一种高增益交错耦合电感直流变换器

提出一种高增益交错耦合电感直流-直流升压变换器,适用于低输入电压、高输入电流的低压可再生能源发电系统应用场合,如光伏/燃料电池发电系统。该变换器在输入端把两个耦合电感的原边电流进行交错并联,减小了输入电流和输出电压纹波;两个耦合电感的副边串联后再与一电容相结合组成倍压单元,进一步提高变换器的电压增益。该电路结构中,使用两个交错串联的输出电容,它们既能回收利用耦合电感的漏感能量,又能钳位开关管的漏源电压,减小开关管电压应力,因此,有利于选择低导通电阻、高性能的开关器件以进一步减小功率管的开关和导通损耗。另外,耦合电感的漏感可使主开关管零电流开通,同时漏感也能控制二极管关断电流的下降率,大大减轻二极管的反向恢复问题。论文详细分析所提变换器的工作原理和稳态特性,最后通过一台实验样机验证了理论分析的正确性。     

一种新型的CCM PFC软开关技术研究

为降低电源设备对电网的谐波污染,功率因数校正技术已被广泛应用于电力电子设备中,且绝大多数PFC采用Boost电路。在中等及以上功率等级时PFC常采用电流连续模式,而功率二极管由于存在反向恢复特性,开关管的开通损耗被大大增加,电磁干扰加重。本文提出了一种新的无源无损缓冲电路,其能够抑制二极管的反向恢复特性,减小开关管的开通损耗。新电路的加入未引入开关管额外的电压应力,电路结构简单,软开关实现范围大,500 W实验样机验证了PFC效率能被大大提高。     

基于IGBT有源缓冲高功率因数校正器应用

介绍了一种采用有源缓冲技术来减小开关损耗和提高功率因数的新型升压校正器,该有源缓冲电路由电感、电容、二极管和一个辅助开关组成.由于升压开关零电流关断,因此该技术十分适合用于绝缘栅双极性晶体管(IGBT).升压开关及二极管串联的有源缓冲电感减少了二极管反向恢复损耗,此外,辅助开关零电压工作.     

大功率双管正激变换器次级吸收电路的研究

针对大功率高压输出场合普遍存在的次级电路中二极管反向恢复问题,引入了一种双CDD(一个电容两个二极管)无源无损缓冲电路。该电路不仅能有效抑制二极管反向恢复产生的电压尖峰,保证电路的可靠运行,还能避免常规电阻-电容-二极管(RCD)缓冲吸收网络损耗大的缺点。详细分析了该次级加箝位电路的组合双管正激变换器工作原理,给出了缓冲电容的选取方法,并在180V/20A的实验样机上进行实验,验证了理论分析的正确性。     

三相直流/交流变换器中放电阻止型缓冲电路的研究

在以绝缘栅双极晶体管(insulated-gate bipolar transistor,IGBT)作为开关器件的直流/交流(DC/AC)变换器中,为了保证处于高速开关下的IGBT在关断时不会被产生的关断过电压所击穿损毁,电路中需要增加缓冲电路.针对缓冲电路中电容器件端产生的最大瞬时电压及参数选取问题,通过对限幅钳位放电阻止型关断缓冲电路在三相电压型桥式DC/AC变换器中IGBT关断状态下工作模态的分析,从理论上对缓冲电容上产生的最大过冲电压进行推导.最后,通过搭建的仿真模型验证了对缓冲电容端过冲电压理论推导的正确性,为缓冲电路的参数选择提供了参考依据.     

一种高效率高可靠性的推挽正激直流变换器

推挽正激变换器是低压大电流输入场合的理想拓扑之一,但其输出整流二极管上由于反向恢复产生很高的电压尖峰。这将导致整流二极管选取困难,并影响其使用寿命。研究了一种加无源无损缓冲吸收的推挽正激变换器,整流二极管上尖峰电压小,可靠性高。并给出了该变换器的工作原理和缓冲电容的参数设计,还通过1kW实验样机给出了加缓冲吸收电路前后的实验波形。样机取得了高效率和高可靠性。     

