基于开关电容的软开关高电压增益DC-DC变换器

提出一种基于开关电容的具有高电压增益和软开关特性的DC-DC变换器拓扑。该拓扑能够在非极端占空比条件下实现高电压增益,并具有类似于传统Boost变换器的PWM电压调节能力。通过谐振软开关技术,实现所有开关管的零电压开通和所有二极管的零电流关断,有利于提高变换器的效率和功率密度。变换器中开关管和二极管承受的电压应力低,允许选择低电压等级、低导通电阻的器件。详细分析变换器拓扑的基本工作原理,对变换器电压增益特性和软开关实现条件等稳态工作特性进行研究。最后,搭建一台输入25~40V、输出400V/1k W的实验样机,对理论分析进行实验验证。     

同步控制双向LLC谐振变换器

本文提出了一种同步控制的双向LLC谐振变换器。为使变换器在正向、反向工作时拓扑结构相同,在电路中增加了一个辅助电感。该辅助电感除了可以使双向LLC谐振变换器的双向工作特性完全对称外,还可以帮助开关管实现软开关。文章提出的双向LLC谐振变换器结构简单、控制方法易于实现。当变换器开关频率小于谐振频率时,所有开关管均可以实现零电压开通(ZVS);当变换器开关频率大于等于谐振频率时,软开关特性与传统LLC谐振变换器相同。因此变换器具有较高的效率,很适合应用于能量双向流动的场合。同步控制的双向LLC谐振变换器与传统二极管整流的单向LLC谐振变换器的工作特性存在差别,为了精确分析,文章提出了新的等效电路模型,并给出了同步控制双向LLC谐振变换器的电压增益公式和软开关条件。最后通过实验验证了理论分析的结果。     

一种可变结构型高效宽增益多谐振软开关直流变换器

该文提出一种可变结构的多谐振软开关直流变换器.此变换器采用双变压器结构,运用两个互补导通的辅助开关管进行变换器拓扑结构的转换.相互变换的工作模态有三种,能够满足不同工况对高电压增益或高变换效率的要求.此外,该文通过合理设置谐振频率和增益点的方式对变换器的谐振参数进行设计.随后,针对额定条件下变换器同时传递基波和3次谐波能量的工况,构建同时考虑基波和3次谐波的损耗模型,对变换器的损耗分布进行详细估算.最后,为验证理论分析的可靠性,基于一台实验样机对所述变换器进行功率实验验证,在输入电压80～600V变化范围内,输出电压始终稳定在400V,在获得较宽电压增益范围的同时实现了全增益范围内的高效率变换,变换器最高效率达97.6％.     

基于电压四倍频整流器的全桥LLC研究

LLC谐振变换器是一种软开关频率调制DC/DC拓扑,其开关频率接近共振频率.LLC谐振变换器具有较低的开关损耗和较低的电磁干扰,但常用的LLC谐振变换器的增益小,而光伏发电系统的DC/DC变换器需要产生较高的增益,因此需要在传统LLC拓扑基础上进行改进.这里提出了一种基于电压四倍频整流器的LLC谐振变换器.电压四倍频整流器有效降低了变压器的变比及次级整流开关管的耐压值,使得该拓扑适用于高增益输出应用场合.在此阐述了基于四倍频整流器LLC电路的工作原理,并进行了 300W实验样机的测试,验证了分析的有效性和可行性.     

一种基于耦合电感的高增益软开关谐振变换器

该文提出了一种具有高增益、软开关的新型谐振变换器。该谐振变换器使用耦合电感来提高电压增益，升压比不仅取决于占空比，还取决于耦合电感的变比，具有高增益的优点。此外，由于采用了有源钳位技术，漏感中的能量可以被回收利用，用来对开关管的结电容充放电提供能量，从而实现软开关。由于采用了耦合电感，所提出的变换器可以在较低的开关管电压应力的情况下实现较高的输出电压，因此可以使用低导通电阻的低压器件，从而提升系统的效率。该文分析了该谐振变换器的工作原理，并推导了输出电压、关断电流应力等参数的解析表达式。在此基础上，从理论上分析了该变换器取得软开关的条件，并对该变换器的各个器件的电压电流应力进行分析，为器件选型提供了理论依据。最后，搭建1kW实验样机，针对该文提出的基于耦合电感的谐振变换器的高增益、软开关、低电压应力、高效率等性能进行了实验验证。通过实验得出所提出的拓扑可以在10倍增益的情况下达到最高97.5%的效率，表明所提拓扑的优越性。     

具有共谐振支路的定频倍压型宽增益LLC谐振变换器

宽增益和高性能是LLC谐振变换器应用于电动汽车、可再生能源系统等领域的关键,而传统变频控制下存在开关频率范围宽、电压调节性能差的问题。为此,基于倍压整流结构提出一种共谐振支路的改进型拓扑,设计了定频变占空比的调制策略。首先给出了变换器的拓扑介绍及工作原理;其次根据增益特性分析了电感比和品质因数对增益的影响,根据零电压导通(zero voltage conduction,ZVS)条件对参数进行了约束;最后比较了变换器性能。仿真及实验表明,该变换器可实现宽输出电压调节,具有良好的软开关性能。相比于传统变频控制,始终工作在最佳谐振频率点,电路中循环电流小。     

