基于GaN器件大功率双向DC/DC变换器的设计与仿真

介绍了一种新的高功率双向隔离式DC/DC变换器作为高功率转换系统的主要电路。DC/DC变换器使用基于氮化镓(GaN)的功率开关器件。对10 kWGaN大功率DC/DC变换器的拓扑结构进行了优化、参数化和分析,并通过仿真和实验验证了其有效性。它由使用新型的GaN晶体管组成的两个单相全桥电路、两个输入/输出电感和一个高频变压器组成。变压器在实现两个全桥变换器之间的电气隔离方面起着至关重要的作用。使用MATLAB仿真软件对10 kW的变换器进行了建模。MATLAB仿真结果验证了变换器的性能适合于高功率应用并能实现轻负载条件下的零电压开通(ZVS)和零电流关断(ZCS)。然后,设计了一个10 kW的实验原型,以验证所设计拓扑的有效性。     

280W移相全桥软开关DC/DC变换器设计

移相全桥变换器是最常用的中大功率DC/DC变换电路拓扑之一,它利用开关管的结电容和原边串联电感作为谐振元件,使开关管能进行零电压开通和关断,但传统移相全桥变换器输出整流二极管的反向恢复会引起电压振荡,二级管上存在很高的电压尖峰。280W移相全桥软开关DC/DC变换器采用了一种新的拓扑结构,在变压器原边加了2个箝位二极管,在实现开关管零电压开通和关断的同时,有效地抑制了电压振荡,消除了电压尖峰,减小了输出整流二极管的电压应力。分析了主电路的工作原理,给出了主电路参数和实验结果。     

平均电流模式控制软开关移相全桥DC/DC变换器

本文研制了一种24V输入,300V输出的DC DC变换器,该变换器采用了带辅助谐振网络的全桥变换器拓扑结构,仿真和实验结果表明,变换器中的超前桥臂和滞后桥臂在较宽的负载条件下都可实现零电压开关(ZVS)条件,降低了变换器的开关损耗。另外,也可以明显降低变压器副边的占空比丢失,提高了变换器的效率和输出电压的调节范围。本文还采用了平均电流模式的控制方式,实现了输出电压和输出电流的双闭环控制,所设计的移相全桥DC DC变换器具有较好的动态性能和控制精度。     

高输入输出变比的两级式DC/DC变换器

两级式变换器比单级式变换器更适合应用在输入输出变比较高的DC/DC变换场合。研究了一种Buck+LLC谐振全桥的电路拓扑,阐述了LLC谐振全桥的原理和特性,在分析了这种两级变换器的稳定性基础上,通过合理选取前级Buck电路的输出电压、后级LLC谐振全桥变压器变比和谐振元件参数,提高了两级变换的效率。基于上述分析,采用该拓扑结构试制了一台功率1 kW,210～270 V输入,27 V输出的原理样机,并给出了实验结果。     

新型ZVS全桥DC/DC变换器

针对移相全桥软开关变换器存在的滞后臂难以实现零电压开关(ZVS)和占空比丢失的问题,提出了一种新型的全桥移相零电压变换器拓扑,采用3个等效的高频变压器替代传统的高频变压器,将阻断电容分成2个等效电容串联在桥臂中点之间,增加1个辅助电感实现滞后臂的ZVS。论述了所提出变换器的电路结构、工作原理和关键参数的设计。根据新的拓扑,设计了一台9kW的实验样机,实验结果证明了该电路拓扑能在宽的负载或输出范围内实现软开关。     

单级三相PFC+DC/DC变换器控制系统分析设计

基于TAIPEI整流滤波电路和移相全桥电路,所衍生的新型单级三相功率因数校正(PFC)+DC/DC变换器,因其全负载范围内的桥臂开关管零电压开关(ZVS)导通、高功率因数和高效率等优点受到了广泛关注。在此通过详细分析该新型拓扑PFC原理,推导出母线电压和输出电压相应的控制公式,基于此提出一种简单可行的频率脉宽调控输出电压+移相滞环调控母线电压的控制策略,并提供了相应的数字程序处理框图,有效地解决了由于母线电压和输出电压耦合性造成的双闭环控制难题。最后通过仿真和实验平台搭建,验证了所提出的控制策略的有效性。     

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。     

高效三相准单级PFC DC/DC变换器

提出了一种带三相PFC的准单级AC/DC变换器拓扑.该拓扑具有所有功率开关均为软开关,输出二极管电压应力低和输入输出滤波器小的特点.一个380VAC±30%输入、40～60VDC输出、整机效率为93%的6kW样机验证了该拓扑输入电流的谐波满足IEC61000-3-2 Class A标准.实验结果显示该拓扑具有成本低、体积小、重量轻、效率高以及安全可靠等特点.     

