一种新型零电压关断高增益DC/DC变换器

提出一种新型零电压关断高增益DC/DC变换器,所提变换器通过一个辅助电容和两个辅助二极管即可实现开关管的零电压关断,具有结构简单、易于实现的优点。开关管的零电压关断不仅有效提高了变换器的工作效率,同样也提高了变换器的功率密度。适用于电动汽车、不间断电源、光伏发电、航空航天等对变换器输入输出增益及功率密度要求较高的应用领域。首先分析了所提变换器的工作原理,然后理论推导出变换器的性能特点,最后搭建了一台功率为400W的实验样机。实验结果显示所提方案有效提升了变换器的工作效率,验证了理论分析的正确性。     

新型ZVT高增益DC/DC变换器

针对普通升压变换器输出电压低及开关损耗大的问题,本文提出一种新型零电压关断高增益DC/DC变换器。文中首先对1个工作周期内不同状态下工作状况进行了分析,然后对所提变换器性能特点进行分析并计算给出电压增益比与开关二极管的电压及电流应力。理论分析表明,所提方案有效提高了变换器输入输出增益及工作效率,且开关管的电压及电流应力得到有效降低。最后,通过1台功率为800 W的实验样机进行了验证和相应的损耗分析,实验结果证明了理论分析的正确性。     

无源无损软开关在Buck-Boost变换器中的应用

详细分析一种基于Buck-Boost变换器的无源无损电路单元,仅通过在变换器中附加一些无源元件实现了开关管的零电流导通和零电压关断,并将缓冲元件的能量回馈给变换器的输入输出端,达到了无损的效果。示出最优参数的方法,而且相比有源电路,该缓冲电路单元结构简单、控制方便、可靠性更高,并能在软开关的情况下保持开关管的最小电压应力,并与传统的Buck-Boost变换器进行比较,验证其具有更高的效率。     

ZVS隔离型高增益DC／DC变换器

将传统的L型电流输入隔离型DC/DC变换器与一种DCM(Diode-Capacitor Multiplier)电压增益单元相结合,提出了一种新型ZVS隔离型高增益DC/DC变换器。在继承传统L型电流输入隔离型DC/DC变换器输入电流纹波小、变压器匝数比低等优点的基础上,所提变换器可通过调节DCM增益单元数来调节变换器的输入输出增益比;通过有源箝位电路和漏感的结合,开关均实现了零电压开通,二极管均实现了零电流关断,二极管的反向恢复损耗得到了抑制;借助于所提DCM增益单元,二极管的电压应力以及变压器的绝缘等级得到了有效降低;所有二极管的电压、电流应力均相等,便于散热设计。对变换器的工作原理和性能特点进行了理论分析,并建立了一台输入24 V、输出400 V、功率为200 W的实验样机。实验测试样机最高效率可达95%,验证了理论分析的有效性和正确性。     

一种提高Boost变换器功率转换效率的无源缓冲电路

目前，电力电子变换器正在向高频化、小型化方向发展，导致传统变换器的开关管损耗增加，从而使得整体效率较低。提出一种适用于传统Boost变换器的无源缓冲电路来提高变换器效率，该无源缓冲电路实现了开关管的零电压关断，采用无源方案进行设计，电路控制方案简单。首先对所提无源缓冲电路的工作原理进行了详细的阐述，其次对Boost电路中各器件的的电压电流应力进行了分析，最后通过仿真验证了理论分析的正确性。仿真结果表明，所提缓冲电路可用于光伏发电、直流微网等需要直流升压的场合。     

一种ZVZCS交错并联Boost变换器

提出了一种ZVZCS交错并联Boost变换器。在所提辅助电路的帮助下所有开关管均实现了零电压关断,同时变换器通过电感电流断续导通模式使得所有开关管均实现了零电流导通,各个二极管也均实现了零电流关断,显著降低了由开关管和二极管引起的损耗,变换器整体的工作效率得到了提高。最后,对所提变换器的工作原理及性能特点进行了详细分析,并通过搭建输出功率为200 W的实验样机对理论分析进行了实验验证。     

基于耦合电感的高功率密度高增益DC/DC变换器

提出一种高功率密度高增益DC/DC变换器,该变换器在文献[1]所提高增益变换器的基础上不增加任何元器件,只改变二极管与电容的连接方式,使其电压增益和工作效率得到了提高。采用无源箝位电路吸收并利用了漏感能量,开关管的漏感尖峰显著下降,并且实现了零电流开关(ZCS)开通。由于漏感原因,所有二极管都是ZCS自然关断,不存在二极管反向恢复问题。最后,分析了所提变换器的工作原理、性能特点,推导出其电压增益表达式,并通过300 W的样机验证了理论分析的正确性。     