一种高电压增益宽范围软开关双向DC-DC变换器

提出一种高电压增益宽范围软开关双向DC-DC变换器拓扑,其以双向Buck/Boost结构为基础,利用耦合电感的漏感与谐振电容串联谐振,能够在非极端占空比条件下实现高电压增益。耦合电感的漏感与谐振电容组成的谐振腔不仅可以控制循环的漏感能量,还可以抑制谐振电流的变化,使其在低压侧较宽的电压范围内,全负载工况下均能实现软开关。所提拓扑采用低压侧交错并联、高压侧串联的结构,使其具有低压侧电流纹波小、相电流小、开关管及电容电压应力低等优点。详细分析该变换器的工作原理,对其电压增益、软开关条件等稳态工作特性进行研究。最后,搭建一台低压侧40～150V、高压侧400V、功率2kW的实验样机,验证理论分析的正确性。     

一种新型车载宽输出范围LLC谐振变换器

LLC谐振变换器由于具有天然的软开关属性而备受青睐,但电压增益可调范围有限,开关频率范围过宽的缺陷限制了其应用场合。鉴于此,这里提出了一种具有模式切换功能的“I-H”型电路拓扑,并且提出了一种不对称脉宽调制(PWM)控制实现三电平,利用谐振电流周期性特性,在不额外引入开关的前提下保证电容均压。通过模式切换以及控制策略的转换,得到低、中、高3种电压增益模式,在不改变输入电压及谐振元件参数的前提下拓宽了输出电压范围。这里将其与传统的LLC拓扑进行对比,对3种电压增益分别进行了模态分析,并分析了变换器的软开关条件,为参数选取提供依据。最后搭建了一台1 500 W的实验样机验证了所提电路拓扑及混合控制策略的适应性和准确性。     

多模式切换运行的拓扑变换型多谐振软开关直流变换器及参数设计方法

提出一种可支持多模式切换运行的拓扑变换型多谐振软开关直流变换器。该变换器通过引入辅助开关管来改变多谐振腔单元的结构,进而在不同应用场合下表现出自适应的谐振特性。其中,含双变压器的多谐振结构用来满足高电压增益的需求,而五元件多谐振结构则工作在额定点处以保证高效率转换。此外,通过对变换器谐振频率点和峰值增益点位置的合理设计,变换器获得了在狭窄开关频率范围内实现宽电压增益范围和高转换效率的优点。最后,为了验证所提变换器的性能和参数设计方法的有效性,搭建一台额定功率为500W的样机进行了实验验证。当输入电压从80～600V变化时,变换器的输出电压保持400V恒定不变,其最高变换效率达到97.93%。     

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。     

适用于ISOS拓扑的高压DC/DC变换器研究

在电力电子变压器和直流配电网等领域,需要采用DC/DC变换器双向传输能量。为了适用不同电压等级电网,研究适用于ISOS拓扑的双向DC/DC变换器,采用双向LLC谐振实现能量双向流动时开关器件的ZVS和准ZCS,使用均压电阻实现系统的稳态均压。首先描述双向LLC谐振变换器的工作波形,然后采用基波分析法对电路的增益特性进行分析。将适用于ISOS拓扑的增益特性及软开关的实现条件作为双向LLC谐振网络设计的依据,并对高频隔离变压器和ISOS拓扑的均压电路进行分析与设计。最后研制2个6.25 kW的变换器,对所提出的设计方法进行验证。试验证实变换器能够实现能量双向传输时开关器件的ZVS和准ZCS,并且能量双向流动时变换器具有相同的增益特性,同时变换器的串联不均压度小于3%。     

一种可用于直流变压器的多谐振变换器等效建模及分析方法

针对直流变压器对效率和功率密度越来越高的发展需求,大功率谐振变换类拓扑被广泛关注,然而其分析方法特别是针对多谐振变换拓扑的分析方法目前有待进一步研究。文中提出了一种针对于双变压器谐振拓扑的等效建模及分析方法。基于该等效分析方法对CLTC变换器进行简化和增益特性分析,在此基础上,改进并优化获得了一种新型谐振式DC-DC变换器拓扑。该转换器保证高效率和软开关特性的同时进一步优化了变换器增益特性,具有在较窄的频率范围内实现更宽范围电压调节的能力。最后,建立了一台2.5 kW的样机对理论分析进行了验证,样机最高效率为97%。     

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。     

高增益高效率非隔离型谐振开关电容变换器

非隔离型直流变换器具有功率密度高、效率高、成本低等特点,在高压电场供电、静电除尘等场合具有应用需求。然而,现有的非隔离变换器仍面临可扩展性有限、电压增益不足等难题。对此,此处提出了一种高增益高效率非隔离型谐振开关电容变换器(ReSC),利用微亨级谐振电感和硅快速恢复二极管(Si-FRDs)构建模块化升压模块,实现高增益输出。结合所提变换器拓扑,详细分析了其工作原理;考虑功率器件寄生参数,建立了变换器等效模型并对开关过程进行了详细分析,推导了变换器软开关运行条件,分析了采用辅助电感的零电压开通过程。最后搭建了3 kW/10 kV输出、13级谐振开关电容变换器实验样机验证了所提变换器的有效性。     

