三相交错式大变比双向DC/DC变换器研究

针对传统双向DC/DC变换器变压比较小的问题,采用三相交错式拓扑结构,使变换器具有大变压比,可以实现Boost和Buck两种工作模式.在Boost模式的输入端将三个输入电感并联来减小电流纹波,输出端将三个分压电容串联来提升电压比;在Buck模式的输入端用分压电容串联的结构来提升降压比,输出端采用电感交错并联的结构来降低电流纹波.仿真结果表明,开关管的电压应力在这两种模式下均得到了降低.优化双向DC/DC变换器输入、输出端拓扑结构,可显著提高其变压比,降低开关管的电压应力.     

宽占空比交错控制的三绕组耦合电感DC/DC变换器

文章提出了一种新型交错连接三绕组耦合电感高增益DC/DC变换器。该变换器中,首先每个耦合电感的第二绕组分别与一个电容相串联构成准倍压单元,再与其原边绕组和主开关管S共同形成一相升压电路;其次每个耦合电感的第三绕组与该相开关管的钳位电容一起为另一相的准倍压单元进行充电,从而将两相电路进行交叉耦合;然后将耦合电感的原边进行交错并联。上述结构有以下优点:该变换器可以工作在较宽的占空比变化范围(0D1);每相电压和电流具有自动均分的功能;既能提高变换器的电压增益,又能降低功率器件的电压应力,同时具有灵活的高增益调整能力。笔者详细分析了所提变换器的工作原理,最后给出了实验结果以验证理论分析的正确性。     

基于耦合电感与倍压电容的高增益Boost变换器

针对目前新能源发电系统中的DC/DC升压变换器,普遍存在着输出电压低、开关管峰值电压大等缺点,提出了一种基于耦合电感与倍压电容高增益Boost变换器;该变换器引入耦合电感以及两个倍压电容提高了电压增益;所提结构有效吸收漏感能量,降低开关管电压应力和变换器的损耗,抑制开关管电压尖峰,实现开关管的零电流开通,并且利用耦合电感副边绕组漏感的能量解决了输出二极管的反向恢复问题;利用Matlab对所提变换器进行仿真实验,对变换器进行稳态分析,并得出变换器在不同输出功率下的效率。     

四电平浮动交错Boost DC/DC变换器研究

提出一种高升压比浮动交错四电平DC/DC变换器(Four-level Floating-output Interleaved-input Boost DC/DC Converter, FL-FIBC).该变换器不仅可以实现高升压比，显著减小变换器输入电流纹波，而且开关管承受的电压应力仅为输入电压和输出电压之和的1/6,对其拓扑结构及其工作原理进行分析研究，针对非交错导通方式下输出电压纹波大的特点，提出交错导通方式.通过在MATLAB仿真中搭建仿真，验证了所设计控制器的有效性.     

高升压DC/DC变换器的研究

提出了一种高升压DC/DC(简称HS)变换器,它利用一种特殊的结构来实现升压,这种升压结构是由两个电感、一个电容和两个二极管构成.将这种特殊的升压结构和双开关升压直流变换器相结合,就构成了HS变换器,通过电感电容充放电来实现升压功能.另外,本文还提出了(Repeated HS,Re-HS)和(Generalized HS,G-HS)变换器.分析了HS变换器在CCM模式下的电压增益,并对其电压增益、开关应力以及电流尖波进行了深入研究,并与其他电路进行了比较,对比分析验证了HS变换器具有高电压增益、低电压应力和低电流尖波的特点.通过搭建HS变换器的实际电路,验证了所提拓扑的正确性.     

耦合电感升压变换器开关管应力降低的研究

为了解决传统的升压电路拓扑因为受到寄生参数的影响而导致电压增益会受到极限占空比的限制,以及传统的耦合电感升压变换器由于漏感的存在而导致的开关管两端电压电流应力较大等一系列问题,在此提出一种新型的可用于光伏发电系统的、具有高增益和低电压电流应力的耦合电感升压变换器。该变换器在传统耦合电感升压变换器的基础上增加了由二极管、电感以及电容组成的无损吸收电路。由于耦合电感具有变压器效应,因此,相对于传统升压电路来说,耦合电感的这一特性,使电路中的电压增益有了较大的提高;由于电感具有抑制电流上升的作用,因此,开关管开通时,减轻了开关管的电流应力;在开关管S的两端并联由电感、电容以及二极管组成的无损吸收电路,有效吸收耦合电感升压变换器中的漏感能量,使得开关管两端的电压尖峰得到抑制,当开关管S彻底关断后,电容和电感通过副边绕组和输出二极管,将能量传递给负载,实现无损传输,进一步提升了电压增益。为了验证该新型耦合电感升压变换器的有效性,故在MATLAB/Simulink平台上搭建了该新型变换器和传统耦合电感升压变换器的仿真模型。通过对比2个模型的相应仿真波形,可以看出,相对于传统的耦合电感升压变换器,该新型变换器具有更高的电压增益,同时,开关管上的电压和电流应力也相对较小。     

