输入电压波动下变模态宽增益谐振变换器研究

针对传统LLC谐振变换器在宽输入下开关损耗过大、增益范围较窄、难以保持输出稳定的问题,研究一种变模态宽增益谐振变换器。该变换器及其控制策略能够依据输入电压的大小,在全桥和半桥两种模态之间自由切换,有效拓宽电压增益范围。通过对变换器谐振腔结构的优化,进一步拓宽增益,减小能量循环、降低开关管损耗,同时能够在电流传输中引入三次谐波,降低损耗。利用基波近似法对电压增益进行推导,绘制增益曲线图,分析谐振参数对电压增益的影响,根据需求设计合适的参数,并运用变频控制,通过调节输入电压,使得变换器运行在不同模态,实现电压平稳输出。搭建一台55~220 V输入、30 V输出的300 W实验样机,实验结果证明了所提变换器控制策略的有效性。

宽增益高效率CLLLC变换器的变频双移相调制策略

在输入电压宽范围变化时,变频调制CLLLC变换器存在开关频率变化范围宽的问题,而移相调制CLLLC变换器难以实现宽范围零电压导通(ZVS)。为了实现宽输入电压CLLLC变换器的高效率,该文提出一种变频双移相调制方法。通过同时调节开关频率、一次侧全桥和二次侧全桥之间的移相角,拓宽CLLLC变换器的增益并提高其效率。采用时域分析法求解变频双移相调制CLLLC变换器的电压增益与谐振电感电流有效值,并分析频率以及移相角对电压增益和谐振电感电流有效值的影响。最后,通过搭建一台100~300 V输入、48 V/400 W输出的实验样机,验证了理论分析的正确性。

宽增益高效率级联式四开关Buck-Boost LLC变换器

为了解决变频控制的桥臂共用型四开关Buck-BoostLLC级联变换器磁性元件设计和优化困难的问题,提出一种二次侧为特殊全桥整流结构的级联式四开关Buck-Boost LLC变换器。通过控制二次侧开关管的交叠导通时间以拓宽变换器的电压增益。该变换器可根据不同的输入电压范围工作在交叠模式和整流模式;在不改变变换器参数的条件下将增益显著提高,能够适应更宽范围的输入电压,同时保持了变换器较高的工作效率。在两种工作模式的基础上,采用移相控制使变换器所有开关管实现零电压导通(ZVS),二极管实现零电流关断(ZCS)。结合状态平面轨迹分析法,对定频控制的级联式四开关Buck-Boost LLC变换器进行模态分析,并推导两种工作模式下的输入-输出表达式和开关管的软开关实现条件。最后,通过研制一台70~280 V输入、240 W/28 V输出的实验样机,验证了理论分析的正确性。

一款高效率宽输入电压边界导通模式反激变换器

本文提出了一款高效率、宽输入电压的边界导通模式反激变换器结构。为了防止负载切换过程中芯片过压和欠压,提出了一种由电流调节电路(CRC)与自适应频率控制电路(AFCC)组成的新型模式切换环路,实现了芯片在不同模式之间的平滑切换,提高了负载的瞬态响应和转换效率;通过在环路中引入电流调节控制技术,减小了低纹波突发模式(LRBM)下的原边充电电流和输出最小负载电流,从而减小轻负载下的开关频率,降低功耗。基于0.18μmBCD工艺,实现了电路设计和版图设计,芯片面积为1.48×2.5mm^(2)。仿真结果表明,变换器在输入电压为3~32V、输出电压为5V时,轻、重负载切换过程中的输出电压瞬态响应最大变化为6%,峰值转换效率为88.6%。

基于Sepic和Flyback混合拓扑的辅助电源设计

分析了Sepic和Flyback拓扑结构,根据DC/DC模块电源对辅助电源的需求,提出了Sepic和Flyback混合拓扑的辅助电源,能够输出多路不同幅值电压,并且可以实现各路输出电压之间的隔离。利用状态空间平均法建立了Sepic拓扑的小信号模型,设计了电压和电流双环控制的补偿器,并用Matlab仿真软件进行了分析。该辅助电源应用于一款非隔离的宽范围输入且输出可调的DC/DC模块电源,实现了三路互相隔离的12 V输出电压,一路非隔离的6 V输出电压,输出电压波形稳定,能够满足隔离悬浮供电,也能满足不同芯片对电压范围的要求。

宽输入电压范围的软开关四路均流LED驱动器

为了应对LED的不同输入电压等级应用场合,提出了一种具有宽输入电压范围的四路LED驱动器。该驱动器将Buck-Boost结构集成到全桥网络中,通过不同的开关组合工作在不同的模式,从而获得宽增益。采用无源均流方式实现了四路LED输出均流。由于驱动器的工作特性,开关管无需添加无损缓冲电路即可在全范围内实现零电压开通。详细分析了该驱动器的调制策略、工作原理和性能。最后,搭建了一个69 W的实验样机,实验结果表明该驱动器的输入电压范围为17 V~216 V,均流误差低于3.7%,最大效率可达97.8%。