基于耦合电感与开关电容单元的高增益DC/DC变换器

提出一种基于耦合电感与开关电容单元的高增益DC/DC变换器.将开关电容单元集成到电路拓扑中,并拓展至n个,提高该变换器调节增益的自由度,使其不仅能通过改变耦合电感匝比来调节电压增益,还能通过增减开关电容单元来改变电压增益.耦合电感中漏感的电流不能突变,使得二极管的反向恢复问题得以解决.漏感能量通过无源箝位电路得到了很好的吸收,进而降低了开关管的电压应力,提高了变换器的效率和可靠性.分析了所提电路拓扑的工作原理,并对比分析了变换器的性能特点.最后,制作了一台输入电压为20～40 V,输出电压为380 V,额定功率为300 W的样机进行实验验证.主要工作波形与理论分析基本一致,且实测最高效率为95.4％,从而验证了理论分析的正确性与所提变换器的可行性.     

高升压增益软开关DC-DC变换器

在软开关Boost变换器基础上,通过引入Flyback单元,提出了一种高升压增益软开关DC-DC变换器,进一步提高了变换器的电压增益,避免了高占空比,减小了开关管电压应力。因此,可选取低电压等级低导通电阻MOSFET以降低变换器的成本,提高变换器的效率。在开关管关断期间,漏感能量向负载传递,有效利用了漏感能量,且无需额外的吸收电路。此外,变换器实现了开关管的零电压(ZVS)导通和二极管的零电流(ZCS)关断,进而消除了开关管的开通损耗和二极管的反向恢复损耗。研究了高升压增益软开关DC-DC变换器电路的工作特性和占空比丢失的主要原因,分析了该变换器的元器件应力及电路损耗。设计了一台160W的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。     

一种三绕组零纹波高增益DC/DC变换器

新能源并网发电系统的应用使得零纹波高增益DC/DC变换器成为研究热点。在一种耦合电感型DC/DC变换器的基础上,引入无源零纹波电路,推导得到一种三绕组零纹波高增益DC/DC变换器。三绕组耦合电感实现了高增益的同时,还实现了零纹波功能。倍压电路的使用,使得变换器的电压增益进一步得到提高,还限制了二极管寄生电容与漏感谐振产生的电压尖峰。两个有源开关相互钳位,限制了开关管关断时刻的电压尖峰,还实现了零电压开通。变换器功率器件的电压应力均远低于输出电压,可选用低耐压器件来提高变换器效率。最后搭建一台250W、48V/380V的实验样机验证理论分析的正确性。     

一种新型非隔离型高增益DC-DC变换器

在不间断电源、新能源发电等应用场合中,高增益DC/DC变换器得到了广泛应用。基于两相传统交错并联Boost变换器,提出了一种新型非隔离型高增益DC/DC变换器。所提变换器具有低输入电流纹波、两相电感电流自动均流、开关和二极管电压应力低、升压能力高等特点,适用于输入输出电压比大且无需电气隔离的应用场合。本文首先对所提电路的工作原理进行了具体分析,然后理论推导其主要性能特点,最后通过一台功率为400W的实验样机验证了前述分析的正确性。     

一种高增益耦合电感双管Sepic变换器

针对传统DC-DC变换器电压增益低,开关器件电压应力大和损耗高的问题,在传统Sepic变换器的基础上,引入耦合电感单元和有源开关电感单元,提出了一种高增益耦合电感双管Sepic变换器拓扑结构。该变换器具有高电压增益,避免了变换器工作在极限占空比状态,降低了开关器件电压应力,实现二极管的零电流关断和开关管的零电流开通,缓解二极管的反向恢复问题,减小开关管的损耗,提高变换器的效率。详细分析该变换器的工作原理,推导变换器的电压增益和开关器件的电压应力大小,研究漏感导致的占空比丢失问题对变换器增益的影响,给出关键参数设计,与其他拓扑在电压增益、开关器件电压应力等方面进行性能对比分析,最后设计一台100 W的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。     

基于软开关的Boost变换器的研究

设计了一种新型零电流脉宽调制(ZVS-PWM)Boost变换器,其中主开关管和辅助开关管均实现了零电流开通和关断,无源功率器件均实现了零电压开通和关断,减小了传统Boost变换器在开通和关断时出现的开关损耗以及主开关管的电流应力,提高了变换器的效率。该变换器适用于使用绝缘栅双极晶体管的中大功率场合。主要分析了变换器的主电路工作原理,并设计了一个工作频率为30 kHz,输入输出电压为220 V/400 V的Boost变换器,实验证明该设计可行。     