一种适用于波浪能发电系统的新型三端口DC/DC变换器

提出了一种新型的三端口DC/DC变换器电路拓扑。在全桥变换器的基础上,增加一个变压器副边,形成三端口全桥变换器。该拓扑不仅输入电压变化范围宽,输入输出变比大,安全性高,实现了升降压变换;并且采用了软开关技术,适用于大功率场合。分析了该变换器的工作状态和开关模态,并通过Saber仿真验证了理论分析的正确性。     

电力电子变压器用混合三电平双向DC/DC功率模块设计

高压隔离双向DC/DC变换器模块是电力电子变压器电压隔离和变换中的主要环节。为提升模块高压侧直流工作电压,减少模块级联数量,降低功率变换部分的占地尺寸和控制复杂度,采用混合三电平拓扑设计电力电子变压器功率模块。分析混合三电平双向DC/DC变换器的工作原理,对电路中的主要参数进行设计,并基于SiC功率器件完成了样机的设计,最后对样机进行了试验验证。试验结果表明,混合三电平双向DC/DC变换器工作特性与传统全桥双向DC/DC变换器一致,效率最高达到98.7%。三电平双向DC/DC变换器以较低成本和控制复杂度,提高了子模块高压侧直流工作电压,使电力电子变压器系统功率模块数量减半,有效降低了电力电子变压器的尺寸。     

新型零电流转换移相全桥DC/DC变换器

提出了一种新型零电流转换(ZCT)移相全桥DC/DC变换器拓扑。该变换器通过在原边增加一个由电容和电感构成的有源辅助电路,在开关管状态发生变化时,控制辅助电路的谐振电流,可实现主功率开关管和辅助开关管的零电流开关(ZCS),消除IGBT拖尾电流引起的开关损耗,同时减小了二极管的反向恢复损耗。辅助电路结构不会增加开关管的导通损耗,还能一定程度上克服传统零电压开关(ZVS)全桥变换器原边环流损耗大和占空比丢失严重的缺点。详细分析了该新型全桥变换器的工作原理以及实现零电流开关的条件,给出了主电路拓扑结构及相关参数选取,根据所选取参数对主电路进行仿真研究,给出了主要仿真波形,结果验证了电路分析的正确性和设计的可行性。     

数字控制双向全桥DC/DC变换器分析设计

数字控制双向DC/DC变换器采用有源箝位抑制开关管的电压尖峰,实现了电压型全桥开关管的零电压零电流开关(ZVZCS),减小了电流型全桥开关管的开通损耗。分析了双向全桥DC/DC变换器的工作原理,给出了数字控制系统设计,调试出一台250 V/5 A的实验样机。实验结果表明,该双向全桥DC/DC变换器效率高,控制方案有效可行。与传统的模拟控制相比,数字控制调试方便,单片机外围控制电路简单,具有良好的应用价值。     

一种适用于电动汽车充电机的变压器钳位DC/DC变换器

为了减小电动汽车充电机谐波对电网造成的危害,很多充电机采用了三相输入功率因数校正(PFC)技术,造成充电机直流/直流(DC/DC)变换器的直流侧电压偏高.针对上述问题,提出了2种变压器钳位DC/DC变换器,并对基于串联谐振方式的变压器钳位3电平DC/DC变换器作了详细的分析.该变换器利用变压器钳位,无需辅助元器件,每个主开关电压应力是输入电压的一半,输入分压电容上的电压自动均压,大大降低了输入分压电容的容量要求.文中对变压器的钳位原理进行了分析,并通过一个6 kW的原理样机进行了实验验证.     

