一种混合型输入串联输出并联直流变压器

现有基于多变换器输入串联输出并联(input-series output-parallel,ISOP)结构的直流变压器子模块大多采用单一模块,在实现灵活控制和高效率之间很难达到平衡。基于模块化技术,提出了一种基于CLLLC谐振变换器子模块和DAB变换器子模块的混合型ISOP结构直流变压器拓扑,分别利用CLLLC谐振变换器的高效率与DAB变换器的高可控性优点,通过2类子模块数量和高频变压器变比的合理设计,CLLLC谐振变换器将传输绝大部分功率,从而提高整个直流变压器的效率。详细分析了该混合型ISOP直流变压器的工作原理与设计方法,并利用PLECS软件验证了所提出的直流变压器拓扑的可行性,最后通过一台2k W,400V/100V的样机进行实验验证。     

基于双变压器的复合式谐振三电平零电流开关变换器

针对分布式光伏发电接入中压直流配电网的应用场合,提出了一种基于双变压器的复合式谐振三电平变换器。新型变换器是在传统中性点钳位型三电平电路的基础上,通过添加一个辅助电路实现了基础三电平电路的固定占空比运行,变换器工作于电流断续模式。其中,基础三电平电路传输大部分功率,而辅助电路采用脉宽调制方式,可以实现基础三电平电路在全负载范围内的零电流开关,从而显著降低变换器的开关损耗。重点讨论了辅助变压器变比和谐振电容对开关管电流、谐振电压峰值、谐振电感值大小的影响,提出了相应的参数设计指导原则。最后,制作了一套300～1 500 V/2 kW原理样机对所提变换器的性能进行了验证。     

应用于直流配电网的双向全桥直流变换器比较分析

对电容缓冲式直流变换器采用死区时间移相控制。通过比较分析电容缓冲式直流变换器与非缓冲式直流变换器的开关特征,得出了缓冲电容对高频环节波形特征、功率传输特性以及回流功率特性的影响,并推导了可以统一描述这2种不同拓扑结构的传输功率表达式与功率因数表达式,进而得出两者之间的联系与区别。对缓冲电容的取值进行了理论分析,提出缓冲电容的选取方法。仿真与实验结果表明了理论分析的正确性与控制策略的有效性。     

高频谐振型直流变压器模块设计与研究

此处针对电力电子变压器(PET)中核心直流变换环节,提出了使用LLC串联谐振变换器作为高压大功率的高频谐振型直流变压器的基本模块,并详细分析了各项设计原则,以实现高功率密度条件下高效稳定地直流功率变换。分析了该高频谐振型直流变压器工作原理及稳态增益的频谱特性。通过简化等效电路推导出了该直流变压器谐振轨迹特性,以指导谐振电容的设计。详细分析和推导了高频变压器的磁芯损耗和绕组损耗及变换器开关损耗的计算方法,并研究了影响直流变压器模块效率的各项因素。最后,研制了一台实验型高频谐振型直流变压器,通过实验结果验证了大功率高频谐振型直流变压器模块设计理论的可行性与正确性。     

一种减小三相级联型PET各中间直流侧电容的方法

三相级联型电力电子变压器(PET)因其模块化和可扩展性而得到广泛应用,但其中间直流侧中限制功率波动的大电容会降低其功率密度。为解决这一问题,提出一种基于DC-DC谐振变换器的三相级联型PET正弦功率传输概念,以减小中间直流侧电容,将交流侧2倍频率的功率波动传递到公共直流侧,并保证了恒定的直流电源。当谐振变换器工作在近似谐振模式下时,可以简单有效地实现正弦功率传输概念,并简化PET控制结构实现单级控制。虽然PET的正弦传输只有较小的功率因数调节能力,但是它可以有效地减小单向功率传输的PET的电容和制造成本。研制并测试一台样机,实验结果验证了对于基于DC-DC谐振变换器的三相级联型PET正弦功率传输的可行性。     

GaN器件的高效率高功率密度LLC谐振变换器的优化设计

针对通信电源设备高效率、高功率密度的发展趋势,使用新型功率器件GaN作为LLC谐振电路的主功率器件,可以在较高的开关频率下提高电路的效率和功率密度.在分析LLC谐振变换器的开关过程和建模的基础上,利用LTspice仿真软件对LLC谐振网络参数进行仿真分析,优化了原边开关器件死区时间,改进了谐振参数设计和变压器绕组设计,...     

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。     

基于全桥LLC-SRC的隔离升压型直流变压器

摘要:LLC串联谐振变换器(LLC-SRC)是广泛应用的三元件谐振变换器,由于其初、次级都很容易实现软开关,是目前公认的适合中、小功率应用的高效率、高密度和低成本的DC/DC拓扑.提出了基于LLC-SRC的隔离升压型直流变压器方案,并给出了具体设计方法.设计了一台300 W实验样机,结果显示,基于LLC-SRC的隔离升...     