输入电流低纹波高增益软开关直流变换器

非隔离型高增益软开关DC/DC变换器广泛应用于清洁能源发电系统。所提变换器基于准Z源网络,集成了三绕组耦合电感和倍压单元技术,开关管与电容组成了有源箝位,实现了漏感能量回收;通过对元器件参数和死区时间的配置,所有开关管实现了零电压开关(ZVS),二极管都实现了零电压零电流开关(ZVZCS),提升了变换器的效率。此处详细分析了所提变换器的工作模态、稳态特性下元器件的电压、电流应力。在实验室搭建一台200 W功率、380 V输出电压的实验样机验证了所提变换器的可行性。     

一种新型软开关双单元DC/DC变换器

在分析现有双单元DC/DC 变换器的基础上,提出一种新型软开关双单元DC/DC 变换器,分析了该变换器的工作原理和主要特点,给出了用于功率因数校正电路的实验结果。该变换器实现了主开关的零电压、零电流开通和零电压关断,辅助开关的零电流开通和零电压关断,以及输出整流二极管的零电流关断。     

一种适用于SEPIC变换器的可拓展电压增益单元电路

因寄生参数的影响,基本DC/DC变换器的升压能力受到了限制.针对单端初级电感转换器(SEPIC)变换器提出了一种可拓展电压增益单元电路,通过在基本SEPIC变换器外围接入所提电压增益单元可有效提升变换器输入-输出电压增益,并降低开关器件的电压应力,该变换电路还具备基本SEPIC变换器输入电流连续、低纹波的优点.同时所提电压增益单元中不含有有源开关,使得基本SEPIC变换器的驱动及控制电路都相适应,无需变化.对所提变换器的工作原理和性能特点进行了详细的阐述,并构建了一台300 W的实验样机,对理论分析进行了验证.     

一种最小应力的无源无损软开关方案

无源软开关技术控制和实现简单,工程应用广泛。文中提出一种适用于基本PWM DC/DC变换器的最小电压、电流应力无源无损软开关单元。实现开关管零电流开通、零电压关断,二极管软开关。开关管电压应力没有增大,增加的谐振电感有效抑制其电流峰值。同时,无源软开关单元钳位了二极管电压。在不增大原功率电路半导体器件的电压、电流应力条件下,实现软开关。文中以buck变换器为例,详细分析所提无源软开关方案的工作原理,给出无源网络参数设计过程,通过计算机仿真,并设计一台100 k Hz,200 V/5 A的buck样机。与硬开关进行效率对比,在20%到额定负载范围内,软开关方案的效率均优于硬开关。     

一种多工况高增益多端口DC/DC变换器

针对含储能单元的新能源发电系统,提出一种多工况高增益多端口DC/DC变换器,所提变换器集成了一个单向供电端口、一个双向储能端口及一个负载端口,可实现任意两电气端口之间的一次电能变换,其具有输入输出电压增益高、各工况切换平滑、开关器件电压应力低等优点。首先分析所提变换器的工作原理,然后推导出变换器的性能特点,最后搭建一台额定功率为600W的实验样机对理论分析进行实验验证。     

一种高增益DC-DC变换器实验分析

针对传统Boost升压电路受到电路元件寄生参数的影响无法实现高升压比的问题,提出了一种基于三绕组双倍压单元的新型高增益直流变换器。变换器利用二极管、电容和耦合电感构成的双倍压单元扩大电压增益,并利用无源无损吸收电路来吸收漏感能量,抑制漏感带来的尖峰电压。通过对新型变换器工作的各个模态进行详细分析,推导了电压增益及元器件电压电流应力;实验表明该新型变换器能够有效提高电压增益、降低功率开关管的电压应力。     

耦合电感二次型高增益Boost变换器

为解决二次型Boost变换器功率器件电压应力大以及耦合电感Boost变换器开关管电压尖峰高的问题,结合二次型Boost变换器和耦合电感Boost变换器的特点,提出一种耦合电感二次型高增益Boost变换器。该变换器能够吸收漏感能量,抑制开关管两端的电压尖峰,且能将漏感能量向负载传递,提高了变换器的工作效率;通过引入桥式倍压单元,在提高变换器电压增益的同时,可将耦合电感副边线圈两端的交流电压整流为直流电压,降低了输出二极管的电压应力;通过合理设计耦合电感的耦合系数,可实现功率开关管的零电流开关以及输出二极管的零电流关断,提高了变换器的工作效率;该电路拓扑中所有功率器件的电压应力均低于输出电压,可选取低耐压、低寄生参数的功率器件,降低了变换器的成本。最后搭建了额定功率100 W的实验样机,实测额定功率下变换器的效率达到92%,实验结果验证了理论分析的正确性。