一种新颖的耦合电感无源无损缓冲电路及其设计方法

无源无损软开关技术是一种通过附加无源器件实现开关管软开关的手段,因其控制简单易于实现,在工程应用中得到了广泛的应用。但传统无源无损软开关技术应用于大功率场合时,流入缓冲电路二极管的电流较大,造成了成本上升和散热困难等一系列问题。首先分析了传统无源无损软开关技术应用于大功率Boost变换器上存在的不足,随后提出了一种新型耦合电感无源无损缓冲电路以及该电路谐振元件参数的设计方法。该设计以避免谐振回路参与主电路的续流过程为主要思路,降低流过二极管与缓冲电感的电流,提升变换器的转换效率。通过设计一台15 kW的样机,验证了该缓冲电路的正确性与可行性。     

一种新型并联型零电流全桥DC/DC变换器

提出了一种新型的含并联辅助电路的零电流转换(ZCT)全桥DC/DC变换器拓扑结构。该变换器采用脉宽调制(PWM),通过在原边增加一个由电容和电感构成的并联有源辅助电路,在开关管状态发生变化时,控制辅助电路的谐振电流,实现了主开关管和辅助开关管的零电流开关(ZCS),也实现了输出整流二极管的软换流,使整流二极管承受的电压相对较低,即为输出电压,特别适合于开关器件为IGBT的高电压大功率场合,消除了IGBT拖尾电流引起的开关损耗,改善了电路性能。分析了变换器的工作原理及零电流开关的实现条件,给出了主电路拓扑结构和谐振网络相关参数设计。根据所选取的参数对主电路进行了仿真研究,结果验证了电路分析的正确性和可行性。     

一种软开关Buck电路的分析与设计

详细分析了一种适用于中大功率场合的耦合电感式无源无损缓冲电路的工作过程。该缓冲电路利用耦合电感的漏感与缓冲电容,在功率管开关过程中进行谐振,实现功率管零电流开通和零电压关断。给出了电路中谐振器件的详细设计方法。并据此设计了一台原理样机。最后给出了仿真和实验波形,结果表明该缓冲电路可在很宽的占空比范围内实现软开关,满载效率可达97.6%。     

一种新型无源无损软开关UPS充电拓扑研究

结合不间断电源(UPS)充电拓扑对称式结构与无源无损软开关技术的优点,提出了一种新型无源无损软开关充电拓扑。缓冲电路通过电感、电容、二极管等无源器件将开关瞬态的能量在一个开关周期转移到负载端或供电端。分析了电路的工作模态,给出了缓冲电路中电感、电容的参数设计方法。为验证该设计,搭建了一台6kWUPS充电样机。试验结果表明该拓扑较硬开关拓扑效率明显提高,主功率管较好地实现了零电流开通与零电压关断。     

耦合电感式无源无损缓冲电路的优化设计

耦合电感式无源无损缓冲电路利用耦合电感的漏感与缓冲电容,在功率管开关过程中进行谐振,实现功率管的零电流开通和零电压关断。为了尽量减小开关损耗,并保证可实现软开关的较宽占空比范围,根据功率管的损耗模型并结合缓冲电路实现软开关的条件,提出一种基于该缓冲电路谐振元件参数的优化设计方法。采用该方法设计的耦合电感式无源无损缓冲电路不受最小电压应力无源无损缓冲电路中谐振元件参数的限制,拓宽了软开关的占空比范围,提高了效率。通过一台240W的带有该缓冲电路的Buck变换器原理样机,验证了理论分析和设计的正确性。     

结构简单的谐振极型零电流软开关逆变器

针对谐振极型零电流软开关逆变器的拓扑电路的辅助开关较多所导致的逆变器体积大、成本高、效率低以及控制策略复杂等问题,提出一种结构简单的谐振极型零电流软开关逆变器拓扑电路,逆变器的每一相仅使用了1个辅助开关、1个谐振电感、1个谐振电容和2个辅助二极管来完成电路谐振。因此,该拓扑电路可以减小逆变器体积,降低成本,简化控制策略和提高效率。分析了逆变器在不同模式下的工作原理,给出了软开关实现条件和实际参数设计过程,建立了辅助电路功率损耗的数学模型。制作了一台2 k W的单相实验样机和一台6 k W的三相实验样机,实验结果表明该逆变器的主开关和辅助开关器件都可以实现零电流软开关。该软开关逆变器可以降低损耗和提高效率。     

