高压变压器寄生电容对串联谐振变换器特性的影响

高压串联谐振变换器广泛应用于电容器充电、静电除尘等系统中。然而,高压变压器寄生电容的存在,使得客观上并不存在理想的高压串联谐振变换器。定量分析了高压高频变压器的寄生电容对工作于断续谐振电流模式(discontinuous current mode,DCM)的串联谐振变换器特性的影响,这些特性包括临界断续谐振频率、归一化输出电流和软开关。当考虑高压变压器寄生电容后,串联谐振变换器实际上已经演变为LCC串并联谐振变换器。通过对DCMLCC谐振变换器在不同工作阶段的数学分析、推导和归一化处理,得到了具有封闭形式的电路特性的表达式。通过分析发现,随着等效电压增益的增加,DCM LCC谐振变换器的正向和反向谐振过程均由两元件谐振向三元件谐振过程转变,临界断续频率升高。以图形曲线的方式给出了量化的分析结果。通过比较两类典型的控制方法可知,第二类典型控制方法具有更高的电流输出能力和能量传输效率,是一种优化的控制方法。所得分析结果可为工作于断续谐振电流模式的高压串联谐振变换器的设计提供参考,特别对电容充电和静电除尘电源具有工程应用价值。     

利用基波分析法的串联谐振电容充电电源建模

为进一步研究因具有电流源特性而已广泛应用于电容器充电电路中的串联谐振变换器,利用基波分析法分析了串联谐振变换器,建立了串联谐振变换器基波分析法的稳态模型并在适当修改后用于串联谐振电容充电电源的研究。用搭建的30 kW、1 kV电容充电电源样机验证的结果表明,实验与理论结果在特定条件下非常符合。利用该模型可更快地确定电路工作在给定条件下的谐振参数,使电源的整体效率和器件的应力都取得最优,使用稳态模型仿真可大大地节省仿真时间,从而使系统的设计更快捷,工作更稳定。     

基于恒流源充电软开关型高压直流电源的研究

在开关频率小于1/2谐振频率的情况下,串联谐振变换器具有对小电容负载进行"等台阶"恒流线性充电和软开关特性。推导并分析了串联谐振变换器在一个工作周期内的6种工作模式及每种模式下的谐振电感电流和谐振电容电压公式。利用全桥串联谐振变换器对倍压整流器进行类似"均充"恒流充电,结合脉幅调制(Pulse Amplitude Modulation,简称PAM)和脉频调制(Pulse Frequence Modulation,简称PFM)控制方式,研制了一台软开关型高压直流电源。电源的设计过程和测试结果分析表明,该电源满足了软开关和恒流源充电的要求。最后提出一种采用多模块串联叠加技术来提高功率的改进方案。     

LC串联谐振和LCC串并联谐振在高压脉冲电容充电电源中的应用比较

为得到更适合高压脉冲电容充电电源的电路拓扑,对LC串联谐振和LCC串并联谐振充电电源的应用电路特性进行了比较。利用Matlab分别对LC串联谐振和LCC串并联谐振脉冲电容充电电路进行了仿真分析,通过3kW电源样机对600μF/15kV负载电容进行了充电实验,给出了LCC串并联谐振实验波形,与仿真结果一致。实验结果说明实际LC串联谐振电路由于分布电容的影响变为LCC串并联谐振,并根据附加并联电容对电路分布电容的大小进行了间接测量,LCC串并联谐振所需供电电源功率较小、电流峰值较低、充电精度较高,因而更具优越性。     

一种隔离型三端口双向LCLC多谐振直流变换器

提出一种隔离型多谐振双向三端口直流变换器。LCLC多谐振结构具有三个谐振频率,通过参数设计令三个谐振频率分别为基频和三倍频的串联谐振频率以及二倍频的并联谐振频率。由于多谐振腔具有基频和三倍频两个串联谐振频率,因此可以对变换器中的基频和三倍频能量进行传递,提高能量传递效率。谐振腔电流为基频和三倍频电流的叠加,有效地降低了谐振腔电流峰值。此外,变换器采用移相控制方法实现三个端口间功率的灵活控制,并且通过调节不同负载情况下的驱动频率,保证了全负载范围内三个端口所有开关管的零电压软开关(ZVS)特性,有效地抑制了变换器的开关损耗,保证全负载范围内的高效率。同时,变压器的漏感作为谐振电感的一部分,削弱了变压器寄生参数对电路特性的影响。最后,设计一台1.5k W实验样机,其正向和反向的最高效率分别为96.7%和96.9%,功率在0.5k W以上时双向效率均高于95.5%,证明了变换器在全负载范围内的高效率特性。实验结果验证了理论分析的正确性与可行性。     

基于非整周期模式串联谐振变换器控制技术

针对整周期脉冲密度控制串联谐振变换器输出功率效率低、负载输出电流纹波和偏置电流大的问题,详细分析了基于负载电流控制串联谐振变换器的动态模型及内部运行特点,给出了基于非整周期模式控制下负载电流和电压的状态表达式,提出了基于负载电流的非整周期控制串联谐振变换器的方法。通过比较输出负载电压值和输出负载电流与指令电流运算后的误差,控制谐振变换器分别运行在输出功率状态、自由谐振状态和再生状态3种模式。仿真和实验结果表明了该方法的可行性和有效性。     