双基区结构快速软恢复二极管特性研究

为研究引入缓冲层的双基区结构对功率二极管反向恢复特性的改善作用,本文定量地讨论了缓冲层厚度和表面浓度对二极管的反向恢复时间、软度因子以及正向压降的影响。依据双基区结构设计须满足的条件,建立了双基区结构二极管模型,模型仿真结果表明缓冲层的厚度越小或者缓冲层表面浓度越高,二极管的软度因子越大,反向恢复时间越长,这是由缓冲层浓度梯度的影响引起的。结合具体工程项目的参数要求,即二极管反向恢复时间trr≤250ns,反向阻断电压VB≥1 000V,正向压降VF≤1V,给出了缓冲层厚度和表面浓度的最优值,即缓冲层厚度为70?m,表面浓度为1×1017cm?3。通过样品试制与特性检测实验,证明了双基区结构二极管的软恢复特性。     

高压直流晶闸管阀故障电流下反向电压特性的分析

为分析高压直流晶闸管阀故障电流下的反向电压特性,采用电路拓扑模型分析法,建立了故障电流下反向分析的数学模型,并建立相应的试验模型对分析方法进行验证。对晶闸管结温、阻尼电阻电容参数、电流变化率和正向电流4个参数的影响进行了分析,并用数学模型进行仿真计算。分析结果表明:晶闸管结温、电流变化率和正向电流均可导致反向恢复电荷的改变,从而对反向恢复电压造成影响;阻尼电阻电容一定时,有唯一阻尼电阻使反向电压最小。结果验证了该仿真分析方法的可行性,且具有较高的精确度。     

基于新型混合式断路器的IGBT缓冲电路研究

分析了新型混合式断路器的IGBT开关特性,在总结3种传统IGBT缓冲电路的基础上,提出一种优化的适合于新型混合式断路器的IGBT缓冲电路。该电路能在不降低吸收过电压效果的基础上,改变充、放电回路的电容,使放电时间跟随电容改变而改变,满足具体主电路对IGBT导通时间变化的要求和满足不同IGBT开关频率的要求。通过仿真和理论分析证明了该优化缓冲电路的有效性和适用性。     

副边双谐振软开关全桥直流变压器研究

提出了一种副边双谐振软开关全桥直流变压器(SDR-FB DCX)。其原边利用励磁电感储存能量在全负载范围内实现了开关管的零电压开关,同时副边采用谐振电路,实现了整流二极管的零电流关断,从而减小开通损耗和反向恢复损耗,提高了SDR-FB DCX的效率。SDR-FB DCX消除了整流二极管的电压尖峰与振荡,将整流二极管电压箝位于输出电压,减小了整流二极管的电压应力。详细分析了SDR-FB DCX的工作模态及稳态特性,分析结果表明其输入/输出电压增益比表现为直流变压器的工作特性,电压增益比与负载、开关频率和占空比无关。给出了SDR-FB DCX软开关的实现条件。最后通过搭建一台1 kW、400 V/48 V的实验样机,验证了理论分析的正确性。     

一种新型降压谐振开关电容变换器

针对开关电容与二次型Buck变换器相结合形成的二次型开关电容Buck变换器(SC-QBC)存在开关管电压应力大、效率低的问题,提出了一种新型降压谐振开关电容变换器.该变换器是在SC-QBC的基础上,通过增加谐振电感、二极管和电容元件得到.与SC-QBC相比较,在降压特性变化不大的情况下,新型变换器的开关管的电压应力变小;增加的谐振电感通过与开关电容谐振,使第2级实现了开关管的零电流关断(ZCS),减小了开关损耗,提高了开关管的工作频率,有利于变换器的重量和尺寸的减小;同时,谐振回路上的二极管都能实现零电流关断,减小了二极管的反向恢复损耗.这些优点有利于器件的选择和效率的提高.最后,通过实验验证了理论分析的正确性.     

