一种Boost-LCL谐振变换器

提出一种Boost-LCL谐振变换器,由全桥电路、主/辅助变压器、谐振器件和一组整流桥构成。辅助变压器既是反激变压器,其原边绕组又同时复用作谐振电感和Boost电感以提高功率密度和电压增益。电路依据输出电压需求有低、高2种电压增益工作模式。在低电压增益模式,电路工作在定频脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)模式。在高电压增益模式,电路工作在Boost+调频模式,即在全桥谐振之前加入Boost脉冲频率调制(pulse frequency modulation,PFM)以提高输出电压。与传统LCL谐振变换器相比,新电路在在同样的谐振参数下,具有更高的电压增益,更适合宽输出范围使用。详细分析了新拓扑的工作原理,并与传统拓扑进行了对比分析。研制了一台100～150V输出的样机,测试表明在宽输出范围内,新拓扑效率最高可达93.1%,验证了理论分析的正确性。

LCL谐振型双有源全桥双向DC-DC变换器分析与控制

研究了一种新型LCL谐振型双有源全桥双向DC-DC变换器。根据LCL谐振网络的基本特性,在双移相控制方式下,使得初、次级全桥的交流侧电压与电流同相位,实现了单位功率因数,基本可以消除双有源全桥变换器中普遍存在的回流功率。在时域波形分析的基础上,建立了各次谐波的交流等效模型,计算了各次谐波传输功率相对于基波传输有功功率的比值,并通过基波近似法进一步研究了变换器的功率传输特性。最后,设计了一台额定功率为3.6kW的实验样机,特征波形、回流功率的实验与分析结果吻合,并验证了其运行在宽负载电压和功率范围内的良好特性。

用于T型谐振变换器的耦合电感设计与仿真

设计了一种新型绕组结构的谐振电感。用ANSYS软件对新型绕组结构电感进行有限元计算,结果表明:两个绕组电感量差别小,耦合系数高。用V-I曲线法测量了具有新型结构电感的电感量。将新型绕组结构电感应用于T型谐振电路,验证了设计的正确性。

基于前端LCL谐振式推挽变换器

提出了一种前端LCL谐振式变换器,其前级为功率因数校正(PFC),后级为采用数字控制的逆变器。设计并制作了一台AC220V输出的1kW试验样机,对实验样机测试的结果表明,前级升压电路实现了零电压开通(ZVS),后级电路实现了闭环控制,整个系统动态与稳态性能均较好,理论分析正确。

二极管钳位型LCL-T半桥谐振恒流LED驱动电源

LED的恒流驱动已经成为共识,为了实现其恒流驱动,分析基于LCL-T半桥谐振变换器的无源LED恒流驱动模块的工作原理,在此基础上针对负载可能出现的故障问题,提出通过增加钳位二极管来实现断路输出保护并且分析了电路的性能。针对单个驱动模块输出电流纹波大、进而导致LED色差大、利用率低的问题,通过两相交错并联移相90°叠加来减小输出电流纹波、降低LED发光色差、提高利用率。最后通过搭建实验平台验证了上述理论分析的正确性。

适用于直流电网的LCL谐振式模块化多电平DC/DC变换器

针对直流电网中不同电压等级线路的直流互联需求,结合隔离型模块化多电平DC/DC变换器和绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)直串型LCL-DC/DC变换器的拓扑优点,提出了一种LCL谐振式模块化多电平DC/DC变换器拓扑。首先,介绍了该变换器电气拓扑,并分析了其工作原理,包括运行方式、功率传递机理等;其次,从功率传递和谐波抑制等角度提出了该变换器中LCL谐振网络的参数设计方法;然后,提出了适应于该变换器的控制保护策略,保证在不同功率传递下实现两侧模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的零无功传输以及直流故障电流的迅速抑制;最后,在Matlab/Simulink中对所提拓扑及其控制保护策略进行了仿真验证。结果表明:根据LCL设计方法得到的电气参数能够满足装置的控制需求,所提控制策略在潮流反转、输入电压突变等工况下具有较好的静态和动态性能,且保护策略能够抑制直流侧的短路故障电流。

