一种混合调制的五电平LLC谐振变换器

针对拓宽LLC谐振变换器的电压增益,提出一种五电平LLC谐振变换器,由两个三电平(TL)桥臂、主/辅助变压器、谐振器件和一组整流桥构成。两个三电平桥臂的直流侧并联,交流侧则通过辅助变压器串联。两个三电平桥臂工作在调频或者移相方式下,依据输出电压需求得到低、中、高三种电压增益工作模式。在低电压增益模式下,只有主桥臂电路工作在调频(PFM)方式下。在中电压增益模式,主桥臂工作在定频方式,而辅助桥臂工作在定频+移相方式。在高电压增益模式,主/辅助桥臂同时工作在调频方式下。与传统三电平LLC谐振变换器比较,新电路在低压输出时电路开关频率更低;在同样的谐振参数下,具有更高的电压增益,更适合宽输出范围使用。详细分析了新拓扑的工作原理,并与传统拓扑进行了对比分析。研制了一台90～220 V输出的样机,测试表明在宽输出范围内,低电压增益模式下新拓扑较传统拓扑效率能提升1. 9%,验证了理论分析的正确性。     

一种基于内置变压器的高增益双向DC-DC变换器

提出一种应用在储能系统的双向DC-DC变换器,其具有电压增益高、电压应力小和软开关范围宽的优势。通过将内置变压器集成在飞跨电容结构和2个交错的Buck/Boost结构中,可以同时实现电压增益高和电压应力小。内置变压器结构的特点是磁芯中的磁通可以相互抵消,避免了磁饱和,从而有效地减小磁性器件的体积。通过采用交错的结构,低压侧的电流纹波明显减少;通过调节占空比,实现变压器原、副两边的电压匹配,从而减少环流;同时,通过采用移相控制,可以单调地调节传输功率;合理设置参数后,所有MOSFET可以实现宽范围的软开关。详细给出了工作原理和稳态分析,并设计了额定功率为1kW的实验样机,以验证所述变换器的可行性。样机的效率在升压模式和降压模式下是相似的,这表明该变换器的效率是不受功率传输的方向影响的;在低压侧电压变化时,该变换器的效率变化不大。因此,所提变换器适用于需要高电压增益、宽电压侧电压范围的储能系统。     

储能系统双向隔离直流变换器新型控制策略

为了实现高压接入低压输出储能系统中三相双向隔离直流变换器的高效应用,设计了一种新颖的控制策略。三相直流变换器中隔离变压器采用星三角连接可减少高压侧电压应力和低压侧电流应力。新方案利用开关频率控制调节直流变换器输出电压,并在高于开关频率点后,结合使用了一种谐振电路的移相算法,以减小特定功率下的开关频率范围。同时,对全功率...     

高功率密度宽增益CLLC谐振变换器的设计研究

设计了一种用于给蓄电池充放电的1 kW CLLC双向谐振变换器,该变换器高压侧为400 V母线,低压侧为蓄电池组,电压变换范围为35～50V。通过采用氮化镓器件和优化设计整个电路,该变换器的谐振频率为500 kHz,功率密度达到6.9 W/cm~3,最高效率达到96.24%。同时,为进一步提高该变换器调压范围,提出一种将移相调制与频率调制相结合的调制策略,该策略解决了谐振网络在空载或轻载环境下难以实现低增益的问题。另外,针对CLLC的双向工作特性及高压侧和低压侧开关管的不同工作特性,提出了一种利用数字信号处理器(DSP)对采集到的电压电流信号进行分析来判断整流管开关时间的同步整流策略,大大简化了电路结构。     

带耦合电容型桥式ZVS直流-直流变换器

提出一种零电压开通(ZVS)的直流-直流变换器。在一种桥式开关管结构的基础上,通过在串接的两个变压器一次绕组两端并联一个耦合电容Cb,为电路的正常工作构造两个一次绕组共同导通的条件,使得两个绕组能够实现均流。变流器采用移相控制技术,不含输出侧滤波电感,而是利用变压器漏感传递能量,使得四个开关管都能获得宽负载范围的ZVS。二次侧采用开关电容倍压技术,提高了输出电压增益。详细分析了变换器各阶段工作原理、电压增益特性、ZVS实现条件以及Cb的设计。制作了一台开关频率50k Hz、负载600W、42V输入/250V输出的实验样机,该样机在轻载下就能达到92%以上的效率,实验波形验证了理论分析的正确性。     