面向中压交直流配电网的高频链直流固态 变换器损耗模型和分析

高频链直流固态变换器(DCSSC)是中压交直流配电系统的关键设备之一。针对传统方法未考虑硬开关运行问题,本文提出了一种基于输入串联输出并联双有源桥的高频链固态变换器损耗计算方法。分析了高频链直流固态变换器软开关和硬开关工况下的工作原理,给出了不同阶段下开关器件有效导通时间,推导了软开关和硬开关下的电流平均值和有效值解析模型。建立了高频链直流固态变换器的通态损耗和开关损耗模型,给出了改进型高频变压器损耗计算方法。最后通过Matlab和PSIM仿真软件在开关频率和传输功率变化情况下对高频链固态变换器的各部分损耗分布和系统效率进行了验证和分析。     

采用辅助变压器的可调压谐振零电压零电流开关变换器

针对LLC谐振变换器在新能源、储能、数据中心、电力电子变压器等直流配电网大功率应用场景中所存在的调压困难问题,提出了一种采用辅助变压器的可调压谐振零电压零电流开关(ZVZCS)变换器.所提变换器在传统LLC谐振变换器的基础上增加了辅助变压器和辅助半桥,通过调整辅助半桥和一次侧全桥之间的移相角可以调整辅助变压器参与升压的...     

一种并联输入并联输出的宽范围双向隔离DC/DC变换器

目前,DC/DC变换器广泛应用于新能源发电、电动汽车以及锂电池化成分容等领域。针对低压大电流双向功率传输应用场合,提出了一种输入并联输出并联的宽范围双向隔离DC/DC变换器。该变换器由2个相同的两级式DC/DC变换器组成,前级采用高效率LLC谐振变换器作为直流变压器,以实现电气隔离;后级采用交错式Buck/Boost变换器,保证宽范围电压输出和高动态性能。所提变换器能够实现功率的双向传输,且采用了一种功率方向改变时,无需进行功率流向判断与开关逻辑切换的调制策略,简化了系统的控制策略并提高可靠性。设计了1台3 kW的实验装置,实验结果验证了所提变换器及其控制方法的可行性和有效性。     

LLC resonant DC–DC converter with series‐connected primary windings of transformer

This paper proposes a zero‐voltage switching (ZVS) LLC resonant step up DC–DC converter with series‐connected primary windings of the transformer. The series resonant inverter in the proposed topology has two power switches (MOSFETs), two resonant capacitors, two resonant inductors, and only one transformer with center‐tapped primary windings. The power switches are connected in the form of a half‐bridge network. Resonant capacitors and inductors along with the primary windings of the transformer form two series resonant circuits. The series resonant circuits are fed alternately by operating the power switches with an interleaved half switching cycle. The secondary winding of transformer is connected to a bridge rectifier circuit to rectify the output voltage. The converter operates within a narrow frequency range below the resonance frequency to achieve ZVS, and its output power is regulated by pulse frequency modulation. The converter has lower conduction and switching losses and therefore higher efficiency. The experimental results of a 500‐W prototype of proposed converter are presented. The results confirm the good operation and performance of the converter. © 2014 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

Series resonant high‐voltage DC–DC converter with reduced component count

This paper proposes a novel zero‐current‐switching series resonant high‐voltage DC–DC converter with reduced component count. The series resonant inverter in the proposed topology has two power switches (insulated‐gate bipolar transistors, IGBTs), two resonant capacitors, and only one high‐voltage transformer (HVT) with center‐tapped primary windings. The power switches are connected in the form of a half‐bridge network. The leakage inductances of the transformer's primary windings together with the resonant capacitors form two series resonant circuits. The series resonant circuits are fed alternately by operating the power switches with interleaved half switching cycle. The secondary winding of the HVT is connected to a bridge rectifier circuit to rectify the secondary voltage. The converter operates in the discontinuous conduction mode (DCM) and its output voltage is regulated by pulse frequency modulation. Therefore, all the power switches turn on and off at the zero‐current switching condition. The main features of the proposed converter are its lower core loss, lower cost, and smaller size compared to previously proposed double series resonant high voltage DC–DC converters. The experimental results of a 130‐W prototype of the proposed converter are presented. The results confirm the excellent operation and performance of the converter. © 2016 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

Pulse current regenerative resonant snubber‐assisted two‐switch flyback‐type ZVS PWM DC‐DC converter

