输入并联输出串联AC/AC变换器的研究

传统两电平AC/AC变换器的开关管电压应力高,输出电压和输入电流谐波含量较高。针对此问题,基于多模块串并联组合变换器的相关技术,提出了一种输入并联输出串联(IPOS)电流源高频交流环节AC/AC变换器。为保证该变换器的正常工作,研究并提出了一种均压控制策略。此控制策略实现了该变换器在4种工作模式下的输出均压和输入均流。实验结果验证了该变换器的工作原理和控制策略的正确性,该变换器适用于较低输入电压和较高输出电压交流电能变换场合。     

输入并联输出串联变换器系统的控制策略

将多个直流变换器模块在输入侧并联和输出侧串联,得到输入并联输出串联直流变换器,它可以降低开关管的电流应力和输出整流二极管的电压应力,适用于高输出电压、大功率的场合.为了保证该变换器的可靠工作,必须确保各模块的输出电压均衡.本文从能量守恒的角度出发,揭示了该变换器中各模块的输出均压和输入均流之间的关系,指出可以直接控制各模块的输出电压以使它们均衡,也可以采用输入均流控制来实现输出均压.提出一种新的输出均压的控制方法,它对系统输出电压控制闭环没有影响.同时采用交错控制,可以有效减小输入滤波电容和输出电容.论文最后给出了仿真和实验结果,验证了该方法的有效性.     

输入串联输出并联的直流变换器控制策略研究

输入串联输出并联型直流变换器能降低开关管的开关应力,适用于高输入电压、大功率的直流变换场合。为了保证该变换器的可靠工作,必须确保其输入分压电容均压和输出电流均流。文中首先从能量的角度出发,分析了输入串联输出并联型直流变换器的输入均压和输出均流之间的关系,指出输出均流控制不能保证输入均压,而输入均压控制可以确保输出均流;然后提出一种新的输入均压的控制方法,在保证输入均压和输出均流的同时,该方法可以实现输入电压的均压控制与输出电压的调节相解耦,有利于分别独立设计各个输入电容电压和输出电压的闭环控制,同时交错控制下的电流纹波抵消效应使输出滤波电容得到了减小;仿真和实验结果验证了该方法的有效性。     

一种输入低压大电流/输出高电压高频组合式直流变换器

针对飞机航空电源高可靠性和高功率密度的要求,提出并采用了一种输入低压大电流/输出高电压的组合式变换器.该组合式变换器以双管正激变换器为基本构成单元,输入端同时采用电路模块并联和功率开关管并联方式来提高输入导电电流能力,输出端采用电路串联的方式来提高输出电压能力.由于采用交错并联(interleaving)控制技术、以及利用功率MOSFET导通电阻的正温度系数特性,组合式变换器除具有双管正激变换器的内部桥臂抗直通能力强的优点外,还具有所有功率开关管自然均流、输入输出电压增益高、输出端二极管电压应力低、以及输入和输出滤波器体积小重量轻等特点.本文对该组合式变换器拓扑进行了详细的分析和仿真,并应用于某型号航空电源.     

改进型三态开关交错并联高增益DC/DC变换器

研究了一种改进型三态开关高电压增益变换器。在输入并联-输出串联交错控制变换器基础上,将耦合电感初级引入变换器输入端,有效抑制输入电流纹波,实现输入电流自动均流的效果;两个耦合电感的次级与电容、电感构成电压倍增单元串联接入输出端,进一步提升变换器电压增益。该拓扑结构中两个串联的输出电容,既能回收再利用耦合电感的漏感能量,又能箝位开关管的漏源电压,减小开关管的电压应力,有利于选取低电压等级、低导通阻抗的开关器件,有助于减小功率管的导通与关断损耗。通过合理的漏感设计有效抑制了二极管的反向恢复问题,实现开关管零电流开关(ZCS)导通降低开关损耗。详细分析了所提变换器的工作原理与稳态工作特性,实验结果验证了理论分析的正确性。     

一种输入端自然均流/高电压增益组合式变换器研究

针对航空电源高可靠性和高功率密度的要求,本文提出了一种新颖组合变换器.该组合变换器以双管正激变换器为基本构成单元,具有输入端自然均流、高频变压器一次侧无桥臂直通现象、输入输出电压增益高、高频变压器二次侧输出续流二极管电压应力低、以及控制上保证输入端交错并联而输入和输出滤波器体积小等优点.本文对新颖组合变换器进行分析和仿真,表明该变换器适合应用于输入中高电压、输出高电压和大电流场合;最后成功应用于某型号航空电源,各项技术指标均达到设计要求.     