高效率CLL谐振变换器的分析与设计

阐述了CLL谐振变换器的工作原理,该变换器能在全负载范围内实现开关管的零电压开关(ZVS)和次级整流二极管的零电流开关(ZCS),降低了开关管的开关损耗,消除了二极管的反向恢复损耗。与传统LLC谐振变换器相比,CLL谐振电路网络中并联谐振电感上的电压随负载减小而减小,流过并联谐振电感上的电流也因此减小,从而减小了轻载时的环流损耗,改善了轻载效率。采用基波近似(FHA)分析方法分析CLL谐振变换器,得到该变换器的直流增益特性,并给出变换器关键参数的设计原则。通过实验验证了理论分析的正确性。     

一种隔离型变结构多谐振直流变换器

随着直流配用电技术的发展,直流变压器技术开始备受关注,其效率和功率密度是目前主要的技术难题,为此需要从电力电子功率变换拓扑角度出发研究多工况、宽电压范围适用的高频、高效软开关拓扑。文中提出了一种可变结构多模式运行的隔离型多谐振直流变换器。该变换器采用辅助开关控制谐振腔,从而在不同应用场景下表现出自适应谐振特性。当系统输入电压较低时,采用双变压器多谐振拓扑结构,以获得较高的电压增益;而在额定状态下则采用五元件多谐振拓扑结构运行,实现高效率。得益于变结构多模式运行拓扑结构,该变换器具有较宽的电压增益范围,并能够始终保持较高的效率。这些特点使该变换器非常适合应用于直流配用电系统。文中在电路特性分析的基础上,制作样机并完成了实验验证。输入电压范围为80～600 V,输出电压为400 V,变换器峰值效率达到97.5%。     

适用于高压宽输入新型三电平LLC谐振变换器

在高压大功率轨道交通电源应用中,常使用三电平变换器,因其主开关管承受的电压应力仅有输出电压的一半.但是三电平输入电压高,伴随高开关损耗,导致效率低下,因此在使用三电平拓扑时需应用软开关技术以降低损耗.提出了一种适用于高压宽输入新型三电平LLC串联谐振变换器,该拓扑不仅能实现良好的软开关性能,而且能实现电流均衡.分析了该变换器的工作原理,通过仿真和实验对该拓扑的有效性进行了验证.     

C-filter LCC断续工作模式逆变桥损耗分析

工作于谐振电流断续模式(DCM)的容性滤波LCC谐振变换器易实现软开关,能可靠高效地工作。同时,它具有优良的调压特性,拓扑上无需输出滤波电感,适用于高压大功率场合。然而,目前缺少开关管损耗的分析和计算方法,导致工程上难以实现可靠的系统热设计。针对工作于DCM下的容性滤波LCC谐振变换器,进行了逆变桥部分的开关管损耗分析。利用谐振电流的封闭表达式及开关管的特性数据,得到了开关管损耗的理论计算方法。最后,以一个输出指标为直流3.6 kV/0.3 A的谐振变换器为例,给出了逆变桥IGBT的理论计算和实验测量损耗结果,验证了理论计算的有正确性。     

一种适用于海上风电直流并网的谐振升压变换器

谐振变换器由于可实现开关器件的软开关而十分适用于高压大功率场合。文中提出了一种适用于海上风电直流并网技术的谐振升压变换器,该变换器利用LC并联谐振网络可实现很高的电压增益,同时不仅具有开关管零电压开通和近似零电压关断以及整流二极管零电流关断的优点,而且具有开关管和谐振网络的电压应力不超过输出电压一半的特点。此外,相比于传统谐振变换器,该变换器在整个负载范围内开关频率变化范围小。阐述了该变换器的工作原理和工作特性,讨论了谐振网络参数的选择,仿真和实验结果验证了工作原理和谐振网络参数选择的正确性。     

软开关高增益Buck-Boost集成CLLC型直流双向变换器

研究一种Buck-Boost集成CLLC直流双向变换器,适用于输入输出共地且宽输入电压范围场合应用。直流双向变换器通过Buck-Boost与CLLC电路原边集成、CLLC副边母线电容叠加到原边母线电容上实现高增益。半桥CLLC电路与Buck-Boost电路集成,通过定频PWM同步控制;有助于开关管在较宽输入电压和负载范围实现软开关、高功率密度。该文分析了变换器的拓扑结构及工作模式,理论推导出变压器匝比取n_1:n_2=1:1即可获得高增益,减小了高频谐振变压器的体积和原边的谐振电流。此外,研究Buck-Boost电感L_b对变换器的软开关特性影响,给出了软开关实现的工作条件。搭建了一台低压侧适用电压20~80V、高压侧适用电压100~400V,双向功率600W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。