反激变换器潜电路分析与研究

反激变换器在使用中存在多种寄生参数,极大地降低了其电路性能。从潜电路角度分析了带有寄生参数的反激变换器,研究了其工作模态及工作方式,并通过仿真进行理论验证。研究表明,反激变换器电路中的寄生参数会导致其潜电路模态数量增加,通过调控寄生参数可以降低潜电路的影响,使电路工作在正常模态。

一类三电平伪图腾柱无桥PFC变换器

针对传统二极管钳位型三电平整流器在单相电源前级功率校正(power factor correction,PFC)电路应用场景下全控开关器件数量多的问题,该文基于3种传统无桥PFC电路进行三电平电路拓扑设计,提出一类三电平伪图腾柱PFC电路(single-phase three-level pseudo totem-pole PFC circuit,STPT-PFC),该类三电平PFC具有双电感支路桥臂,两者相互配合工作为输入电流提供路径,在正负半周两电感支路桥臂工作于不同模态可有效降低分别流过两电感的电流;基于该类PFC的一个代表性电路,从工作电流路径过程、关键波形和调制脉冲分配等方面对其进行工作原理分析,并对其它电路进行电路特性总结,推导桥臂对地电压电平特性与开关脉冲分配的数学关系式。另外,该类STPT-PFC共有5种结构,结合该类STPT-PFC结构特点,提出统一区间判断条件的双层载波调制技术,该类STPT-PFC具有相同开关器件不同拓扑结构可采用同一调制方案的特点,便于该类调制技术移植。最后,基于STPT-PFC-I电路设计1台额定功率1 kW、直流输出电压400 V的实验样机,从稳态及动态两方面进行实验分析,实验结果验证所提出一类三电平伪图腾柱PFC电路的可行性和三电平统一双层调制方法的有效性。

基于反激变换器的电池充电系统设计

以具有结构简单、电气隔离等优点的反激变换器为电池充电电源,分析反激变换器电路的连续和断续模式工作原理,通过设计电压电流双闭环控制方法,实现电池的恒流充电模式和恒电压充电模式,也可实现两种充电模式的切换。实验结果证明了反激变换器的连续工作模式和断续工作模式的正确性,验证了应用于电池充电电源的可行性和有效性,切换时间小于1 ms,电压波动小于1 V。

集成有源开关电感和Y源倍压单元的高增益DC-DC变换器

针对光伏发电系统中光伏组件电压等级的提升,提出一种集成有源开关电感和Y源倍压单元的高增益DC-DC变换器。所提变换器能够实现低开关管电压应力,具有高自由度电压调节能力,在满足一定升压条件下仍能保证电路的效率,在光伏发电中具有较大的应用潜力。对变换器的工作模态、器件电压电流应力、参数设计和损耗效率进行详细阐述。最后通过实验验证所提拓扑结构的可行性。

一种三通道三电平宽电压范围LLC谐振变换器

为解决传统LLC谐振变换器在光储系统等宽电压范围应用中存在整体效率低和开关频率范围宽等问题,提出一种三通道三电平宽电压范围LLC谐振变换器。该变换器具有双通道和三通道两种工作模式,通过组合不同模式下的增益实现宽输出电压范围。变换器能在全电压范围内实现软开关,工作于固定开关频率,具有参数与磁性元件设计简单等优点。详细分析变换器各种工作模式的原理与增益特性,并明确变换器实现ZVS的条件。最终基于GaN开关器件设计并搭建一台输入电压200 V、输出电压5~20 V、最大功率200 W的实验样机,验证所提拓扑的可行性与理论分析的正确性。

基于三绕组耦合电感的准Z源高增益DC-DC变换器

针对清洁能源并网发电系统中直流升压变换器的现有技术缺陷,提出一种新型的准Z源高升压DC-DC变换器。该变换器通过将准Z源网络与独特的耦合电感集成结构结合,能在较低的占空比和匝比下实现高电压增益。拓扑中的钳位回路回收了储存在耦合电感漏感中的能量,能有效缓解耦合电感漏感引起的尖峰电压。此外,变换器功率器件电压应力水平较低,便于使用低耐压器件来提高转换效率。输入电流连续以及输入输出共地的特点使得该变换器适合应用于可再生能源场景。详细介绍了所提变换器的工作原理,给出了关键性的公式推导和设计依据,并进行性能比较。最后,设计并搭建一台200 W额定功率的样机进行实验验证,实验结果与理论分析相吻合。