输入串联输出并联全桥变换器的均压均流的一种方法

该文分析了输入串联输出并联的双全桥变换器输入不均压输出不均流的原因；提出了一种具有三个闭环的交错控制策略，均压环的输出分别校正两个电流内环的给定值，使输入电压高的模块输出电流变大，输入电压低的模块输出电流变小，从而实现该变换器输入电压均分和输出电流的均流；同时交错控制下的电流纹波抵消效应使输出滤波容得到了减小，论文最后给出了仿真和实验结果，以验证该方法的有效性。     

极端条件下输入串联输出并联直流变换器均压控制策略

输入串联输出并联直流变换器十分适用于高输入电压、大功率的直流变换场合.要保证该变换器正常工作,就必须保证输入电压均压与输出电流均流.然而现有的控制策略在轻载以及短路等极端情况下无法实现均压,导致模块间不平衡工作,甚至损坏输入电压过高的模块.本文首先从能量的角度出发分析极端条件下不均压的原因,然后对输入均压控制策略进行改进,改进方案在保留原有控制策略优点的同时,实现了轻载时的输入均压以及短路时的模块输出电流限流.在此基础上,进一步提出一种功率可调的辅助电路,对改进的控制策略进行补充,简单有效地将模块输入电压抑制在允许范围内.实验结果验证了控制策略以及辅助电路的有效性.     

组合双向升压直流变换器型高频链逆变器

提出了一类组合双向升压直流变换器型高频链逆变器电路结构与拓扑,它由两个隔离双向升压型直流变换器输入侧并联、输出侧反向串联构成。深入研究了互补和独立两种电压瞬时值反馈控制方案及关键电路参数设计准则等。研究表明,采用互补控制时占空比变化范围小、副边功率开关电压应力小、输入电流和输出电压纹波小等特点;采用独立控制时占空比变化范围大、副边功率开关电压应力大、输入电流及输出电压纹波大等特点。研制了单端式500VA 18-32VDC/115V400HzAC互补控制逆变器样机,给出了样机测试结果。     

输入串联输出并联全桥变换器均压均流的一种方法

本文以输入串联输出并联全桥变换器为例．分析了该变换器输入分压电容不均压和输出不均流的原因；提出了一种具有三个闭环的交错控制策略，均压环的输出分刖校正两个电流内环的给定值．使输入电压高的模块输出电流变大，输入电压低的模块输出电流变小．从而实现该变换器输入分压电容的均分和输出的均流．而且．交错控制下的电流纹波抵消效应使输出滤波电容得到减小，文中最后给出了仿真和实验结果．以验证本方法的有效性。     

输入串联输出并联直流变换器建模与解耦控制

输入串联输出并联直流变换器系统(Input-Series Output-Paralleled，ISOP converter)十分适用于高输入电压大功率场合。每个DC-DC模块输入电压均分、输出电流均流是其正常工作的关键。本文提出的一种新颖的输入均压控制方法，在确保模块输入电压均分、输出电流均流的同时，使得控制各个模块输入电压的同时不影响输出电压的调节，有利于分别独立设计输入电压控制闭环和输出电压的控制闭环。本文选择全桥(Full Bridge，FB)变换器作为基本的DC-DC模块，建立了FB-ISOP小信号数学模型，基于该控制方案将整个FB-ISOP解耦为多个单输入单输出的控制闭环。并以两个全桥输入串联输出并联为例，给出了闭环调解器的设计方法。论文最后给出了实验验证。     