三相LLC谐振变换器制氢电源研究

氢能作为一种洁净高效的二次能源,而广泛应用于生产和生活中。电解水制氢作为产生绿色氢气的重要制备方式之一,开发高效率且稳定的制氢电源模块具有重要意义。此处根据电解水制氢的电源工作特性,首先提出一种整流并联三相LLC谐振变换器制氢电源拓扑结构,在此基础上完成了主电路参数计算及其磁性元件设计;基于三相LLC谐振变换器的小信号数学模型,完善了比例积分(PI)补偿器的设计,通过调频控制实现在宽电压和宽负载范围内开关管的软开关特性,同时完成输出电流的宽范围调节,验证了三相LLC拓扑在降低输出电流纹波方面具有较大优势,满足制氢电源模块的要求;最后,基于PLECS电力电子仿真软件完成了三相LLC谐振变换器的仿真研究,且搭建了6 kW的实验样机对变换器的性能进行了实验验证。     

开环恒流LED驱动器

根据串联谐振变换器具有恒流的特性,文中将串联谐振变换器用于LED恒流驱动。文中对串联谐振变换器开环工作状进行等效分析,确定了输出电流平均值与开关频率、负载电阻的关系以及开环恒流状态下变换器的驱动能力大小、恒流精度与负载电阻的关系。文中据此对谐振变换器进行优化设计,保证串联谐振变换器工作在谐振电流连续状态下实现开环恒流,并进行了仿真与试验,结果表明优化设计的串联谐振电路能在谐振电流连续状态下实现LED的开环恒流驱动,证实了文中提出的优化设计的方法的正确性。     

一种谐振升压式开关电容变换器的改进

分析了一种谐振升压式开关电容直流变换器存在的问题,提出了改进方法,即输出采用电感恒流方式,输入和输出增加了EMI滤波,从而降低了输出纹波,提高了变换效率,改善了负载特性.在此分析了电路工作波形图,用RLC电路响应规律、等能量和等电荷方法,解出输出电压、变换效率和充电平均电流,这种改进的谐振型变换器在较大范围内可通过调频...     

三元件串联LLC谐振AC/DC变换器的设计

三元件串联LLC谐振变换器由于其高效率、高功率密度及软开关特性,成为目前热点研究的直流变换器之一.在对三元件串联LLC谐振直流变换器进行工作原理分析、电路仿真和工作状态解析的基础上,提出了一种快速和普遍适用的基于三元件串联LLC谐振AC/DC变换器的设计及计算方法,最后试制了一台300W的三元件串联LLC谐振AC/DC变换器样机,其较高的变换效率证明了该变换器的优势,样机的输入电压电流和谐振电流波形验证了该设计和计算方法的正确性.     

一种CC/CV平滑切换的宽输出电压充电电路

目前多种动力蓄电池凭借着能量密度高、续航里程长和可循环使用等优势,在新能源汽车领域得到了广泛应用。针对当前以谐振电路为基础构建复合变换器应用于蓄电池充电存在输出电压范围、模式间切换、效率等不同问题,提出了一种四开关Buck-Boost与电容钳位LLC级联复用式变换器作为充电电路。该电路增益曲线的容性区和感性区均可工作,宽调频范围的容性区具有恒流特性,感性区的最佳谐振点具有恒压特性,利于实现蓄电池恒流恒压充电控制。频率与占空比的解耦控制拓宽了变换器的输出电压范围,且负载阻抗连续变化下电压增益连续,利于实现蓄电池恒流恒压平滑切换及满足不同电池充电控制方案,宽增益下的宽调控范围可减少输出纹波。拥有桥臂间移相软开关、复用桥臂增强软开关能力和降低通态电流、变压器低磁链及最终移动于最佳谐振点工作等电路特性,利于实现电能高效传输。仿真与实验结果验证了充电电路全程满足ZVS、ZCS的恒流恒压控制及充电模式间平滑切换特性。     

带无损缓冲的新型三相反激式功率因数校正器的研制

提出了一种新颖的基于反激式变换器的三相功率因数校正器,讨论和分析了该电路的校正原理、关键参数和性能特点,并介绍了两种实用的零电压过渡方案,通过仿真和实验证明了理论分析的正确性.     

