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。     

PWM控制的双向LLC谐振变换器

针对能源互联网和电动汽车等所需储能系统,提出一种具有宽输入和宽输出电压范围的双向谐振变换器。该变换器是在双向LLC谐振变换器拓扑结构的基础上,通过在二次侧加入辅助开关构成。变换器采用定频控制方式,利用一次侧全桥-半桥之间的切换配合二次侧辅助开关的脉宽调制(pulse width modulation, PWM),以实现宽增益变换,可以应用在电压增益有4倍变化的场合。所提变换器在工作过程中功率器件均工作于软开关状态,有利于提高变换器效率,采用定频控制有利于变压器的设计。对变换器的正反向工作原理和调制策略进行了详细分析,最后搭建了一台最大功率为3kW的实验样机,实现了400V直流母线与105～420V的蓄电池组之间的双向功率变换,完成了系统实验。实验结果验证了该变换器可实现双向功率变换,并且具有宽电压增益和高效率。     

宽电压范围双移相控制多倍压高增益软开关隔离升降压变换器

提出一种适用于宽电压范围、低电压输入应用场合的多倍压高增益软开关隔离升降压变换器及其控制方法。通过将倍压型双有源桥变换器与倍压整流电路相结合,实现了高增益隔离升降压变换。通过采用双移相控制策略,使得一次、二次侧开关管能够在宽电压和宽负载范围内实现软开关,且二极管都可以实现零电流关断、无反向恢复损耗。变压器漏感可以作为能量传输电感的一部分,不存在漏感引起的电压尖峰问题,且一次侧开关器件的电压应力钳位在输入电压,二次侧开关器件的电压应力仅为输出电压的一半,器件电压应力低。详细分析了变换器的工作原理、控制策略和特性,实验验证了所提出拓扑及其控制方法的正确性和有效性。     

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。     

用于微电网储能装置的新型双向变流器

双向变流器作为储能装置和高压直流母线的接口,是微电网中必不可少的组成部分。为了更好地解决微电网的功率不平衡问题,提出一种用于微电网储能装置的新型双向变流器。在高压侧将三电平电路集成到一对交错半桥双向电路中,可以同时实现电压增益高和器件应力低;在低压侧采用两相交错的方式,能有效减少储能侧的电流纹波,并使内置变压器两侧电压匹配,从而减小循环电流;采用移相控制策略,实现对功率流动的控制。最后,设计了一台低压侧电压40～60 V、高压侧电压400 V、额定功率1 kW的样机进行实验验证,理论分析结果与实验结果一致地证明了所提出变流器的可行性。     

一种三相交错并联双向传输CLLLC谐振变换器

针对电动汽车OBC(On Board Charger)在进行充放电时,需要DC/DC变换器同时具备大容量和双向功率传输的性能,提出了一种能够双向功率传输的三相Y-Δ型交错并联结构的CLLLC型DC/DC谐振变换器.它兼顾了多相交错并联结构的大容量特性和CLLLC结构的双向功率传输能力.该结构高压侧为Y型交错并联,低压侧为Δ型交错并联,实现较小的变压器原、副边匝比,同时使各相间自动均流.对CLLLC结构在高、低压侧谐振腔不完全对称情况的增益特性进行了分析,给出了该拓扑的参数设计方法.选取了一组参数,其可以通过变频控制在高压侧得到最高两倍的电压增益.最后通过一台频率200 kHz功率1.5 kW的实验样机进行验证,证明该型拓扑结构和其参数设计方法的可行性.     

三电平电流型推挽双向DC/DC变换器及工作特性分析

储能DC/DC变换器需要解决电池侧电流纹波和宽电压范围问题。本文研究了一种可用于电能路由器储能环节的三电平电流型推挽式双向DC/DC变换器，具有高增益、电流纹波小和宽输入电压范围的特征。以传输电感两端电压匹配为原则研究了采用脉冲宽度调制(PWM)加移相控制下的工作机理，深入分析了正向和反向工作模式。研究了占空比、桥间移相比和桥内移相比对功率传输的影响以及不同模式下的系统性能，以实现变换器的高效率功率传输。通过建立各功率管开通时刻的瞬态等效电路深入研究了功率管寄生电容、变压器励磁电感对实现软开关的影响。推导出开通时刻的准谐振方程，从而得到功率管实现软开关的条件，为参数优化设计奠定了基础。在3 kW实验平台上进行了实验研究，实验结果验证了理论分析的正确性。     

