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.     

一种移相控制混合型LLC谐振变换器

分析了移相控制混合型LLC谐振变换器的工作原理,研究了其工作特性.研究结果表明,变换器在实现开关器件软开关保证效率的同时,具有较宽的输出电压范围.搭建了样机进行实验验证,实验结果表明变换器实现了初级开关管零电压开关(ZVS)开通、次级二极管零电流开关(ZCS)关断,并拥有近3倍的输出电压范围,验证了该方案的可行性.     

一种输出并联型CLTCL多谐振软开关直流变换器

提出一种输出并联型CLTCL多谐振软开关直流变换器拓扑,采用双变压器结构且高频变压器二次侧并联,谐振腔内包含多个电容、电感谐振元件。通过合理参数设计,变换器在额定工况下能够同时传递基波和3次谐波有功功率,提高谐振电流利用率,保证较高效率变换,在狭窄的频率范围内实现直流电压增益宽范围可调。功率开关管具有零电压开通(ZVS),二极管同时实现开通、关断过程的零电流软开关(ZCS)或近似零电流,开关损耗得到抑制。双高频变压器的漏感均被相应串联谐振电感吸收,参与谐振过程,寄生参数给电路带来的不利影响被成功削弱。本文基于一台500W的样机进行实验验证,结果表明变换器能够在较宽的负载范围内获得接近95%的较高效率,最高效率点为95.4%;在额定点附近20%的频率范围内实现电压增益从半额定值至额定值可调的有益效果。     

有源钳位正激二次侧谐振PWM Buck-Boost型变换器

针对传统有源钳位正激(ACF)变换器存在输出二极管反向恢复损耗,以及轻载时不能实现软开关的问题,提出了ACF二次侧谐振(SSR)PWM(ACF-SSR-PWM)Buck-Boost型变换器,分析了ACF-SSR-PWM Buck-Boost型变换器的工作模式及其稳态特性。分析结果表明:ACF-SSR-PWM Buck-Boost型变换器可以在全负载范围内实现主开关管、辅助开关管的零电压开通(ZVS)和输出二极管的零电流关断(ZCS),其电压传输比与负载、开关频率和占空比无关,呈现出DC-DC变压器(DCX)的工作特性。与二次侧谐振ACF变换器相比,ACF-SSR-PWM Buck-Boost型变换器减小了辅助开关管的电流应力和主开关管的关断电流。最后,搭建了一台200V输入、50V/1.6A输出的实验装置,验证了理论分析的正确性。     

一种新型大功率无损缓冲Buck变换器的研究

提出了一种优化的高速电机驱动电路。在传统的三相逆变电路前端加入多路交错并联的无损缓冲Buck变换器,实现了开关管的零电流开通(ZCS)、零电压关断(ZVS),从而解决了高开关频率下的损耗问题,提高了系统的效率及可靠性。同时多路无损缓冲电路共用一个二极管和电感,可有效减小变换器体积,提高功率密度。详细分析了该变换器的原理,并通过实验验证了分析和设计的正确性和可行性。     

绕线转子同步电机用ZCS Buck励磁变换器

提出了一种适用于电励磁同步电机的零电流(ZCS)软开关Buck励磁变换器。为了减小励磁变换器的体积,利用转子绕组的等效电感作为Buck输出滤波电感。在此基础上,为了消除转子绕组寄生参数和Buck开关器件高频开关引起的励磁电流脉动噪声,提出一种传统Buck电路与耦合电感和谐振电容的组合结构。谐振回路的存在实现了功率开关器件的ZCS软开关,提高变换器效率的同时平滑输出电流,有效减小电磁干扰(EMI)。最后,通过PSIM仿真验证了所提变换器拓扑的有效性。     