新型零电流转换移相全桥DC/DC变换器

提出了一种新型零电流转换(ZCT)移相全桥DC/DC变换器拓扑。该变换器通过在原边增加一个由电容和电感构成的有源辅助电路,在开关管状态发生变化时,控制辅助电路的谐振电流,可实现主功率开关管和辅助开关管的零电流开关(ZCS),消除IGBT拖尾电流引起的开关损耗,同时减小了二极管的反向恢复损耗。辅助电路结构不会增加开关管的导通损耗,还能一定程度上克服传统零电压开关(ZVS)全桥变换器原边环流损耗大和占空比丢失严重的缺点。详细分析了该新型全桥变换器的工作原理以及实现零电流开关的条件,给出了主电路拓扑结构及相关参数选取,根据所选取参数对主电路进行仿真研究,给出了主要仿真波形,结果验证了电路分析的正确性和设计的可行性。     

一种无源无损缓冲电路的工程设计方法

介绍了一种具有较强工程实用价值的无源无损缓冲电路的工作过程,它利用辅助电感和辅助电容在主功率管开关过程中进行谐振,为开关管提供零电流开通(ZCON)和零电压关断(ZVOFF)条件,实现了软开关。详细讨论了这种缓冲电路的工程设计问题,提出一种基于缓冲电路损耗最小的优化设计方法。搭建了一台400V输入、110V/10A输出、开关频率为100kHz的带有该无源无损缓冲电路的Buck变流器样机,以验证无源无损缓冲电路的设计,并给出了实验波形和效率曲线。实验结果表明,缓冲电路有效地降低了开关管的电流和电压应力,抑制了主二极管反向恢复过程,变流器效率提高了约2%。实验中测得变流器的最高效率为95.2%。     

一种新型零电压转换三电平Buck变换器的研究

提出一种基于零电流转换(ZCT)的新型三电平Buck变换器拓扑.与传统Buck硬开关相比,此拓扑增加了一组由辅助开关管、谐振电感以及谐振电容组成的辅助支路,在开关占空比一定范围内可调的情况下,实现了功率开关管和辅助开关管的零电流开关(ZCS),同时实现主二极管的软换流.由于三电平自身的特性,主功率管的电压为输入电压的一半,适合于高电压大功率场合.在分析该变换器的工作原理基础上,研究了其工作特性,讨论和分析了主开关管实现ZCT的条件.基于Saber仿真软件验证了电路分析的正确性和设计的可行性.     

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。     

新型无源无损软开关boost变换器研究

软开关技术能够有效改善功率开关管的工作环境,降低开关损耗,提高变换器的效率。该文分析和实现了一种最小电压应力的无源无损软开关boost变换器。其无源无损软开关电路仪由电感、电容和二极管组成。它利用电感和电容的谐振工作实现能量的传递,并将开关瞬态的能量在个开关周期内转移到负载端,从而实现无源无损软开关。文中对电路的各种工作模态进行了详细分析,并给出了软开关环节中的参数设计方法：250W的样机实验表明,该变换器实现了主功率开关管开通时的零电流开通和关断时的零电压关断,开关管上的电压应力最小,其值与输出电压相等。具有较为广阔的应用前景。     

一种新颖的耦合电感MVS无源无损缓冲电路

研究了一种适用于大功率Buck变换器的带耦合电感的最小电压应力(Minimun Voltage Stress,简称MVS)无源无损ZCS开通缓冲电路,它利用耦合电感的漏感与谐振电容在功率管开关过程中进行谐振,实现软开关。分析了变换器的工作模态,给出了软开关环节中耦合电感和谐振电容的参数设计方法,并搭建了150 W实验样机。实验结果表明,该结构实现了功率开关管ZCS开通和近似ZVS关断,抑制了功率二极管的反向恢复过程,减小了开关损耗,提高了变换器的效率。     

一种新型三相无源软开关逆变器

为提高逆变器的转换效率,提出一种新型的无源软开关逆变器的拓扑结构,在电路中采用紧密耦合在同一铁芯上的电感来回馈能量,同时该耦合电感也作为零电流开通电感;利用谐振电感和谐振电容的谐振来实现零电压关断。该无源软开关逆变器通过拓扑结构中的储能元件,在死区时间内,输出相电流可以续流,降低死区的影响,减小输出相电流在低频时的畸变率。对其工作原理进行分析,给出不同工作模式下的等效电路图、相应的电路解析和回路的参数设计方法。通过仿真和实验,验证了该原理的正确性。     

一种新型零电压零电流开关三电平DC/DC变换器的研究

该文介绍了一种新型的带有简单辅助电路的零电压零电流开关（ZVZCS）三电平DC/DC变换器，它的辅助电路不含耗能元件和有源开关，可实现超前管的零电压开通和滞后管的零电流关断。耦合电感取代了常规滤波电感，它所感应出的电压由功率变压器反射到初级，使得变换器在零状态时的循环电流减小到零。通过改变耦合线圈的匝数比，可以任意设置用于电流回零的电压幅值的大小，调节电流回零的时间。文中介绍了该变换器的工作原理，讨论了设计参数。通过实验验证，该电路具有辅助电路简单、效率高、整流二极管承受的电压低和环流自动调节等优点，适用于高电压、大功率的应用场合。     