一种适合宽范围输出的双向DC-DC变换器

提出一种适合宽范围输出的双向DC-DC变换器。该变换器结构与传统LLC双向DC-DC变换器类似,但通过开关管复用以及将谐振电感增加绕组复用为一个反激变压器,构造了多种工作模式。变换器采用PWM调制,正向功率传输时有中、低两种电压增益模式,反向功率传输时有高、中、低三种电压增益模式,所有模式中均可实现全负载范围内的软开关状态。对各模式的工作原理、增益公式推导进行了详细的描述。最后以满足4-5节12 V蓄电池的充放电为前提,给出变换器设计和控制方法,并搭建了相应参数的实验样机。实验结果验证了该变换器分析的有效性。     

一种交错并联高增益软开关DC-DC变换器

提出了一种应用于新能源发电系统中的交错并联高增益软开关DC-DC变换器。该变换器采用交错并联结构,利用耦合电感与二极管电容网络相结合,以提高电压增益,引入ZVT辅助电路,实现了两个主开关管零电压软开关和一个辅助开关管的零电流软开关。变换器具有低输入电流纹波、高电压增益、高效率和低电压应力等优点。详细介绍了变换器的工作原理、电压增益特性、开关器件电压应力等。最后,搭建了一台200W的实验样机验证了理论分析的正确性。     

储能系统双向隔离直流变换器新型控制策略

为了实现高压接入低压输出储能系统中三相双向隔离直流变换器的高效应用,设计了一种新颖的控制策略。三相直流变换器中隔离变压器采用星三角连接可减少高压侧电压应力和低压侧电流应力。新方案利用开关频率控制调节直流变换器输出电压,并在高于开关频率点后,结合使用了一种谐振电路的移相算法,以减小特定功率下的开关频率范围。同时,对全功率...     

Bidirectional isolated three-phase dc-dc converter using coupled inductor for dc microgrid applications

The main objective of this project is to study the analysis and design of an isolated three-phase bidirectional dc-dc converter connected to the dc microgrid system. The proposed topology achieves efficient power conversion with a wide input voltage range, continuous input current, and bidirectional operation. In forward mode operation, the topology acts as a three-phase push-pull converter to reach a step-up voltage conversion ratio (90 to 450 V ). In backward mode operation, the converter acts as an interleaved flyback converter to provide a step-down voltage conversion ratio (450 to 90 V ). Over and above that, in both operation senses, the dc voltage gain is presented. The main advantages of this topology are high-switching frequency, the three-phase transformer that provides galvanic isolation between the dc voltage link bus to the battery or ultra-capacitor storage, and input/output filters size reduction. Besides, a fewer number of power switches, the frequency of output voltage, and input current ripple are three times higher than the switching frequency. The three active switches are connected to the same reference, which simplifies the gate drive circuit. Ultimately, the theoretical analysis of the proposed topology is carefully confirmed with the experimental results of the 4 kW converter prototype.     

一种新型的零电压开关双向 DC-DC变换电源

介绍了用于中小功率的双向DC-DC变流装置,它能将直流电压从24 V提升到240 V,也可以将240V直流电压变换成24 V.在变流器的两个桥式电路中间使用一个隔离变压器,在不增加电路器件的情况下,实现电能的双向传递,变流器通常工作在降压方式,主直流电源来自交流或燃料电池,主电源向负载提供电能的同时向蓄电池充电,在主直流电源故障的情况下,蓄电池替代主直流电源,向负载供电.使用适当的控制策略,实现元件的零电压开关.在对电源系统的工作原理进行理论分析的基础上,对其进行了仿真和实验验证,证明系统具有转换效率高、性能稳定和电路简单等特点.     

基于模式切换的固态变压器多直流电压平衡控制方法

能源互联网通过固态变压器整合分布式可再生能源,但是容易出现不同H桥模块间电压失衡、直流变换效率低以及能耗高的问题。因此,研究基于模式切换的固态变压器多直流电压平衡控制方法,分析固态变压器中的负责能量传递的双移相桥隔离型双向直流变换器损耗分布情况,为直流变换器效率优化提供分析依据,通过移相控制模式和梯形电流控制模式间的合理切换控制,提高直流变换器效率,实现固态变压器中双向直流变换器全功率范围内的损耗最佳控制,在此基础上,通过单相任意单元数级联H桥固态变压器的SVPWM算法,解决变压器的模块级联H桥型固态变压器出现不同H桥模块间的均压问题,实现变压器多直流电压的平衡控制。结果表明,该方法对固态变压器多直流电压平衡后,使得变压器电网电流谐波小,固态变压器AC／DC的3H桥电容电压达到了平衡状态,固态变压器直流母线端口电压以及低压直流端口电压稳定,达到平衡状态。     

A novel single‐stage AC–DC converter with quasi‐resonant zero‐voltage‐switching for high power factor and high efficient applications