一种新型低应力降压变换器

针对二次型Buck变换器开关管电压应力大、效率低的问题,提出了一种新型低应力降压变换器。该变换器在二次型Buck变换器的基础上,通过增加谐振电感、二极管和电容元件得到。理论分析表明,与二次型Buck变换器相比较,在降压特性变化不大的情况下,新型变换器的开关管和部分二极管的电压应力变小;增加的谐振电感使第二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,与谐振电感串联的二极管能实现ZCS,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。     

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。     

定频调节的半桥式变压器复用型谐振变换器

提出了一种定频调节的半桥式变压器复用型谐振变换器。该变换器使变压器交替工作于谐振模式与正激模式,提高了磁芯利用率。采用定频脉宽调制(PWM)控制方式,通过改变正激电路的占空比来实现输出电压调节。与传统调频控制方式相比,定频PWM控制更为简单可靠,有利于磁性元器件和滤波电路的设计。此外,该变换器的谐振电路部分具有开关管零电压开关(ZVS)开通和零电流开关(ZCS)关断,以及次级二极管ZCS关断等优点,且谐振电路与正激电路交替工作即可实现变压器复位,无需额外的复位电路,结构简单。详细分析了所提变换器的电路拓扑结构与工作原理,并搭建62～82 V输入,24 V/2.5 A输出的实验样机,最后与传统半桥LLC谐振变换器进行性能比较,实验结果验证了理论分析的正确性。     

对称控制全桥谐振PWM软开关变换器

针对传统对称控制全桥变换器不能实现软开关而导致变换器效率较低的现状,提出了对称控制全桥谐振PWM(FB-RPWM)变换器,详细分析了FB-RPWM变换器的工作模式及其稳态特性。分析结果表明:FB-RPWM变换器虽然采用对称控制,却仍在全负载范围内实现了所有桥臂开关管的零电压开通(ZVS)和输出二极管的零电流关断(ZCS),且其输入输出电压传输比与负载、开关频率和占空比无关,呈现出直-直变压器(DCX)的工作特性。与移相全桥(PSFB)变换器相比,FB-RPWM变换器减小了两个开关管的关断电流,且变压器一次侧采用隔直电容,实现了励磁电感电流的零直流偏量,降低了变压器损耗,进一步提高了变换器的效率。最后,搭建了一台400V输入、50V/10A输出的实验装置,验证了理论分析的正确性。     

有源箝位软开关全桥Boost变换器

提出一种含有源箝位辅助电路的软开关全桥Boost变换器,其利用电感与电容谐振实现主开关管的零电流开通与零电压关断。有源箝位电路即可抑制变换器工作时可能出现的电压过冲,又可将箝位电容吸收的能量返还回主电路,且箝位开关管以零电压方式开通与关断。输出端采用倍压整流,可以降低变压器匝比。最后利用硬件实验波形验证了所述变换器的有源箝位和软开关特性。     

零电流准谐振Buck变换器的磁集成研究

以零电流准谐振Buck变换器为例,引入谐振电感和谐振电容与变换器中的功率开关管组成谐振开关.通过谐振,使流过功率开关管的电流呈正弦波形,为功率开关管创造了零电流开关条件.对分立的谐振电感和滤波电感进行磁集成,阐述集成后Buck变换器工作原理.用Saber软件对集成后的电路进行仿真.分析谐振电感和滤波电感的耦合系数对谐振...     

基于变频与中心对称PWM控制的双向DC/DC变换器

以在谐振腔并联电感的双向LLC谐振变流器为研究对象,采用变频与中心对称脉宽调制(PWM)混合控制策略,实现变换器正反向工作时的升降压.通过对采用中心对称PWM控制的变换器特性的时域分析,得到变换器的电压增益仅与占空比有关,与变换器的功率大小和传输方向无关,变换器可以自动实现正反向运行的平滑切换.此外,变换器在正向工作时,变压器初级开关管在全负载范围内均可实现零电压开关(ZVS)开通,变换器在反向工作时,变压器次级开关管在全负载范围内均可实现ZVS开通.通过加入变频控制可以减小开关管的关断电流.最后搭建了一台输入75～130 V,输出400 V的1.6 kW实验平台,验证了理论分析的正确性.     