一种BCM Boost PFC电路的VCFF控制策略

临界导通模式Boost功率因素校正(PFC)电路通常采用恒定导通时间(COT)控制策略,导致开关频率的变化与输入电压、输出功率以及电感有关,轻载下过高的开关频率将影响电路的转换效率,故提出一种谷底计数频率反走(VCFF)控制策略。通过检测MOS管两端电压谷底计数,使电路轻载时工作在断续模式,从而降低开关频率以提升轻载效率。实验结果表明,相比于COT控制策略,所提控制策略能够有效提高轻载效率。输入电压为220 Vrms下,10%~50%负载时效率在0.96以上。

抑制DC/DC BOOST电路尖峰电压及振铃噪声的设计与应用

针对开关电源DC/DC BOOST电路易出现电磁辐射偏高甚至超标问题,通过对升压转换电路及其电磁辐射产生机理研究,提出一种DC/DC BOOST电路系统中寄生电容容值的确定方法及基于RC吸收电路的振铃噪声抑制方法,通过对RC吸收电路的元件参数进行计算取值并实测,测试数据显示,电路系统中尖峰电压有效降低2.2%,振铃噪声已无限趋近于0,电磁辐射峰值可有效降低4.2 dB;同时该方法不影响电路系统稳定性且成本低廉,契合大规模产业化设计需求,可有效提高产品开发效率。

用于宽输入Buck变换器的高速栅驱动电路

设计了一种混合型的栅极驱动电路,用于宽范围电压输入Buck变换器的高低侧功率管驱动。将闭环的线性稳压器与短脉冲电流源结合,在有效缩短功率管栅极充电时间的同时确保了驱动电压精度。根据典型应用的仿真结果,该结构电路在整个输入电压范围内将功率管开启速度提升了至少41%,提升了电路的最大工作频率。

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。

基于光伏双轴自动追踪的电动汽车充电变换器研究

双轴自动追踪系统通过对太阳的精确跟踪,可以提高太阳能的接收效率。本设计将双轴自动跟踪的光伏板作为供给能量,通过传统Boost电路将光伏板的输出电能存储在48V蓄电池内。然而,传统的Boost电路虽然能够实现电压的升高,但升压比相对较低,无法满足电动汽车的高电压充电需求。因此,本设计进一步采用了新型高升压比Boost电路,将蓄电池的输出电压升高至电动汽车所需充电电压。这种新型电路不仅提高了升压比,还降低了能量损失,提高了能源利用效率。使用MATLAB/Simulink仿真工具对各电路结构进行了建模,并对其工作原理进行了深入分析。

基于STM32的DC-DC降压变换电路设计与实现

文章提出了一种小型可调DC-DC降压变换器的电路系统。该系统由主控板(MCU)、辅助电源、Buck主电路组成,主控板基于STM32F103RC最小系统板设计,辅助电源为MCU和主电路供电,Buck主电路由MOSFET管、电感及滤波电容构成。利用PWM控制,设计驱动电路控制MOSFET管的通断;利用反馈电阻实现闭环电压控制,控制算法选用PID,通过改变PWM波的占空比来改变输出电压以达到调压的目的。该降压变换器设计简单、经济适用、通用性强、模块移植性强,适用于低压工作场合,其输入电压为24 V(可适当调整),输出电压在0~20 V连续可调。文章在Buck电路理论分析和仿真实现基础之上,设计了印刷电路板并完成实物制作,物理试验结果验证了该设计的正确性和电路的有效性。

基于有源中点钳位五电平电路的双有源桥DC/DC变换器

采用多电平电路构建的双有源桥(dual active bridge,DAB)DC/DC变换器可适用于更高的电压等级并能显著地提高功率密度及性能。基于九开关管五电平有源中点钳位(five-level active neutral point clamed,5L ANPC)电路构建DAB变换器,消除传统的八开关管5L ANPC电路所存在的电平跳变问题。通过分析开关状态之间的切换过程,选取的零开关状态实现所有高压开关管的软开关运行;通过分析不同开关序列对飞跨电容电压和直流侧中点电压的影响,提出一种飞跨电容电压的平衡控制方法。基于1kW样机的实验结果表明,该文构建的5L ANPC DAB变换器获得了优良的性能。

一种基于Boost电路的新型矩阵变换器的研究

在交-直-交矩阵变换器的中间直流环节上串联一工作在高频脉冲状态下的Boost升压电路,形成了一种基于Boost电路的交-直-交矩阵变换器Boost MC(Boost Matrix Converter).利用其在高频脉冲状态的升压能力,达到提高矩阵变换器的电压传输比的目的.推导了相关的数学模型,介绍了Boost电路的不连续导通(DCM)工作模式,分析了电路拓扑结构,重点讨论了升压电路的控制策略.仿真试验结果验证了该方案的有效性和正确性.

