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。     

一种高效率高增益的谐振型直流功率变换器

提出一种高效率高增益的谐振型直流功率变换器。该电路利用耦合电感、开关电容电路及输出串联结构实现高电压增益。耦合电感中的漏感能量由输出端回收,利于提升效率,降低开关管的电压应力。同时借助漏感和开关电容谐振,次级二极管的零电流开关得以实现,从而减小反向恢复的影响。详细分析了高效率高增益谐振型直流功率变换器的工作原理,及连续导通模式下变换器的稳态性能,并借助一台35 V输入、200 V/0.75 A输出的实验样机验证了理论分析的正确性。     

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。     

谐振软开关耦合电感高增益DC-DC变换器

提出一种谐振软开关耦合电感高增益DC-DC变换器,通过引入辅助网络,将Boost变换器的输出二极管替换为开关管,实现全部开关管的零电压导通(ZVS)和二极管的零电流关断(ZCS),并降低开关管的开关损耗,消除二极管的反向恢复问题。同时,变换器输出端为三个输出单元串联,提高变换器的电压增益,避免变换器工作于极限占空比,在实现高升压增益的同时降低开关管电压应力。因此可选取低电压等级、低导通电阻的MOSFET,以提高变换器效率。倍压电容与耦合电感的漏感谐振,可减小开关管关断时刻电流,降低开关损耗,进一步提高变换器效率。研究变换器的工作原理和工作特性,分析开关管ZVS条件。设计制作一台160W的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。     

一种低输入电流纹波高增益软开关DC-DC变换器

针对新能源发电系统输出电压低、电压稳定性差等问题，提出一种非隔离型低输入电流纹波高增益软开关直流变换器。该变换器结合有源钳位技术和耦合电感与二极管-电容倍压结构，提高了变换器的电压增益，降低了开关器件的电压应力。耦合电感自身漏感有效缓解二极管反向恢复问题，并通过有源钳位网络回收利用了漏感的能量，开关管无关断电压尖峰。利用耦合电感漏感，所有开关管均实现了零电压软开关，提高了变换器的效率。详细分析了变换器的拓扑结构与工作原理，并对电压增益、器件电压电流应力、软开关等电路性能进行了分析。最后，搭建了一台40 V输入、400 V输出、额定功率为160 W的试验样机，实验验证了该变换器具有低输入电流纹波、高电压增益、高变换效率和低电压应力等优点。     

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。     

1kW最小电压有源箝位PFC变换器

提出了最小电压有源箝位(MVAC)功率因数校正变换器电路，将辅助开关与谐振电感和箝位电容串联支路并联，谐振电感可以抑止二极管的反向恢复电流，有效的减少由二极管反向恢复引起的损耗，箝位电容箝位谐振电感在主开关关断时所产生的电压应力。主开关和辅助开关均可实现ZVS开关，变换器具有电压应力较低的特点。本文分析了最小电压有源箝位功率因数校正变换器中功率器件的电压应力和软开关条件，研制了一台1kW最小电压有源箝位功率因数校正变换器。     

有源耦合电感倍压的高电压增益变换器

为了提升基本Boost变换器的电压增益,降低开关器件电压应力,提出一种基于耦合电感倍压的有源开关电感高增益变换器.变换器中两个耦合电感的原边组成有源开关电感结构,并引入二极管-电容支路作为无源钳位回路用来吸收漏感能量.利用变换器漏感等效电路模型分析了变换器工作模态,采用伏秒积平衡方法推导得到了变换器电压增益,并给出开关管和二极管电压应力.分析表明,两个耦合电感倍压单元可提升变换器的电压增益,耦合电感匝数比越大、耦合度越大,电压增益也越高,开关管的电压应力也越低.实验样机测试结果验证了理论分析的正确性,表明该变换器具有良好的电气性能.     