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。

一种具有超宽输入功率范围的三路整流电路

本文提出一种具有超宽输入功率范围的三路整流电路.通过在三条整流支路中采用不同阈值电压的二极管,使每条支路对不同输入功率进行高效整流,三条整流支路协同作用,使所提出的整流电路能够在超宽输入功率范围内保持高效率工作;设计并实现了一个工作在2.4 GHz的三支路整流电路,三条整流支路分别实现在-10~11、11~24和24~35 dBm的功率范围内,效率保持在30%以上.测试结果表明:在-6~25 dBm的输入功率范围内,电路的转换效率均可保持在40%以上,最高效率可以达到71.2%.所提出的整流电路对输入功率的灵敏度较低,能够在超宽输入功率范围内实现高效率能量转换,可用于能量收集或动态无线能量传输系统中.

用于智能量测开关的超宽输入DC-DC模块研究

为了解决智能量测开关内部自取电电流互感器输出电压变化大的问题,需要在后级级联具有超宽输入电压范围的DC-DC模块来产生稳定的系统供电电压。研究了一种基于恒定开通时间控制和断续模式非同步Buck电路的超宽输入DC-DC模块。根据输入电压和输出电压的差距大小,采用变频和准定频分段控制方式。实现大压差功率变换的同时,该DC-DC模块还具有极快的动态响应。利用PSIM软件对DC-DC模块电路的特性进行仿真分析和验证。研制了一台功率为5 W的硬件样机进行测试,给出了部分关键实验波形。实验结果表明,该DC-DC模块具有输入范围超宽、动态响应极快和稳定性高的特点。

一种宽输入瞬态增强LDO设计

当应用于恶劣的电子电路环境中时,汽车电子中电源管理类芯片可能发生瞬态高压和线路的动态变化。为了拓宽输入范围和改善瞬态响应性能,提出了一种宽输入瞬态增强低压差线性稳压器(Low Dropout Regulator, LDO)设计。采用预稳压电路将输入高电压转化为低压电源,为电路内部模块供电来实现宽输入。主环路使用双调整管设计方式,通过添加快速响应通路的方式加快环路对输出电压变化的响应速度,结合快速放电电路以实现快速瞬态响应。应用米勒调零补偿和零点补偿方法以保证不同带载条件下环路的稳定性。仿真结果表明,设计LDO电路输入电压的范围为3~40 V,预稳压电路可以将输入的高电压降压至2.8 V;LDO输出电压典型值为5 V,最大可带载150 mA;当负载电流发生150 mA的跳变时,输出的上冲电压和下冲电压分别为40.32 mV和55.77 mV。与已有的相关设计相比,所提设计实现了较宽的输入范围,同时具有较好的瞬态响应性能。

一种自动监测站多功能电源模块的方案研究

针对水利自动监测站设备的电源供电问题,提出了一种基于Mini-PCIe模块的多功能电源模块方案。该方案通过集成电源转换和控制等功能,实现结构简单、体积小、移植方便、运维便捷的效果。同时,采用各类瞬态抑制稳压管配合光电隔离芯片实现防雷击与浪涌,保证AC采样通道的安全。该方案具有较高的电源转换效率、丰富的功能和良好的安全性能,可广泛应用于各类场景。

便携式XRF能谱仪中锂离子电池恒压转换器的研究

便携式XRF能谱仪采用锂离子电池供电,锂离子电池放电过程中,输出电压随时间逐渐减小,影响能谱仪检测结果。为消除该不利影响,采用Buck-Boost拓扑结构,基于LTC3789设计宽输入范围、高转换效率的恒压转换器,将锂离子电池转换为恒电压输出。详细介绍了恒压转换器的设计过程,并对其功能和效率进行实验,结果表明:该恒压转换器输出电压稳定,转换效率高,满足使用要求。

基于四开关Buck-Boost的三模式平滑切换控制优化方法

四开关型Buck-Boost变换器传统的工作模式是根据不同的公式计算Buck、Boost和Buck-Boost模式的占空比。这种控制策略相对复杂,如果三种模式之间的转换控制策略设计不当,就会导致输出电压发生波动。介绍了Buck-Boost的工作原理,提出了一种数字控制技术,详细介绍了其原理并进行了数学建模、仿真分析和实验验证,取得了与理论分析一致的实验结果。

一种宽输入范围高侧保护控制器电路设计

为满足复杂应用环境下对负载提出的严苛要求,设计一种具有宽输入范围的高侧保护控制器电路,可在正常开/关转换和故障条件下实现对高侧NMOSFET的智能控制。电路采用0.18μm 120 V BCD工艺设计,输入电压工作范围为5.5 V至65 V。在电路芯片中加入保护电路,对上电复位、过压、欠压等进行保护;以振荡器、电荷泵、故障比较器等构成控制电路;为防止芯片误触发关断外部NMOSFET,设计加入故障触发延迟时间电路。仿真结果表明,该电路芯片能够在标准输入电压范围内正常工作,栅源电压大于10.5 V,达到预期设计要求。