应用于超级电容储能的开关准Z源双向DC/DC变换器研究

为了解决超级电容储能系统中超级电容升降压变换比较低以及输出电压波动较大的问题,同时在升压时提高充电速度,本文提出一种新颖的开关准Z源双向DC/DC变换器。该变换器添加了2个开关电容,升压过程中电压增益提升1/4,降压过程中降压系数减小1/5,并使开关管的电压应力降低1/5。论述了超级电容升压放电模式以及充电降压模式的工作过程,并设计了电压/电流双闭环升压控制策略,使输出电压波动小于0.98%,电感电流幅度减小0.82 A。同时设计恒电流转恒电压降压控制策略,提升9.26%充电速率。MATLAB仿真证明了所提变换器的特性和理论分析。     

高增益开关电感磁集成组合Boost-Zeta变换器

为解决新能源发电装置的输出电压较低问题,提出一种高增益DC-DC变换器.将Boost变换器和Zeta变换器进行集成组合,引入开关电感和磁集成技术,由此得到高增益开关电感磁集成组合Boost-Zeta变换器.对变换器进行理论推导与实验验证.基于磁集成技术,设计了3个电感器的耦合集成方案,有效减小了电感的电流纹波.研究结果表明:该变换器具有电压增益较高和电压应力较低的优势,具有良好的特性,可应用于非隔离型直流升压的场合.     

采用多输入DC/DC变换器实现对谐波和纹波的抑制

电子仪器和设备中的电源越来越广泛地采用开关方式的DC／DC变换器，以致于工频电源中高次谐波的含量增多，国际IEC对此作了限制．文中提出采用多输入的DC／DC变换器．抑制输入电流的高次谐波，获得良好效果用前馈控制和反馈控制相结合的办法，使输出电压的低频纹波，由单输人时的280mV左右降至80mV左右；同时使功率因数得到提高，从而降低了谐波失真系数．     

ZVZCS-PWM-FB DC/DC变换器的研究

采用了一种新颖的零电压零电流开关(ZVZCS)PWM全桥移相DC/DC变换器,通过增加一个隔直电容和一个饱和电感的方法实现了变换器的软开关.详细地分析了该变换器的工作原理及相关重要参数的设计.现场试验表明,该系统工作稳定,性能可靠,效率高,体积小,功率器件IGBT的损耗明显得到了降低.拖尾电流得到有效抑制.     

一种带输出谐振倍压的双电感隔离型Boost变换器

传统的燃料电池发电系统用DC/DC变换器拓扑主要是隔离型Boost变换器,其效率、增益和输入电流纹波都有一定瓶颈.为此,提出了一种新颖的带输出谐振倍压的双电感隔离型Boost变换器,变换器的输入侧采用双电感结构,输出侧采用谐振倍压结构实现了整流二极管的零电流关断.相比于传统的隔离型Boost变换器,所提出的拓扑的具有更小的输入电流纹波,同时变换器增益提高了1倍.给出了变换器的工作原理波形并进行了详细的模态分析,在此基础上完成了变换器的增益特性和输入电流纹波分析并给出了一种可行的变换器设计方法.最后研制了1台500 W的样机,满载效率为96.5%,样机实验结果验证了所提出拓扑的可行性和高效率功率变换的优点.     

一种隔离型双向软开关DC/DC变换器

针对双向DC/DC变换器存在的开关损耗高等问题,提出了一种新型的隔离型双向软开关DC/DC变换器。该变换器由对称的拓扑结构组成。在电感和变压器漏感的作用下,变换器中的开关元件能够在较大的负载范围内实现零电压开关,同时在脉宽调制的控制下,二极管实现了零电流关断。这些措施减小了开关损耗、电压电流应力以及电磁干扰。分析了工作原理和开关过程,研制了一台500 W的试验样机并进行了试验。试验结果证明:在轻载和重载的条件下,所有的开关管都能够零电压导通,同时二极管能够在电流为零(ZCS)的情况下自然关断。     

一种高增益低输出纹波电压的二次型Buck-Boost变换器

为提高变换器的电压增益,减小输出纹波电压及降低开关器件的电压应力,将传统二次型Buck-Boost变换器和电压倍增单元、低通滤波器相结合,提出一种改进二次型Buck-Boost变换器。分析该变换器在连续导电模式下的工作原理、开关器件的电压、电流应力及输出纹波电压。根据不同的标准与其它Buck-Boost变换器进行比较,通过对比表明所提改进二次型Buck-Boost变换器不仅具有较高的电压增益,在同等输出电压的情况下减小开关器件电压应力。最后,对改进的二次型Buck-Boost变换器进行建模,仿真和实验结果验证其理论分析的正确性及提高电压增益、减小输出纹波电压的可行性。     