输入串联输出并联逆变器的集中式均压控制策略

输入串联输出并联逆变器可将小功率模块组合后,用于高电压输入、大电流输出的交流供电场合.本文提出了一种集中式均压控制策略,解决系统的输入均压和输出均流问题.其中输出电压环和输入均压环集中设计在一起,共同给系统中各模块提供控制信号.各模块具有独立的电流环和主电路.输入均压环通过调整各模块的电流环给定信号,使输入电压高的模块输出电流增加,输入电压低的模块输出电流减少,从而实现了两模块的输入均压.在输入均压时各模块电流环的给定信号相同,同时实现了输出的均流.文中对所提控制策略进行了分析,并根据解耦的思想,给出了控制系统设计的方法.最后进行实验验证,并给出实验结果.     

输入串联输出并联的双全桥变换器输入电容均压问题的研究

高输入电压的变换器可以采用一种输入串联输出并联的拓扑。ISOP拓扑的关键问题是输入电容的动态均压。该文提出对两个输入电容的压差进行检测,通过输出电压反馈和压差前馈方式实现均压的新控制方式。为提高动态响应特性,高频变压器采用了两原边两副边四绕组共铁芯的磁集成结构,分析了这种结构的工作原理。同步信号保证双全桥中的开关器件能够实现ZVS。控制策略上采用了电压环、压差环和限流环的三环控制方式。这种结构与控制方式可以保证将低压IGBT安全可靠地用于高输入电压的工况下,而且保证有良好的动态均压效果。给出了小信号模型和PID控制的仿真结果。制作了一台样机以验证理论分析。实验结果表明所采用的方法使变换器具有良好的动态均压与负载均分特性。     

模块化输入串联输出独立辅助电源系统及其输入均压控制策略

提出一种模块化辅助电源系统,可用于对输入串联输出并联(ISOP)或输入串联输出串联(ISOS)主电路系统各模块进行供电。电源采用输入串联输出独立的连接方式,采用这种连接方式的辅助电源系统能够使各模块集成到主电路系统各模块当中。针对ISOI系统所面临的输入均压问题,提出一种新型主从式输入均压控制策略,该策略可以使ISOI系统各个模块在控制上无互联,真正实现了组合系统的模块化设计且控制器设计过程简单。分析该控制策略的稳定性,给出控制器的设计过程并讨论系统各模块输出电压之间的关系。最后通过一台辅助电源样机验证了所提系统结构及控制策略的有效性。     

一种高压宽范围输入辅助电源的设计

基于输入串联输出并联(ISOP)变换器和多路输出反激变换器,提出了一种应用于中大功率系统的辅助电源.该电源采用一种初级电流反馈的输入均压输出均流的控制方法,保证了输入电压均压与输出电流均流,提高了初、次级电路之间的绝缘等级,省掉了光耦.分析了电源系统的控制方法和变压器的设计等问题,实验结果验证了控制和设计的正确性.     

Analysis and Implementation of an Interleaved ZVS Converter with High Input Voltage

An interleaved half‐bridge converter is presented for high input voltage application. The features of the proposed converter are zero voltage switching (ZVS) turn‐on for all active switches, ripple current reduction at output side, load current sharing and load voltage regulation. Two half‐bridge converters connected in series and two split capacitors are used to limit the voltage stress of each power switch at one‐half of input DC bus voltage. Thus, active switches with low voltage stress can be used at high input voltage application. On the other hand, the output sides of two half‐bridge converters are connected in parallel to share the load current and reduce the current stresses of the secondary windings and the rectifier diodes. Since two half‐bridge converters are operated with interleaved pulse‐width modulation (PWM), the output ripple current can partially cancel each other such that the resultant ripple current at output side is reduced and the size of output inductors can be reduced. In each half‐bridge converter, asymmetrical PWM scheme is used to regulate the output voltage. Based on the resonant behavior by the output capacitance of MOSFETs and the leakage inductance (or external inductance) of transformers, active switches can be turned on at ZVS during the transition interval. Thus, the switching losses of power MOSFETs are reduced. The proposed converter can be applied for high input voltage applications such as three‐phase 380‐V utility system. Finally, experiments based on a laboratory prototype with 960‐W rated power are provided to demonstrate the performance of proposed converter. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.