一种Boost型宽电压范围输入LLC谐振变换器

传统的桥式LLC谐振变换器不适合宽电压范围输入,且其输入电流断续。为此提出了一种新型的Boost型LLC谐振变换器。通过集成两个交错并联的Boost电感,不仅可以拓宽LLC变换器的增益范围,而且可以显著减小输入电流的纹波,因此该变换器适合用在光伏、燃料电池等可再生能源发电系统中。与传统的脉冲频率调制控制相比,该变换器采用定频脉冲宽度调制控制,励磁电感和Boost电感对变换器的增益特性影响很小,可以简化谐振参数的设计,同时定频控制也有利于磁性元器件和滤波电路的设计。首先介绍了该变换器的工作原理;然后通过时域分析,对该变换器的增益特性进行了深入研究;之后对变换器的ZVS软开关条件进行了详细的分析;最后建立了一台120~240 V输入、24 V/25 A输出的实验样机,实验结果验证了变换器的实用性及理论分析的正确性。

峰值电流控制二次型Boost变换器

二次型Boost变换器因其具有宽输入电压范围特性而得到广泛关注。与传统Boost变换器相比,二次型Boost变换器含有两个LC滤波器,呈现四阶动力学特性。本文提出将二次型Boost变换器输入电感电流和输出电容电压作为反馈信号的峰值电流控制策略,简化了控制环路设计。实验结果验证了峰值电流控制二次型Boost变换器具有瞬态特性好、输出电压纹波小等优点。

一种具有宽输入电压范围的集成Buck-Boost LLC级联变换器

研究一种集成Buck-Boost LLC（integrated Buck-Boost LLC,IBBLLC）变换器。该变换器适用于宽输入电压范围场合的应用,通过开关管的共用变换器减少了开关管数量。通过采用PWM＋Phase-Shift控制,使得原边各个开关管在全输入电压和全负载范围内均能够实现零电压开通（zero voltage switching,ZVS）。文中首先介绍变换器的拓扑结构及直流增益。其次详细分析变换器的工作模式及前级电感Lb对变换器性能的影响,为变换器参数的选取提供了理论依据。此外,研究变换器的ZVS特性,给出变换器能够实现ZVS的工作区域。最后搭建一台200～450 V输入、14 V/80 A输出的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性及方案的可行性。

应用于超宽输入范围的变拓扑LLC电路

为了拓展新能源并网的输入电压范围,提出一种全桥LLC(FBLLC)和半桥LLC(HBLLC)相结合的变拓扑电路.当输入电压低,采用FBLLC模态;当输入电压高,采用HBLLC模态.通过由数字信号处理器(DSP)进行全数字控制,电路随着输入电压的变化在HBLLC和FBLLC之间切换.这种变拓扑电路完全不增加额外器件,单纯依靠软件控制,控制简单,在拓扑切换上采用一种新的控制策略来尽可能优化效率.与传统LLC对比,分析和实验表明,在相同条件下,变拓扑LLC使输入电压范围能够拓展1倍.通过一个最大和最小输入电压比为4的对比试验,分别采用变拓扑LLC和传统LLC,结果表明:采用变拓扑电路,其整体效率能提升约3%.该拓扑适合应用于超宽输入电压范围的场合,如风力、光伏发电等.

一种用于新能源混合发电的移相控制三端口DC-DC变流器

结合新能源混合发电要求,介绍一种三端口电气隔离、软开关运行和低输入电流纹波的三端口多向DC-DC变流器。首先通过对三绕组高频变压器的T/Δ等效变换,对5种工作模态下的功率和变压器电流有效值进行近似统一,得出全运行范围下的通用表达式,简化了分析和降低了设计复杂度;然后对开关管的软开关运行条件进行分析,证明该拓扑具有良好的软开关特性;最后设计了一台2.5 k W的实验样机,对此变流器在宽电压输入范围条件下的工作模态和软开关特性进行实验验证,证明了理论分析的正确性。

宽电压输入半桥型LLC谐振变换器设计与实验

半桥型LLC谐振变换器由于拓扑简单、工作效率高而得到广泛研究。此处针对宽电压输入的工作情况,采用脉冲频率调制(PFM),避免了传统PWM控制占空比变化范围大的问题。为了提升变换器效率,对各关键谐振参数进行设计,分析了其对电源输出特性的影响,使得初级开关管实现零电压开通(ZVS),次级二极管实现零电流关断(ZCS)。结合理论数学推导和增益曲线分析,设计了一台100 W的变频半桥型LLC谐振变换器样机,并完成了相关实验,验证了参数设计的正确性,样机的最大效率达到93.95%。同时对变换器进行了损耗分析,以便进一步优化设计。