交错控制双输入Buck变换器的工作模式及输出纹波电压分析

针对两路输入电压大小不等而导致交错控制双输入Buck变换器工作模式复杂、参数设计困难的问题,将变换器的两路输入电压分3种情况进行分析和讨论,并且建立了变换器工作于连续导电模式(CCM)和不连续导电模式(DCM)的临界负载、电感电流和输出纹波电压数学模型。研究发现,变换器的临界负载随两路输入电压压差的减小而增大,电感电流纹波及输出纹波电压随两路输入电压压差的减小而减小;当两路输入电压相等时,变换器的临界负载达到最大,电感电流纹波及输出纹波电压达到最小。最后搭建了双输入Buck变换器实验平台,并通过给定的3组输入电压进行实验分析,实验结果验证了变换器的工作模式以及输出纹波电压数学模型的正确性。研究结果可为交错控制方式的双输入Buck变换器的参数设计提供理论依据。     

高频PWM DC/DC 转换器设计

设计了一种基于2．5μm 40V双极工艺的高频低功耗的PWM升压型DC／DC转换芯片．采用了恒定频率、电流模式的控制结构以提供优秀的电源和负载稳压．同时内部的电流监视电路可以保护功率开关以及连接到芯片上的外部元件．通过对开关脉冲宽度的调节，加快了升压速度，减小了稳压状态的输出纹波，提高了转换效率．仿真结果表明，在2．7～12．0V的输入电压范围内，芯片的开关频率为1．2MHz，开关电流限制值为1．2A，转换效率可达85％以上．使用很小体积的外围元件就可获得满意的输出纹波，在很小的电路板面积上产生大电流输出，降低了电路尺寸和成本．     

加装超级电容的电动汽车DC/DC变换器设计

为满足加装超级电容的电动汽车对DC/DC变换器低压大电流、动态响应快的要求,选择了一种交错并联双向DC/DC变换器拓扑,其具有开关管电压应力低、输入电压与输出电压具有较大的变换比、输入电流与输出电流波纹小等优点.针对电动车在不同情形下系统的控制目标,设计了相应的控制器,并在Matlab/Simulink环境下构建控制器的仿真模型,对其性能进行分析.结果表明所选的拓扑结构及控制方法很好地达到了设计要求.     

基于改进型开关电感的级联准Z源逆变器

为了提高准Z源逆变器的升压能力,同时减小电容电压应力和输入电感电流纹波,结合具有高升压能力的改进型开关电感,用改进型开关电感替代级联型准Z源逆变器二级阻抗网络中的电感,提出了一种新型准Z源逆变器。分析了其拓扑结构和工作原理,仿真结果表明,与级联型准Z源逆变器相比,该逆变器具有升压能力强、输入电感电流纹波小、电容电压应力小等优点,验证了拓扑的正确性和可行性。     

ZV-ZCS DC/DC移相全桥变换器拓扑与设计

为解决传统DC/DC移相全桥变换器轻载零电压开通(Zero-Voltage Switching,ZVS)性能丢失与副边侧二极管严重的反向恢复问题,本文通过将传统DC/DC移相全桥变换器副边侧的滤波电感前移至原边侧,实现重载下原边侧全部开关管的ZVS特性,轻载下滞后桥臂开关管的零电流开通与关断(Zero-Current Switching,ZCS)特性.该拓扑可实现副边二极管的电流在重载下自然过零,轻载下进入电流断续模式(Discontinuous Conduction Mode,DCM),有效削弱二极管反向恢复问题.通过对该拓扑电流连续模式(Continuous Conduction Mode,CCM)与DCM模式进行详细分述,阐明ZV-ZCS特性的实现机理,通过建立该拓扑不同模式下的增益方程,推导关键参数的设计法则,最后通过PSIM仿真与2 kW的实验样机验证了该拓扑的性能与理论分析的正确性.     

一种新型高增益升压变换电路

为了将低压直流电源转换为所需的高压电源,提出了一种带耦合电感的新型高增益升压变换电路。将传统电感替换为耦合电感,且在开关管两边并联了由二极管和电容组成的升压模块,减小了开关管的电压应力和电流应力,提高了电压增益。在MATLAB中搭建了该新型升压变换电路的仿真模型。仿真结果表明:该新型升压变换电路具有更高的电压增益,且开关管的电压电流应力较小。     

新型开关-耦合电感二次型高增益Boost变换器

文章针对传统二次型Boost变换器升压能力有限,且开关管电压应力较大等问题,在原来的拓扑基础上变换了储能电容的位置,在保留传统二次型升压变换器优点的同时,使得储能电容的电压应力大幅度降低,减小了电容的体积和寄生电阻功率损耗;引入开关电感、耦合电感升压单元,增加变换器电压增益的同时,减小了开关管电压应力,实现了以较小的占空比获得较大电压增益输出;此外,引入无源漏感吸收回路,有效抑制开关器件两端电压尖峰的同时,将漏感能量回收,提高变换器的工作效率;并详细分析了变换器的工作模态和特性。仿真结果表明,该变换器具有更高的电压增益输出,且降低了开关管和储能电容的电压应力;仿真结果验证了理论分析的正确性和可行性。