双有源桥直流储能系统软开关优化控制

传统直流储能系统中电容器荷电状态(state of charge, SOC)的变化会导致直流变换器两端电压不匹配,使得功率器件无法处在软开关状态,从而增加了开关损耗。通过分析软开关控制与电容器SOC之间的关系,本文提出一种双有源桥(dual active bridge, DAB)直流储能系统软开关优化控制,实现储能系统在充放电过程中,各功率器件始终处在软开关状态,维持直流母线电压稳定,降低功率损耗。该方法将储能电容SOC变化引入DAB移相控制,确定SOC与移相角的定量关系,使直流变换器功率器件满足软开关条件。根据直流母线电压及储能系统充放电特性,设计恒压、恒流充电和恒压、恒功率放电控制方法。仿真与实验结果验证了所设计软开关优化控制方法的有效性。     

新型Buck-Boost变换器在感应加热电源中的应用

针对传统感应加热电源中直流斩波环节开关损耗大、调压范围窄的缺点,提出一种新型的Buck-Boost软斩波电路,通过增加辅助开关管和谐振元件实现了主开关、辅助开关和主续流二极管的软开通和软关断。这里以180 kHz高频感应加热电源为研究对象,逆变侧采用基于IGBT倍频的单相桥式逆变电路,使输出频率为逆变器频率的两倍,逆变器输出匹配串联谐振负载。此处详细分析了新拓扑结构的工作过程,并通过实验证明了分析和设计的正确性和可行性。     

多路精密稳压电源的研究

在传统多路输出开关电源中,存在输出电压交叉调整率低和辅助回路稳压精度差的难题。针对此问题,详细分析了磁放大器稳压原理和基于磁放大技术的有源箝位正激变换器工作特性,提出了一种基于固定占空比、峰值控制模式、磁放大器调节的多路输出有源箝位软开关正激变换器。该拓扑电路具有成本低、结构简单、效率高、输出电压交叉调整率高的优点。研制了一台基于该技术的样机,开关频率为45 kHz,额定输入直流电压220 V,输出5 V/10 A和24 V/2 A的开关电源。该样机满载效率为88.9%,全负载范围内交叉调整率为0.5%,验证了该方案的合理性。     

高频高压脉冲电源充电软开关技术

提出了一种用于高频高压脉冲电源充电系统中的软开关技术。该技术利用L-C谐振原理,使开关管在零电流下关断来降低关断损耗,无需附加有源辅助开关和谐振网络,使开关管能可靠运行在高频状态,避免了在高频高压脉冲电源充电过程中出现的半导体开关器件过流、过压问题。实验结果表明,软开关技术能使整个电路高效、可靠运行,并且能在较宽的负载范围内实现软开关充电,结构简单,容易控制,对高频脉冲电源的高频化具有指导意义。     

基于双管正激的电容器充电电源控制策略研究

分析了一种变压器二次侧采用二极管全桥不控整流的双管正激型电容器充电电源,其磁复位由直流电源和充电电容共同完成,增加了开关周期内传输的能量。详细分析了电路的工作原理和输出特性,比较了电容器充电过程中传统脉宽调制和开关频率调节两种控制方法。指出在恒流充电要求下,基于开关频率调节的控制策略有助于提高充电速率,并通过Matlab/Simulink仿真和实验验证了理论分析的正确性。     

移相串联谐振高压电容器充电电源谐振参数设计方法及其电流控制策略

针对基于移相串联谐振全桥变换器(PS-SRC)的高压电容器充电电源,提出了谐振参数设计方法和充电电流模糊控制的策略。为了克服串联谐振高压电容器充电电源工作在欠谐振电流断续模式的缺点,通过移相控制使其工作在过谐振电流连续模式下。分析了PS-SRC三种工作模式的特点,推导了其边界条件,基于数值求解方法,对适用于高压电容器充电的工作模式进行了深入的分析,并根据高压电容器充电电源的应用要求,提出了谐振参数设计方法。针对PS-SRC精确数学模型难以推导的情况,提出了采用模糊控制的充电电流控制方案,给出了主要设计方法。最后,通过实验验证了谐振参数设计方法的正确性以及模糊控制实现恒流充电的可行性。     

基于旋转电容的直流电网软开关DC-DC变换器设计

作为连接不同电压等级直流母线的关键设备之一,DC-DC变换器转换效率的提高对于建立直流电网有重要意义。为了降低大功率软开关DC-DC变换器的体积和质量,基于旋转电容构造了一种能够实现功率器件零电流关断的非隔离型双向DC/DC变换器。介绍了变换器的电路拓扑结构;分析了不同模式下的稳态工作过程;设计了器件的具体参数及控制方案并研究了变换器的损耗特性;最后,在Matlab/Simulink中搭载仿真模型,验证了设计方案和控制策略的正确性。结果表明,所设计的变换器能够实现开关管和二极管的零电流关断,具有较高的转换效率。     

一种ZVT双PWM变换器的拓扑与实验研究

在分析比较现有几种ZVT逆变器结构的基础上,应用其中最简便的一种ZVT拓扑构造一个双PWM变换器主电路,并采用优化的SAPWM模式对该双PWM变换器的动作模式、控制策略作了理论分析和实验研究.该ZVT辅助谐振电路结构简单,控制方便,且由于辅助谐振电路仅在变换器双三相桥臂上的功率开关器件开通的前若干μs时间内进行软开关工作,其功率损耗很小,从而提高了系统的效率.采用本拓扑的双PWM变换器无论从电网输入的电流波形、功率因数,还是变流器输出的电流波形都保持着良好的性能,从而证明了本拓扑结构和控制方法的正确性.