基于LCL谐振型双有源桥的三端口DC-DC变换器及其解耦控制

为了降低集成式三端口DC-DC变换器多功率路径的控制环路间的耦合程度、优化动态性能,将双Buck/Boost与LCL谐振型双有源桥通过共用原边全桥开关单元集成到一起,提出新型三端口DC-DC变换器及其解耦控制方法.该变换器实现了开关器件的复用,提高了功率密度;采用PWM+双移相控制,可以实现3个端口间传输功率的灵活控制;利用LCL谐振特性实现基波功率因数为1的功率传递.本研究分析该变换器的工作原理、控制方式与谐波特性,并且根据基波分析法提出简单、有效的解耦控制方法,可以有效降低多功率路径间的耦合程度,提高系统动态响应能力;搭建400 W的实验样机,进行控制方式对比试验、典型工作模式切换试验、解耦控制对比试验,验证该变换器的可行性及所提解耦控制策略的解耦效果.

一种多模式电流馈LCL谐振变换器

提出一种多模式的电流馈LCL谐振变换器。该变换器仅需要在传统全桥式电流馈变换器的主变压器原边增加一个并联谐振电容Cr。利用反激变压器的原边电感L_r和主变压器的漏感Lk,与Cr构成LCL谐振腔。电感Lr在Boost,LCL和Flyback这3种电路模态中被复用,由3种模态又构成了高、中、低3种电压增益模式。变换器采用定频脉宽调制(pulse width modulation,PWM),同时保留了软开关的优点,适用于宽输出电压范围的场合。文中首先介绍变换器的拓扑结构,详细分析变换器工作过程。其次采用时域分析法推导出电压增益公式,分析电压增益特性。描述3种电压增益的设计方法,给出在控制器中的切换和设计原则。最后搭建一台55~120V输出,额定输出电压100V,额定功率300W的实验样机,实验结果验证了所提变换器的可行性及理论分析的正确性。

一种基于全桥LCL谐振变换器的行波管高压电源研究

介绍了一种适用于行波管的高压电源,该电源采用基于LCL谐振移相全桥PWM ZVS变换器的电路拓扑。详细分析了变换器的各工作模态,并使用PSpice软件对电路进行了仿真验证,给出了仿真结果。该设计已应用在某行波管发射机的高压电源中,电源采用恒频移相控制,在较大负载范围内实现了软开关。

一种基于对称SCC结构的电流源型高频谐振功率变换器

在高频交流配电系统中,高效优质的电源侧功率变换具有重要意义。电感–电容–电感(inductor-capacitor-inductor,LCL)谐振逆变器是一个与负载无关的高频恒流源,能为高频配电系统实现优质高效的电源侧功率变换。但是变换器元件参数的差异以及输入的扰动使得其很难总是保持稳定的恒流状态。基于此,该文提出一种新型的基于对称可控开关电容(switched-controlled capacitor,SCC)结构的LCL谐振变换器,实现可控的恒流源输出。该文首先详细的阐述了SCC结构的分段工作周期和谐振等效电容的计算,求解得到开关占空比与等效电容的关系曲线。然后,通过等效电容与归一化角频率的关系进一步得到占空比D控制的电流增益H的计算公式及特性曲线,从而通过对占空比的控制实现对扰动的精确补偿,实现精确的恒流输出。最后,设计了一台小功率的SCC结构LCL谐振变换器样机。仿真和实验结果表明,该SCC-LCL谐振变换器能提供可控的恒流源,并同时保持较高的转换效率。

基于软开关的宽输入高增益DC/DC变换器

一种基于软开关技术的宽输入高增益DC/DC变换器,前级采用LCL谐振推挽电路,实现软开关、电气隔离、一级升压功能。后级采用BOOST电路,实现二级升压、输出稳压功能。对该变换器进行了理论分析,并设计制作了一台额定功率3k W的样机。采用TI DSP实现数字化控制,输入电压18-32Vdc,输出电压360Vdc,效率高达93%。理论和实验结果表明,该变换器工作稳定可靠,具有宽输入、高增益、高效率、电气隔离、输出稳压等优势。

一种面向储能系统的三相双有源桥式DC/DC变换器

针对储能系统中的功率转换环节,研究了一种LCL谐振型三相双有源桥式DC/DC变换器。首先分析了LCL谐振网络的端口特性,进而采用频域分析方法建立了三相双有源桥式变换器在对称占空比控制下的数学模型。然后根据建立的功率模型,提出一种固定移相角的占空比控制策略使变换器以单位功率因数进行功率传输,减小回流功率。最后设计并搭建了一台800 W试验样机,验证了所提控制策略的有效性。