In this paper, a two‐switch high‐frequency flyback transformer‐type zero voltage soft‐switching PWM DC‐DC converter using IGBTs is proposed. Effective applications for this power converter can be found in auxiliary power supplies of rolling stock transportation and electric vehicles. This power converter is basically composed of two active power switches and a flyback high‐frequency transformer. In addition to these, two passive lossless snubbers with power regeneration loops for energy recovery, consisting of a three‐winding auxiliary high‐frequency transformer, auxiliary capacitors and diodes are introduced to achieve zero voltage soft switching from light to full load conditions. Furthermore, this power converter has some advantages such as low cost circuit configuration, simple control scheme, and high efficiency. Its operating principle is described and to determine circuit parameters, some practical design considerations are discussed. The effectiveness of the proposed power converter is evaluated and compared with the hard switching PWM DC‐DC converter from an experimental point of view, and the comparative electromagnetic conduction and radiation noise characteristics of both DC‐DC power converter circuits are also depicted. © 2005 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 152(3): 74–81, 2005; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20081     

基于Maxwell的半桥LLC谐振变换器平面磁元件优化设计

LLC谐振变换器广泛应用于分布式电源系统DC/DC变换器的前端和可再生能源发电系统,而LLC谐振变换器的磁元件的集成平面化使其具有高性能、高效率和低成本的优点.介绍一种基于损耗的改进的变换器设计方案,从损耗、增益、空载特性等多角度分析谐振电感、变压器激磁电感、谐振电容的影响,从而确定性能最优的系统参数.由于平面磁元件在DC/DC变换器中起着十分重要的作用,通过有限元分析软件Maxwell对多种结构形式的平面变压器进行数值仿真,确定变压器设计的最优结构,实现对LLC谐振网络的精确控制.     

基于MC33067的LLC谐振全桥变换器的应用设计

LLC变换器以其卓越的性能迅速成为DC/DC变换器的首选拓扑,而目前该拓扑大多应用在小功率半桥变换器,而在大功率全桥变换器中的应用还较少。在此提出了一种基于高性能谐振控制器MC33067的LLC谐振全桥变换器设计方案,该拓扑采用了固定死区的互补调频控制方式,巧妙利用了变压器的励磁电感和外置谐振电感与谐振电容发生谐振,实现了初级零电压(ZVS)开通以及次级零电流(ZCS)关断,并给出了输出直流电压48 V,满载功率2 kW的试验结果。试验结果表明,LLC谐振全桥变换器具有高频、高效率等优点,符合电源高功率密度、高效的发展要求。     

宽输入高增益隔离升压型DC/DC变换器

隔离升压型DC/DC变换器是一类可以将低压直流母线变换成高压直流母线并实现电气隔离的变换器的统称。该技术在新能源发电领域如燃料电池发电系统以及微逆变器系统中应用广泛,其研究热点是宽输入适应性、高增益和高效率功率变换。LLC谐振变换器很好地符合这些要求。为此,研究了基于全桥LLC谐振变换器的高增益隔离升压型DC/DC变换器,提出了单级式和两级式两种方案,单级式方案为输出稳压LLC谐振变换器,而两级式方案为Boost变换器级联输出不稳压LLC谐振变换器。分别提出了LLC谐振变换器在单级式和两级式方案中的基于最佳励磁电感的谐振腔参数设计方法,并且分别通过样机实验验证了所提出的设计方法的有效性。     

电池储能系统的双向DC/DC变换器控制策略研究

研究电网与蓄电池之间的电能变换接口装置,为改善变换器的性能,提出一种基于双重移相控制的电池储能系统的双向全桥DC/DC变换器。从理论上对双向全桥DC/DC变换器的工作特性进行了分析,以抑制电路中的回流功率为目标,根据系统的传输功率与高频变压器两侧的变比理论上推导最优移相控制量,简化移相控制量实现对双向DC/DC变换器实时控制,实现了被控量的稳定,传输效率的提高。最后,搭建的小功率实验样机表明:该控制策略可以有效降低功率传输中的回流功率。     

碱金属热电转换器功率调节系统研究

针对碱金属热电转换器(AMTEC)的伏安特性,设计了DC/DC和DC/AC两级变换的功率调节系统.功率调节系统采用高频变压器隔离,避免了工频变压器产生的一系列问题.DC/DC变换器采用移相ZVS(零电压开关)PWM全桥变换和电压闭环控制,把AMTEC在较宽范围变动的输出电压变成稳定的直流电压.逆变器控制采用优化的特定消谐PWM技术,以滤波后总谐波含量(THD)为目标函数,计算预定开关角度.整个系统具有电压输入范围宽、转换效率高、输出波形THD低等优点.     

基于变频控制的串联谐振DC/DC变换器的研究

串联谐振DC/DC变换器具有电路结构简单、在全输入和全负载范围内可实现开关管的ZVS、功率转换效率高等优点,是目前开关电源研究的热点之一。本文分析了基于变频控制的串联谐振DC/DC变换器的工作原理,阐明了变换器在三种不同开关频率下的工作特性,定量地给出了不同工作状态下变换器的输入电压、输出电压、开关频率以及谐振电感等参数之间的关系式。在一台1.5KW原理样机上的实验结果表明,该变换器变换效率最高可达96.3%,所有开关管实现ZVS,不同工作状态时变换器输入输出电压等参数关系与理论分析一致。