准谐振软开关双管反激变换器

在传统双管反激变换器基础上,通过引入谐振网络,并用开关管替换一次侧的一个钳位二极管,提出一种准谐振软开关双管反激变换器。该变换器具有双管反激变换器的优点,所有开关管电压应力钳位在输入电压,因此可选取低电压等级、低导通电阻MOSFET以提高变换器的效率、降低成本;利用谐振电感与隔直电容谐振,实现变换器全部开关管的零电压导通(ZVS),减小了开关管的开通损耗。同时漏感能量回馈到输入电源,减小了谐振电感电流的反向峰值,降低了开关管的关断损耗,进一步提高变换器的效率。本文研究变换器工作在励磁电感电流单向工作模式时的工作原理和工作特性,重点分析开关管电压、电流应力及其ZVS条件。最后,设计一台60W的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。     

一种应用于电动汽车快速充电站的高频隔离双级功率变换器

提出了一种新型可应用于电动汽车直流快速充电站的高频隔离型(high-frequency-isolation,HFI)双级功率变换系统结构,该变换器结合了前端三电平Buck变换器与后端LLC谐振变换器的双重优点。三电平Buck变换器开关管承受的电压为直流母线电压的一半,适合应用在高压大功率的场合,后端采用LLC谐振变换器可以实现高频电气隔离,同时具有实现逆变桥开关管零电压开通(zero-voltageswitch,ZVS),二次侧整流桥二极管零电流关断(zero-currentswitch,ZCS)的优良特性。文章详细介绍了该新型系统结构的工作原理及特性,并介绍了该两级系统结合后的新特性,并提出了变换器的均流均压控制策略。最后,搭建了一套20 k W,输入电压760 V,输出电压200~500 V的实验装置。通过实验验证了系统结构的可靠性。     

零电压开关多谐振三电平直流变换器

该文提出一族零电压开关多谐振三电平直流变换器(Zero-voltage-switching multi-resonant three-leve lconverters，ZVS-MR-TLCs)，它是在三电平变换器的基础上加入LCC谐振网络实现ZVS，开关管和二极管的结电容以及变压器的漏感被利用。该文以Buck ZVS-MR-TLC为例分析它的工作原理和特性，并与传统的两电平零电压开关多谐振变换器(ZVS-MRC)进行比较。与两电平ZVS-MRC相比，ZVS-MR-TLC功率器件的电压应力降低，实现ZVS的负载范围变宽，滤波电感和滤波电容大大减小。最后给出了实验结果。     

一种单级隔离型软开关功率因数校正变换器

针对硬开关功率因数校正(PFC)变换器开关损耗大、电磁辐射严重的问题,提出一种具有软开关的单级隔离型PFC变换器。该变换器在一次侧功率管导通和关断时段均能向二次侧传递能量,兼具正激和反激变换器的特性。通过利用隔离变压器的漏感与电容形成谐振使得输出二极管零电流关断(ZCS),同时一次侧主开关管和有源钳位开关管均以零电压开通(ZVS),所有功率开关管均工作在软开关状态,变换器的开关损耗降低。详细分析变换器的工作原理、运行特性以及参数设计,并搭建实验样机,验证了理论分析的正确性和有效性。     

零电压开关多谐振三电平直流变换器

本文提出一族零电压开关多谐振三电平直流变换器(Zero-voltage-switching multi-resonant three-level converters，ZVS-MR-TLCs)，它是在三电平变换器的基础上加入LCC谐振网络实现ZVS，开关管和二极管的结电容以及变压器的漏感被利用。本文以Buck ZVS-MR-TLC为例分析它的工作原理和特性，并与传统的两电平零电压开关多谐振变换器(ZVS-MRC)进行比较。与两电平ZVS-MRC相比，ZVS-MR-TLC功率器件的电压应力降低，实现ZVS的负载范围变宽，滤波电感和滤波电容大大减小。最后给出了实验结果。