采用集成磁件的LCL-S非接触谐振变换器的研究与设计

基于LCL或LCC高阶补偿网络的非接触谐振变换器,可以利用磁集成技术减小磁件的数量和体积。但是将非接触变压器的磁件集成后,绕组间的交叉耦合又将影响变换器的性能。本文提出了一种釆用集成磁件的LCL-S非接触谐振变换器,在输入阻抗特性,电压增益特性,输入电流谐波和电容电压应力等方面做了详细研究,并提出了一种改进的参数设计方法以实现变换器的ZPA(零相角)和恒压输出。最后,本文搭建了lkW样机并验证了理论分析的正确性。仿真分析和实验结果表明,使用磁集成的LCL补偿网络能有效降低谐振电容的电压应力。

固态开关串联的高压重频脉冲电源

随着脉冲功率技术在生物医疗、食品加工、电磁成形、等离子体研究等领域日益广泛而深入的应用,脉冲发生器的研制面临高压高频化、全固态化等新要求。为了满足这种新要求,设计了一种固态开关串联的高压重频脉冲电源。脉冲电源主要由高频触发电路、主电路以及LCL谐振电路组成:主电路为8级Marx电路串联,MOSFETs作为充放电控制开关;触发电路输出触发信号驱动MOSFETs工作;LCL谐振电路可实现输出电流恒定。电源结构触发同步性好,充电速度快,结构紧凑。对电路的结构设计、电路原理、参数设置进行了详细阐述,并利用Simplorer软件仿真验证高压重频脉冲电源电路的可行性。最后搭建了一台高压重频脉冲电源样机,实验样机参数为脉冲电压0~4 kV,重复频率0~8 kHz可调,脉冲宽度5~12μs可调。

多端口能量路由器交流接口拓扑与参数设计方法研究

随着新能源发电技术、储能技术、电动汽车充电桩等技术的发展,电力系统的高效性、稳定性等方面受到影响。多端口能量路由器具有功率等级高、易于模块化扩展等优点,可增加新能源的消纳能力,提高电网电能质量。大功率的能量路由器其交流接口选择T型三电平变换器,具有谐波含量低,电能质量高的优点。本文在分析该拓扑的工作原理后,给出了LCL滤波器以及直流母线电容的设计方法。并根据100kW的额定功率的T型三电平变换器的性能指标要求给出了具体的参数。为验证该参数设计方法,搭建了仿真模型。仿真结果表明由该参数设计方法设计的T型三电平变换器能够输出较高质量的电能,谐波含量低。

混合式直流断路器的多路隔离驱动电源设计

驱动电源是保证混合式直流断路器稳定工作的关键设备之一。为此提出了一种新型的多路隔离驱动电源系统结构,驱动电源采用全桥LCL谐振网络保持电流输出特性,以高压电缆线和光纤作为电气隔离介质,通过磁环实现多路输出。分析了多路隔离驱动电源的系统结构中的各个模块作用以及全桥LCL谐振变换器的工作过程。设计了变压器和磁环、LCL滤波器参数。通过Simplorer和Maxwell仿真软件对多路隔离驱动电源进行了仿真研究,结果证明变换器可获得良好的恒流特性,输出更加稳定。最后搭建了一台每路输出3 W、0.6 A的多路隔离驱动电源的实验样机,验证了可行性和有效性。

多端口能量路由器交流接口拓扑控制策略研究

多端口能量路由器具有适用于低压、大功率场合的特点,其交流接口采用了T型三电平变换器,可连接交流大电网、交流负载与新能源发电场与直流母线。在分析了该拓扑的基本工作原理、数学模型的基础上,推导了双闭环电流控制策略,分别为LCL滤波器中电源侧电感电流控制与LCL滤波器中电容电流控制。其中,电容电流控制环为内环,电源侧电感电流控制为外环控制。由于电源侧电感电流参考值为正弦信号,考虑到电网频率波动,采用了准比例谐振控制器,而非PI控制器。还给出了控制器的参数设计与电容电流内环反馈系数的设计方法。最后在Matlab/simulink中搭建了仿真模型,仿真结果表明:T型三电平变换器与控制策略可满足多端口能量路由器输出电能质量的要求。