一种混合开关电感和开关电容的高增益DC/DC变换器

针对传统Z源DC/DC变换器存在的输入电流不连续、输出电压增益不够高和功率器件电压应力较高等不足,利用开关电感和开关电容技术,提出了一种混合开关高增益DC/DC变换器。该变换器主电路中只用到1个储能电容,结构简单,与现有典型的高增益阻抗源DC/DC变换器相比,所提出的混合开关电感和开关电容的DC/DC变换器可以实现更高的输出电压增益,同时电容和开关器件的电压应力较低。详细分析了所提变换器的工作原理,通过在实验室中所建立的输入电压16～40 V、输出电压26～107 V和输出功率7～114 W的原型验证了其性能。     

1kW最小电压有源箝位ZVS PFC变换器

提出了最小电压有源箝位(MVAC)功率因数校正变换器电路，将辅助开关与谐振电感和箝位电容串联支路并联，谐振电感可以抑止二极管的反向恢复电流，有效的减少由二极管反向恢复引起的损耗，箝位电容箝位谐振电感在主开关关断时所产生的电压应力。主开关和辅助开关均可实现ZVS开关，变换器具有电压应力较低的特点。本文分析了最小电压有源箝位功率因数校正变换器中功率器件的电压应力和软开关条件，研制了一台1kW最小电压有源箝位功率因数校正变换器。     

基于耦合电感的新型高增益软开关直流变换器

针对升压直流变换器的高增益问题,以一种带有泵升电容的Boost变换器为基础,提出一种基于耦合电感的新型高增益软开关直流变换器。讨论该变换器的工作原理、性能对比分析、关键参数设计,并且通过仿真验证了理论分析的正确性。该变换器通过引入耦合电感和倍压电容不仅拓展了调控电压增益的自由度,突破了仅由占空比来提升电压的局限,还减小了输出二极管的电压应力,且耦合电感中的漏感缓解了二极管反向恢复问题。利用有源钳位的方法减小了开关两端的应力,并使所有开关管实现软开通,使电路损耗得以降低。     

一种混合耦合电感和开关电容的DC-DC升压变换器

为满足工业应用中高电压增益DC-DC变换器的要求,在基本boost变换器基础上,利用耦合电感和开关电容技术,研究了一种具有高电压变比的boost变换器。该变换器将耦合电感和电容混合连接,通过耦合电感对电容进行充电,提高升压变比,而且开关管和二极管等功率器件的电压应力能够得到有效降低,同时耦合电感漏感的能量可以回收和再利用,有利于提高变换器的效率。详细分析了该变换器的工作原理和稳态特性,最后通过搭建一个实验样机,验证了理论分析的正确性。     

暂态能量再生技术的研究

将电路类比法用到无源无损电路,就得到由无源无损元件构成的能量再生电路。由此提出一种加入电荷泵能量再生(CPR)网络的无源软开关新技术。CPR网络由一个匝数比为1的辅助耦合绕组、一个小容量的电容器及两个二极管构成。对应用CPR的boost变换器进行了理论分析与实验测试,表明该技术除了能对开关器件进行有效缓冲外,还具有暂态能量再生简单、电压应力较低、软开关工作范围较宽、成本较低等优点。     

一种新颖的ZVT Boost变换器

脉宽调制（Pulse Width Modulation,简称PWM）Boost变换器被广泛用作DC/DC变换器和功率因数校正装置。提出了一种新颖的零电压转换（Zero Voltage Transition,简称ZVT）Boost变换器,利用能量反馈辅助电路实现了升压管的ZVT和升压二极管的软开关。辅助电路由辅助开关管、耦合电感（反激变压器）和反馈二极管构成。辅助开关管实现了零电流开通和近似零电压关断,变换器的效率较高,电磁干扰低。在辅助开关管关断时,耦合电感将谐振电路中的能量馈送至电源端,功率器件的电压电流应力较低,辅助电路的传导损耗较小。详细分析了该变换器的工作原理,并通过样机进行了验证。     

1kW复合有源箝位功率因数校正变换器

提出了复合有源箝位(CAC)功率因数校正变换器电路。谐振电感与主开关串联，由辅助开关和箝位电容组成的支路并联在谐振电感两端。谐振电感可以抑止二极管的反向恢复电流，有效的减少由二极管反向恢复引起的损耗，主开关和辅助开关均可实现ZVS开关，消除了二极管寄生电容和谐振电感引起的寄生振荡。该文分析了复合有源箝位功率因数校正变换器中软开关范围与谐振电感和电容之间的关系，研制了一台1kW复合有源箝位功率因数校正变换器。     