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%。     

一种适用于混合式高压直流断路器负载换流开关的新型缓冲电路

基于混合式高压直流断路器的工作原理,提出了一种新型的负载换流开关缓冲电路。该电路通过2个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的简单控制,在混合式高压直流断路器分闸时,能阻断缓冲电容经超快速机械开关的放电通路;在混合式高压直流断路器短时间多次动作时,能保证缓冲电容每一次过电压的吸收效果,提高混合式高压直流断路器的速动性和可靠性。     

反激变换器中RCD箝位电路的分析与设计

着重考虑现有文献中被忽略的因素,如箝位二极管正、反向恢复特性和副边漏感Ls对RCD参数设计的影响等,分析了二极管的正向恢复对开关管电压尖峰的影响、反向恢复对RCD箝位电路损耗和参数设计的影响,揭示出副边漏感与原边漏感一样会增加RCD箝位电路吸收的能量,并进行了量化分析。综合考虑了二极管正向恢复特性、反向恢复特性以及副边漏感对RCD箝位电路的影响,在现有RCD参数设计方法的基础上,提出了修正后的RCD参数设计方法。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性和设计方法的可行性。     

配电系统电子电力变压器的IGBT缓冲电路设计

针对配电系统电子电力变压器的特点,提出功率开关器件IGBT缓冲电路的设计方法,包括缓冲电路类型的选择及参数的计算方法.在此基础上,针对几种电路结构和参数进行仿真,比较了它们各自的特性,总结出最佳吸收方案.仿真表明,所设计的缓冲电路能够有效钳制IGBT关断时的电压变化率和过电压.     

串联IGBT的一种复合均压方法

针对IGBT串联应用时的集射极电压均衡问题,提出并研究了一种门极平衡核与无源RCD缓冲电路相结合的复合均压方案。分析了门极平衡核的均压原理,借助门极驱动等效电路模型,导出了门极平衡核的参数设计方法。在IGBT门极与发射极之间引入瞬态电压抑制器,有效减缓了平衡核变压器的漏感与IGBT输入电容引发的门极信号振荡幅度,同时有效保护了IGBT门极过电压。建立了复合均压方案的仿真与实验系统,实验结果表明,复合均压方案对由于IGBT特性参数差异和门极驱动信号不同步而引起的IGBT集射极电压不均问题具有显著的平衡效果。     

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。     

模块化多电平柔性直流输电换流器子模块过电压保护

以模块化多电平柔性直流换流器为研究对象,分析子模块过电压特点,研究子模块在运行中的瞬态过电压和暂态过电压问题。子模块瞬态过电压包括绝缘栅双极型晶体管（IGBT）关断过电压和二极管反向恢复过电压：针对子模块IGBT关断过电压,提出一种两电平关断技术抑制关断电压尖峰;针对子模块二极管在旁路开关动作时反向恢复过电压,提出一种抑制二极管反向恢复过电压的旁路方法。文中同时分析了系统故障造成的暂态过电压,提出一种带耗能回路的子模块拓扑,以提高换流器故障穿越能力,并可有效减少子模块级联数量。针对模块化多电平换流器在不同故障工况下的过电压问题,提出了多级过电压保护相互配合的控制逻辑策略,并提出一种冗余供电方案,解决了模块化多电平换流器启动过程中的黑模块过电压问题,提高了系统运行可靠性。最后,给出实验和仿真波形验证了瞬态、暂态过电压理论分析的正确性和保护方案的有效性。     

一种适用于高压输入的零电压开关双管推挽直流变压器

提出了一种适用于高压输入的零电压开关双管推挽直流变压器。该拓扑用两只开关管串联代替传统推挽电路中的单只开关管，并引入了2只箝位二极管，将开关管的电压应力箝位在输入电压，利用变压器漏感和开关管的结电容实现了开关管的零电压开关。同时副边采用带箝位电容的全波整流电路，消除了采用传统全波整流时副边整流管反向恢复引起的电压尖峰和电压振荡，有效地降低了电磁干扰。该文详细分析了变换器的工作原理，讨论了变换器的输出特性、零电压开通条件和箝位电容的选取，最后在一台2kW的原理样机上进行验证，满载时效率高达95.8%。     

电力机车4象限整流器空载电流特性研究

基于电力机车4象限整流器空载工况下输入电流特性,介绍了空载工况工作时IGBT短时导通与续流二极管短时导通机理,对二极管反向恢复过程中产生的尖峰电压进行了分析,并对续流二极管瞬态导通反向恢复尖峰电压公式进行了推导,指出这种尖峰电压会引起电力机车4象限整流器空载工况下功率器件损坏,结合实际试验与仿真波形验证了推理分析的正确性。最后给出了减少电力机车4象限整流器空载运行的3种应对方法。