ZVS三电平双正激DC/DC变换器

提出一种新型ZVS三电平双正激DC／DC变换器，它由两个双管正激电路串联构成。经过一个有两个初级的高频变压器实行输出隔离。通过在高频变压器的次级增加一个谐振电感并配合开关管PWM控制，实现了主开关元件零电压开通。分析了其工作原理。并讨论了ZVS谐振参数的设计。给出了3kW试验模型的实验结果。此外。给出了采用不同次级整流电路的三电平双正激DC／DC变换器拓扑。     

一种新型并联型零电流全桥DC/DC变换器

提出了一种新型的含并联辅助电路的零电流转换(ZCT)全桥DC/DC变换器拓扑结构。该变换器采用脉宽调制(PWM),通过在原边增加一个由电容和电感构成的并联有源辅助电路,在开关管状态发生变化时,控制辅助电路的谐振电流,实现了主开关管和辅助开关管的零电流开关(ZCS),也实现了输出整流二极管的软换流,使整流二极管承受的电压相对较低,即为输出电压,特别适合于开关器件为IGBT的高电压大功率场合,消除了IGBT拖尾电流引起的开关损耗,改善了电路性能。分析了变换器的工作原理及零电流开关的实现条件,给出了主电路拓扑结构和谐振网络相关参数设计。根据所选取的参数对主电路进行了仿真研究,结果验证了电路分析的正确性和可行性。     

ZVS DC/DC全桥变换器的研究

移相全桥零电压开关变换器(FB ZVS PWM DC／DC)是目前中大功率开关电源的主流。分析了FB ZVS PWM DC／DC的一些常见问题，主要是滞后桥臂在轻载时实现ZVS很困难。提出一种新的电路拓扑，变压器次级采用开关管，能够使滞后桥臂和超前桥臂具有相同的转换速度。试制成功了一台2kW样机，给出实验结果。     

新型高频隔离双向DC/DC变换器的特性分析

随着高科技开关装置的发展,母线电压会越来越高,传统的高频隔离双向DC/DC变换器的拓扑结构将不能满足高压大功率场合的应用。为此,提出了一种基于半桥三电平结构的高频隔离双向DC/DC变换器拓扑,该拓扑不仅具有功率双向流动、易于实现软开关、电气隔离和高可靠性等优点,还使开关管上的电压应力仅为输入/输出电压的1/2。通过对新型变换器的拓扑结构进行分析,给出了变换器在移相调制策略下的基本工作特性,研究了变换器的功率流特性和软开关特性。最后,通过实验验证了理论分析的正确性。     

一种并联输入并联输出的宽范围双向隔离DC/DC变换器

目前,DC/DC变换器广泛应用于新能源发电、电动汽车以及锂电池化成分容等领域。针对低压大电流双向功率传输应用场合,提出了一种输入并联输出并联的宽范围双向隔离DC/DC变换器。该变换器由2个相同的两级式DC/DC变换器组成,前级采用高效率LLC谐振变换器作为直流变压器,以实现电气隔离;后级采用交错式Buck/Boost变换器,保证宽范围电压输出和高动态性能。所提变换器能够实现功率的双向传输,且采用了一种功率方向改变时,无需进行功率流向判断与开关逻辑切换的调制策略,简化了系统的控制策略并提高可靠性。设计了1台3 kW的实验装置,实验结果验证了所提变换器及其控制方法的可行性和有效性。     

一种新颖带功率因数校正的AC/DC变换器的研究

提出了一种新颖的两开关三相PFC的AC/DC变换器主电路拓扑结构,给出了电路的设计方案,讨论和分析了该电路的工作过程、功率因数校正原理,并给出了电路的仿真和实验结果。     

基于UC3875的隔离式双向DC/DC变换器研究

本文首先介绍了传统隔离式双向DC/DC变换器的典型拓扑,并结合其应用领域分析了各种拓扑的优缺点。在此基础上,提出了一种新颖的基于BUCK/BOOST的双向DC/DC变换器拓扑。与传统的同功率等级变换器相比,该拓扑具有结构简洁、系统成本低、控制方法简单、工作效率高等特点。介绍了该拓扑的电路构成、详细分析了电路的工作原理和设计要点,并基于UC3875芯片输出PWM波控制开关管,最后给出了相应的实验波形。