用于微电网储能装置的新型双向变流器

双向变流器作为储能装置和高压直流母线的接口,是微电网中必不可少的组成部分。为了更好地解决微电网的功率不平衡问题,提出一种用于微电网储能装置的新型双向变流器。在高压侧将三电平电路集成到一对交错半桥双向电路中,可以同时实现电压增益高和器件应力低;在低压侧采用两相交错的方式,能有效减少储能侧的电流纹波,并使内置变压器两侧电压匹配,从而减小循环电流;采用移相控制策略,实现对功率流动的控制。最后,设计了一台低压侧电压40～60 V、高压侧电压400 V、额定功率1 kW的样机进行实验验证,理论分析结果与实验结果一致地证明了所提出变流器的可行性。     

软开关高增益Buck-Boost集成CLLC型直流双向变换器

研究一种Buck-Boost集成CLLC直流双向变换器,适用于输入输出共地且宽输入电压范围场合应用。直流双向变换器通过Buck-Boost与CLLC电路原边集成、CLLC副边母线电容叠加到原边母线电容上实现高增益。半桥CLLC电路与Buck-Boost电路集成,通过定频PWM同步控制;有助于开关管在较宽输入电压和负载范围实现软开关、高功率密度。该文分析了变换器的拓扑结构及工作模式,理论推导出变压器匝比取n_1:n_2=1:1即可获得高增益,减小了高频谐振变压器的体积和原边的谐振电流。此外,研究Buck-Boost电感L_b对变换器的软开关特性影响,给出了软开关实现的工作条件。搭建了一台低压侧适用电压20~80V、高压侧适用电压100~400V,双向功率600W的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性及方案的可行性。     

宽增益高效率CLLLC变换器的变频双移相调制策略

在输入电压宽范围变化时,变频调制CLLLC变换器存在开关频率变化范围宽的问题,而移相调制CLLLC变换器难以实现宽范围零电压导通（ZVS）。为了实现宽输入电压CLLLC变换器的高效率,该文提出一种变频双移相调制方法。通过同时调节开关频率、一次侧全桥和二次侧全桥之间的移相角,拓宽CLLLC变换器的增益并提高其效率。采用时域分析法求解变频双移相调制CLLLC变换器的电压增益与谐振电感电流有效值,并分析频率以及移相角对电压增益和谐振电感电流有效值的影响。最后,通过搭建一台100～300 V输入、48 V/400 W输出的实验样机,验证了理论分析的正确性。     

基于MMC技术的高压变频系统控制策略

针对现有高压变频器存在的一些问题,提出一种基于模块化多电平变换器(MMC)技术的高压变频系统拓扑结构,由网侧变换器、直流母线、机侧变换器构成AC/DC/AC变频结构,无需多重化移相变压器,具有网侧功率因数高、电流谐波畸变率低、易实现四象限运行等优点。网侧变换器采用功率外环、电流内环的控制方式,机侧变换器采用开环的交流电压控制方式,采用三角载波移相调制作为MMC的调制策略。最后在PSCAD软件中搭建了仿真模型,并搭建了低压实验样机,验证了控制策略的有效性。     

一种可变结构型高效宽增益多谐振软开关直流变换器

该文提出一种可变结构的多谐振软开关直流变换器.此变换器采用双变压器结构,运用两个互补导通的辅助开关管进行变换器拓扑结构的转换.相互变换的工作模态有三种,能够满足不同工况对高电压增益或高变换效率的要求.此外,该文通过合理设置谐振频率和增益点的方式对变换器的谐振参数进行设计.随后,针对额定条件下变换器同时传递基波和3次谐波能量的工况,构建同时考虑基波和3次谐波的损耗模型,对变换器的损耗分布进行详细估算.最后,为验证理论分析的可靠性,基于一台实验样机对所述变换器进行功率实验验证,在输入电压80～600V变化范围内,输出电压始终稳定在400V,在获得较宽电压增益范围的同时实现了全增益范围内的高效率变换,变换器最高效率达97.6％.     