基于磁耦合的CCM PFC无源无损缓冲电路

提出了一种新型的基于磁耦合的无源无损缓冲电路,该电路能有效抑制主二极管的反向恢复电流,减小开关管开通期间电压和电流的交叠面积,进而提高功率因数校正的效率和减小电磁干扰。缓冲电路中的缓冲电感和电容通过谐振方式进行能量的无损吸收和传递,耦合绕组使得缓冲电感能量复位的条件更容易满足,且缓冲网络并未引入开关管额外的电压应力。详细介绍了缓冲电路的工作原理和关键的无源元件参数设计方法。500 W样机的关键测试波形和效率对比测试结果表明该缓冲电路具有高效率的优点。     

基于饱和电感的DC/DC开关变换器特性分析

移相全桥DC/DC变换器以其电路结构简单、开关损耗小、控制方便等优点在许多中大功率场合中得到了普遍的应用,但该变换器存在滞后桥臂换流困难、占空比丢失等问题,导致电路环流损耗增加,降低了变换器效率。针对以上问题,设计了一种基于饱和电感的DC/DC开关变换器。在分析变换器电路工作过程的基础上,讨论了饱和电感对电路局部谐振的影响,给出了饱和电抗器设计方法。最后通过实验验证了理论分析的正确性和可行性,实现了滞后桥臂的零电流开关,降低了环流能量,提高了DC/DC变换电路的效率。     

三相大功率无源软开关逆变装置及其性能评价

为了提高逆变器的转换效率,提出了一种新型的无源软开关逆变器的拓扑结构。在电路中采用紧密耦合在同一铁心上的电感来回馈能量。同时该耦合电感也作为零电流开通电感,另外利用谐振电感和谐振电容的谐振来实现零电压关断。该无源软开关逆变器通过拓扑结构中的储能元件,在死区时间内,输出相电流可以续流,降低了死区的影响,减小了输出相电流在低频时的畸变率。对其工作原理进行了分析。给出了不同工作模式下的等效电路图。相应的电路解析和回路的参数设计方法,制作了一台驱动永磁同步电机的14kW逆变器装置。实验结果验证了该软开关逆变器的有效性。     

改进型零电压转换PWM软开关功率变换器的实现机理分析

为改进传统谐振缓冲功率变换器(RSI)应用于高精度场合纹波较大的问题,提出一种改进型零电压转换(ZVT)脉宽调制(PWM)软开关功率变换器。通过LC环节减小输出电流纹波,并采用负载分段实现软开关的方式。轻载下利用交变的滤波电感电流实现主开关器件的零电压开通,重载下通过合理的导通谐振回路实现软开关,同时辅助开关器件实现零电流开关。该拓扑可采用PWM控制,具有效率高、纹波噪声小和开关频率固定的优点。通过分析电路的实现机理,对各工作时区进行解析计算,并给出实现软开关的条件。最后通过实验,在200kHz的开关频率下,验证了电路的有效性。相比于硬开关,效率得到了很大的提升,而相比于RSI在效率上虽有降低,但输出噪声却大幅减小。     

一种最小电压应力的无源无损软开关技术

电力电子变换器开关频率的提高,减小了变换器的体积,提高了功率密度,但同时也增加了变换器的损耗。软开关技术能够有效改善功率开关管的工作环境,降低开关损耗,提高变换器的效率。本文探讨和实现了一种最小电压应力的无源无损软开关拓扑结构。该结构由电感、电容和二极管组成。它利用电感和电容的谐振工作实现能量的传递,并将开关瞬态的能量在一个开关周期内转移到负载端,从而实现无源无损软开关。文中对电路进行了工作模态分析,给出了软开关环节中电感和电容的参数设计方法,并搭建了一个功率为250W 的实验样机,对理论分析进行了验证。实验结果表明,该结构实现了主功率开关管开通时的零电流开通和关断时的零电压关断,开关管上的电压应力最小,其值与输出电压相等。     

基于双次级无损箝位的大功率DC/DC变换器

研究了一种适用于高压大功率场合的新型双次级箝位全桥变换器拓扑,该拓扑通过移相控制实现H桥超前桥臂的零电压开关(ZVS),并通过新型低漏感高频变压器尽量减小滞后臂的损耗及对次级的影响;采用双变压器结合次级无源无损箝位吸收电路的拓扑结构,可以有效限制次级整流电压过冲、降低应力、减少损耗、提高效率并增强可靠性.理论分析和实验结果验证了该拓扑在高压大功率应用场合的优越性.