电压应力均为输入电压的一半,特别适用于高压输入场合;其输出整流电压交流分量很小,可以大大减小输出滤波器的体积,提高变换器的动态性能;其输入电流脉动很小,可以减小输入滤波器;此外,该变换器可以在三电平和两电平两种模式下工作,输入整流二极管电压应力小,适合于宽范围输入电压场合。该文介绍了该变换器的工作原理及其特性,并给出实验结果。

新型磁集成组合式CUK变换器

提出了一种磁集成组合式CUK变换器。该组合变换器由2个基本CUK变换器组合而成,同时将变换器中3个电感进行磁集成。通过对组合变换器进行模态及工作性能分析,组合变换器的电压增益是基本CUK变换器的2倍,电感磁集成后电感电流纹波显著降低。分析给出了减小电流纹波磁集成电感耦合度设计准则。仿真和实验验证了理论分析的正确性。磁集成组合式CUK变换器可以应用于光伏、燃料电池等发电系统。

一种新型组合式DC/AC变换器

为了克服传统DC/AC变换器不能实现软开关控制或者需要使用高频变压器的缺点,介绍一种新型组合式DC/AC变换器拓扑,并介绍其工作原理。从系统控制的角度,对新型DC/AC变换器进行研究,借助于PSIM仿真软件,比较不同信号频率和不同输入电压的设计效果,列出仿真参数,给出负载电压以及调制给定电压和变换器输出电压的仿真结果。工频实验结果表明新型DC/AC变换器可以实现高频功率变换下交流逆变输出,证明理论分析的正确性。

一族正反激组合式双向DC-DC变换器

提出了一族正反激双向DC-DC变换器。它采用正激和反激组合的形式,在变换器的一侧绕组串联,另一侧并联。这种结构的双向变换拓扑解决了电流型一电压型组合式拓扑的开关管电压尖峰问题和启动问题。正激和反激组合式的拓扑,减小了反激变压器传递的功率,而使一部分功率以正激形式传递,为其在较大功率场合的应用提供了拓扑基础。文章以有源箝位正反激双向变换器为例,详细分析了其工作原理,着重分析了开关时序问题和软开关实现问题,并推导了其稳态工作基本关系。通过构建试验样机平台,证明正反激双向DC-DC变换器理论分析的正确性。最后,给出了一族基于正反激原理的双向DC—DC变换器。

组合式前端DC-DC变换器

保持时间是直流分布式电源系统中前端DC-DC变换器的一项特殊的性能指标。它要求该DC-DC变换器必须能工作在很宽的输入电压范围内,因此导致正常工作状态下的变换效率大大降低。该文提出了一种不对称半桥与后备升压单元组合的电路拓扑,特殊控制的升压单元仅在保持时间工作、保证主功率变换单元的输入电压变化范围很小因而总是工作在最佳状态,而在正常工作模式下被自然旁路。并且变换器正常/保持工作模式转换平滑。实现了整个前端变换器模块的高效率、高功率密度和足够的保持时间。详细分析了新拓扑的工作原理及其控制方法,并给出了600W样机的仿真和实验验证结果。

零电压开关PWM组合式三电平变换器的箝位策略

零电压开关(zero-voltage-switching,ZVS)PWM组合式三电平变换器利用变压器的漏感(或外加谐振电感)和开关管的结电容可以实现开关管的ZVS,但在副边整流二极管存在反向恢复引起的电压振荡和尖峰。为了解决该问题,该文将2种基本箝位网络应用于该变换器中,提出一族箝位策略;在这些箝位策略中选择出2种可行的方案,不仅有效地消除在三电平模式和两电平模式下副边整流管的电压尖峰,同时保留原有变换器的所有优点。该文分析了引入箝位网络后变换器的工作原理和特点,并进行了实验验证。

零电压开关PWM组合式三电平变换器的优化策略

零电压开关(zero-voltage-switching,ZVS)PWM组合式三电平变换器利用变压器的漏感(或外加谐振电感)和开关管的结电容可以实现开关管的ZVS,同时副边整流电压高频分量小,可以大幅度减小输出滤波器。由于该变换器包含2个变压器,并存在2种工作模式,因此设计相对灵活。为了使变换器获得最佳的工作性能,该文从控制策略和变压器变比两方面对该变换器提出若干优化策略,同时给出具体设计实例,并进行了实验验证。

具有输出耦合电感的高压增益双管正激组合变换器

为了克服双管正激变换器电压增益低、不适合应用于高输出电压场合的弱点,本文提出了一种具有输出耦合电感的高电压增益双管正激组合变换器。该组合变换器既具有双管正激变换器高可靠性的优点,同时电压增益是双管正激变换器的4倍。因此,在相同输入和输出电压条件下,该组合变换器的高频变压器副边输出续流二极管电压应力,为双管正激变换器对应二极管电压应力的1/4,从而在高输出电压应用场合,副边输出续流二极管可以采用低压快恢复二极管,极大地改善了续流二极管的反向恢复问题,提高了变换器的可靠性。

一族新颖的全桥/半桥组合DC/DC拓扑

介绍了一族全桥/半桥组合DC/DC变换器的拓扑结构,并以其中一种为例分析了其工作原理,最后通过仿真和试验验证了该族变换器具有高效率、高功率密度、低电磁干扰,在全负载范围内实现软开关,及较好的动态特性等优点。

新型软开关PWM逆变器的分析

谐振直流环节逆变器是一种零电压开关逆变器。本文提出一种新型组合式谐振直流环节逆变器，它包含二级功率变换单元：结实型谐振直流环节和逆变桥。本文详细分析了结实型谐振直流环节的软开关工作过程及实现逆变桥软开关脉宽调制（ＰＷＭ）控制的工作原理，讨论了二级功率变换单元的工作模式，输入输出特性及相互之间的影响，推导了电路特性与参数之间的关系，为进一步设计电路参数提供理论依据。分析结果表明，结实型谐振直流环节可以实施开环控制，谐振直流环节与逆变桥控制相互独立，使整个逆变器控制简单、便于实现。运用ＰＳＰＩＣＥ软件对电路进行了仿真，仿真结果验证了电路分析结论。