A new single‐stage‐isolated ac–dc converter that can guarantee both high efficiency and high power factor is proposed. It is based on a new dc–dc topology that has prominent conversion ratio similar to that of boost topology so that it is adequate to deal with the universal ac input. In addition, since it utilizes the transformer more than others based on the general flyback topology, the size of whole power system can be reduced due to the reduced transformer. Moreover, the voltage stresses on the secondary rectifiers can be clamped to the output voltage by adopting the capacitive output filter and clamp diode, and the turn‐off loss in the main switch can be reduced by utilizing the resonance. Furthermore, since this converter operates at the boundary conduction mode, the line input current can be shaped as the waveform of a line voltage automatically and the quasi‐resonant zero‐voltage switching can be obtained. Consequently, it features higher efficiency, lower voltage stress, and smaller sized transformer than other topologies. A 100 W prototype has been built and tested as the validation of the proposed topology. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于超导储能型脉冲变压器的脉冲电源放电研究

为了实现超导电感磁储能脉冲电流输出,本文针对一种基于超导储能型脉冲变压器的脉冲功率输出模式展开研究.该模式使用非线性电阻作放电电阻.根据非线性电阻的特性,本文结合仿真研究了非线性电阻转变电压对系统能量转换效率的影响,并通过与线性电阻比较了使用非线性电阻的优势.仿真结果表明这种脉冲功率电源模式是可行的,通过选择合适的非线性电阻的转变电压,可以在当前技术条件下获得较高的脉冲电流输出和较高的能量转换效率.     

120kW电池储能系统双向DC/DC变换器的研究

在电池储能系统(BESS)单级PCS基础上引入双向DC/DC变换器(BDC),实现多路电池组的并联运行。根据大功率场合及储能电池充放电特点,对120 kW电池储能系统中的BDC进行了设计。阶段式充放电模式及双闭环控制策略为储能电池组提供了安全、灵活、可靠的充放电解决方案。仿真结果表明:所提出的控制策略具有较高的控制精度,系统具有理想的直流纹波系数。     

基于SVPWM技术的双向蓄电池充放电系统设计

针对传统蓄电池充放电系统采用直流开关电源加电阻箱以及晶闸管相控等的缺点,设计了一种可双向工作、且高效率、高功率因数的系统。该系统主要由三相VSR和DC/DC变换器两部分。当需要对蓄电池充电时,DC/DC变换器就工作于降压方式,将VSR输出电压降为合适的电压对蓄电池充电;当蓄电池需要放电时,DC/DC变换器就工作于升压方式,将蓄电池能量通过VSR逆变,再经变压器升压和滤波后回馈电网。最后通过设计的样机进行测试。结果表明,能根据需要实现充放电状态或者人工进行转变,特别在实现能量双向流动的同时,网侧电流波形得到正弦波控制和网侧功率因数接近1。     

锂电池/超级电容混合动力系统及控制策略

混合动力轻轨车(Hybrid Light Rail Vehicle,HLRV)以锂电池作为主动力源,超级电容作为辅助动力源,具有良好的技术性与经济性。提出锂电池与超级电容分别通过Buck/Boost双向变换器并联于直流母线侧的储能主电路结构,以实现功率的双向调节并提高超级电容器利用率。为了提高系统输出功率以及减小电流纹波,采用三相交错并联结构。针对锂电池响应速度慢的问题,提出了超级电容响应负载变化,锂电池响应超级电容低频分量的间接功率控制策略。仿真结果验证了该系统以及控制策略的正确性。     

基于LPCT的激光供能电子式电流互感器

介绍的基于铁心、线圈式低功率电流互感器(LPCT)的激光供能高压电子式电流互感器,克服了空心线圈测量精度易受温度和制作工艺影响的缺点.首先描述了LPCT的测量原理和互感器的结构.互感器的一次转换器能够提供两路传感器数据通道,并且具有温度补偿和高压侧采集通道自校正功能,在较宽温度、较大电流范围内保证了极高的测量精度;二次转换器具有数字和模拟接口,可以接受数据并发送命令控制一次转换器,包括同步和校正命令在内的数据信号可以通过同一根供能光纤传送到一次转换器.互感器还提供一些在线监测功能,这种预防性的维护和自检测功能能够提示维护或提出警告,提高系统的可靠性.系统测试表明:具有低功耗光纤发射驱动电路的一次转换器平均功耗在40mW以下;上行光纤中通信波特率可以达到200kb/s,下行光纤中更是高达2Mb/s;系统准确度同时满足IEC6044-8标准对0.2S级测量和5TPE级保护电子式互感器的要求.