基于DSP的Boost PFC软开关变换器研究

详细分析了一种新颖的Boost软开关变换器,在传统的Boost变换器基础上加上缓冲元件电感和电容,从而实现开关管的零电流开通和零电压关断。提出了基于DSP的新型控制算法,该算法仅需在一个开关周期内采样负载电流和输入电压来计算占空比,实现功率因数校正(PFC)的目的,控制简单,实时性好。实验结果表明,该新型的变换器工作在软开关模式下,并且实现输入侧的单位功率因数。     

Design and analysis of a high step-up single-switch coupled inductor DC-DC converter with low-voltage stress on components for PV power application

This paper presents a single-switch, high step-up, non-isolated DC-DC converter for photovoltaic (PV) power application. The proposed converter is composed of a coupled inductor, a passive clamp circuit, a voltage multiplier cell, and a voltage lift circuit. The passive clamp circuit recovers the leakage inductance energy of the coupled inductor and limits the voltage spike on the switch. Configuration of the passive clamp and voltage multiplier circuits increases the converter voltage gain. High-voltage gain without a large duty cycle, low turn ratio of the coupled inductor, low-voltage stress on the switch and diodes, leakage inductance energy recovery, and high efficiency are the main merits of the suggested DC-DC converter. Steady-state operation of the converter in continuous conduction mode (CCM), discontinuous conduction mode (DCM), and boundary condition mode (BCM) is discussed and analyzed in detail. Then, design procedure of the proposed converter is given. The presented DC-DC converter is compared with similar topologies to verify its advantages. Moreover, theoretical efficiency of the presented converter is calculated in details. Finally, simulation and experimental measurement results of 388 V-220 W prototype of the proposed DC-DC converter at 50-kHz switching frequency are presented to verify its performance.     

一种带三绕组耦合电感的级联型高增益功率变换器

提出一种带三绕组耦合电感的级联型高增益功率变换器。采用三绕组耦合电感、开关电容技术和级联结构,该变换器可实现更高电压增益。变换器的输入电感可有效降低输入电流纹波,从而减小输入电源应力。此外,耦合电感的漏感能量由输出端回收利用,提升效率的同时,能够抑制开关管的电压尖峰,降低其电压应力。详细分析带三绕组耦合电感的级联型高增益功率变换器的工作原理,以及连续导通模式下变换器的稳态性能。最后搭建一台30V输入、380V/0.3A输出的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。     

适合大电流输入高压输出的软开关直流变换器

首先,提出了一种LLC谐振的软开关直流变换器,其中原边包含4个开关管、2个变压器绕组和1个耦合电容,并利用耦合电容构造了2个变压器绕组同时工作的回路,实现了两者的均流;副边包含2个二极管和2个谐振电容,构成了一个谐振式倍压电路;然后,利用变压器漏感、励磁电感和谐振电容产生LLC谐振来传递能量,各开关管能实现零电流开通,二极管零电流关断,且承受的反向电压为输出电压,关断损耗也很小;最后,分析了电路各阶段的工作原理,推导了电压增益特性,并设计了一款22~28 V输入、360 V输出、额定负载800 W的样机。实验测试结果证明,电路最高效率达到93.5%,同时也证明了电路的有效性。     

基于ARM的移相全桥ZVZCS变换器设计

针对传统全桥移相式零电压零电流开关(ZVZCS)PWM DC/DC变换器在实现滞后桥臂开关管零电流开关(ZCS)过程中,存在着辅助谐振电路附加损耗较大,软开关实现方式复杂,功率开关管电压应力和电流应力高等缺点,介绍了一种通过输出耦合电感实现软开关的全桥ZVZCS PWM DC/DC变换器。分析了该变换器实现软开关的原理,并采用LPC2214型ARM芯片作为控制器,设计了变换器数字控制系统。通过一台1kW,50kHz样机验证了这种软开关变换器相关理论的正确性。