一种适用Boost变换器的无源无损缓冲电路

介绍一种适用于Boost变换器的无源无损缓冲电路 ,对电路的结构及工作原理进行了分析 ,并对相关问题进行了讨论。

基于Boost变换器拓扑PFC电路的建模与分析

介绍了以Boost变换器为主拓扑结构,平均电流控制模式下PF C电路的工作原理,并在准静态分析法的基础上,建立了系统的简化小信号模型。在此基础上,以闭环系统的带宽fc和相位裕量Φ为设计指标,给出了实用的闭环反馈控制器的设计方法。仿真与实验结果表明,所建立的小信号模型及控制器设计方法不仅对模拟PF C电路中补偿器RC网络中参数的设计有实用意义,而且在考虑系统延时的情况下,也适合于数字PF C电路中控制器的设计。

一种基于Boost电路的新型矩阵变换器及其谐波分析

在交-直-交矩阵变换器的中间直流环节上串联一工作在高频脉冲状态下的Boost升压电路,形成了一种基于Boost电路的交-直-交矩阵变换器Boost MC(boost matrix converter)。利用其在高频脉冲状态的升压能力,达到提高矩阵变换器的电压传输比的目的。推导了相关的数学模型,讨论了Boost电路的不连续导通(DCM)工作模式,分析了电路拓扑结构,重点讨论了Boost MC的升压原理并对输入电流和输出电压进行了谐波分析。仿真试验结果验证了该方案的有效性和正确性,电压传输比可达到1.0以上,输出电压波形非常接近正弦波,谐波含量增加不多,且主要为开关频率附近的高次谐波。

一种含Boost电路的新型超稀疏矩阵变换器及其特性研究

针对超稀疏矩阵变换器(USMC)电压传输比较低的问题,提出一种含Boost升压电路的USMC新型拓扑结构。首先,在USMC的直流环节增加Boost电路,提高直流环节的输出电压,使得逆变级能够输出更高电压,从而拓宽电压传输比范围。然后,结合SVPWM调制策略,推导出新型USMC拓扑结构的电压传输比以及输出功率因数范围,为USMC的应用奠定理论基础。最后,Matlab/Simulink仿真结果验证该拓扑结构的可行性和有效性。

超高倍压耦合电感Boost变换器

为提升、稳定新能源发电系统的输出电压,提出一种超高倍压耦合电感DC-DC变换器。采用耦合电路升压结构,使变换器增加新的增益调节单元;采用开关钳位结构,降低变换器开关器件的电压尖峰,吸收耦合电路的漏感能量,提高电压转换效率;对电路进行闭环控制,稳定变换器的输出电压;推演电路的工作模态和状态空间表达式,并与近几年典型的升压电路做比较。通过仿真和实验,分析电路在闭环控制下的稳态性能。研究结果表明:变换器可将18 V直流电稳定地提升到380 V,为提升新能源发电系统的输出电压奠定基础。

Boost变换器BCM电流自恢复及数字预测纹波控制电路设计

为了解决电感值不准确导致的boost变换器模型偏差,进而不能实现良好的临界导通模式控制问题,提出了一种基于电流自恢复的数字预测纹波控制电路.根据电感电流的纹波特性,该控制器预测开关元件的导通及关断时间,将电感电流控制在临界导通模式.基于电感电流阻尼模型,证明了电感电流具有自动恢复到临界导通模式的特性,因而不需要电流检测一般所需的电流传感器或零电流检测电路;同时也证明了在电感失配的情况下,该控制器也能确保实现临界导通电流模式.此外,所提出的电感电流阻尼模型在分析和优化功率电路上具有潜在价值.仿真与实验结果验证了基于预测纹波电流下boost变换器的自恢复特性及电感容差特性.