一种全功率范围零电压开通的电流型双向隔离DC-DC变换器

针对传统电流型双向变换器存在的低压侧开关高电压尖峰和硬开关现象,提出一种可在全功率范围内实现实际零电压开通(ZVS)的电流型双向隔离DC-DC变换器。该变换器的一次侧Boost半桥能有效抑制开关管的高电压尖峰;二次侧为两个有源半桥并联,通过调整二次侧桥内移相角可改变实现ZVS的反向电流的大小。该变换器通过采用混合移相+脉宽调制(PWM)控制,可使所有开关管在全功率范围内实现实际ZVS。首先,介绍变换器的工作原理;然后,详细分析变换器的功率传输特性和软开关特性;最后,搭建一台30~60V输入、400V/2.5A的实验样机,验证了所提变换器及其控制策略的优势。     

一种高增益软开关直流变换器的分析与设计

在无需变压器隔离的光伏并网发电系统中,在光伏电池和并网逆变器之间须采用非隔离DC/DC变换器完成高增益变换.为此,提出了一种高增益软开关直流变换器,在相同电压增益条件下,其相对于传统升压变换器具有占空比更低、开关损耗更小、电压应力更低的优势.在分析变换器工作原理的基础上,对其性能进行了详细分析,最后搭建了一台48 V输...     

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Flyback-Boost非隔离型高增益直流变换器

提出一种Flyback变换器与Boost变换器相结合的非隔离型高增益直流变换器。该变换器中的Flyback变换器变压器原边电感和Boost变换器电感共用,Flyback变换器的开关管和Boost变换器开关管共用,Flyback变换器的输出和Boost变换器的输出串联,变压器漏感能量能够回馈到Boost变换器的输出,从而获得高增益高效率特性。电路具有结构简单、开关器件电压应力减少的优点。详细分析了拓扑工作原理、电压增益与效率特性。制作了一台100kHz开关频率/80W负载/24V输入/200V输出的实验样机,样机在轻载下可达到91.6%的效率,实验波形验证了理论分析的正确性。     

燃料电池发电系统中功率变换器的研究

针对燃料电池输出电压等级较低变化范围较宽的输出特性,研究了一种新型变换器,该变换器由前级高增益直流变换器与后级交流变换器组成级联结构。高增益直流变换器采用平均电流控制策略,实现了较高增益的升压及稳压功能,且具有较低开关管电压/电流应力;后级交流变换器采用改进型虚拟同步发电机算法,能够快速准确的跟踪负荷变化、实时无误差的调节频率并具有良好的无功电压下垂特性。通过分析可知:仿真时前级直流输出电压一直稳定在700 V,当无功功率增加200 Var时,电压幅值的波动约为0.5 V,逆变器输出频率不随负荷的波动而发生变化,稳定在50.012 Hz;实验时该直流变换器具有较高的电压增益,可达20倍的增益,并能够稳定在期望值50 V附近稳定工作。仿真及实验分析都验证了采用的拓扑电路结构和控制方法的可行性。     

PWM控制的双向LLC谐振变换器

针对能源互联网和电动汽车等所需储能系统,提出一种具有宽输入和宽输出电压范围的双向谐振变换器。该变换器是在双向LLC谐振变换器拓扑结构的基础上,通过在二次侧加入辅助开关构成。变换器采用定频控制方式,利用一次侧全桥-半桥之间的切换配合二次侧辅助开关的脉宽调制(pulse width modulation, PWM),以实现宽增益变换,可以应用在电压增益有4倍变化的场合。所提变换器在工作过程中功率器件均工作于软开关状态,有利于提高变换器效率,采用定频控制有利于变压器的设计。对变换器的正反向工作原理和调制策略进行了详细分析,最后搭建了一台最大功率为3kW的实验样机,实现了400V直流母线与105～420V的蓄电池组之间的双向功率变换,完成了系统实验。实验结果验证了该变换器可实现双向功率变换,并且具有宽电压增益和高效率。     

一种三电平全桥直流变换器新型控制策略研究

三电平全桥变换器的移相控制策略中,不能使所有开关管实现软开关条件;斩波加移相控制策略中,隔离变压器原边绕组电压谐波总畸变率(total harmonic distortion,THD)高。针对这一问题,提出一种新的对称双移相控制策略。将对称双移相控制策略与斩波加移相控制策略进行对比研究。通过对对称双移相控制策略下开关过程进行分析,得出所有开关管均能实现软开关条件;通过对变压器原边电压进行傅里叶分析,得出该控制策略下变压器原边绕组电压谐波总畸变率低。通过分析谐波总畸变率随斩控角的变化规律,得出该控制策略下变换器的最优稳态工作点。制作一台三电平全桥直流变换器科研样机,对该文的分析进行验证。     

宽范围输入三电平半桥LLC变换器混合控制

针对传统变频(PFM)控制的LLC谐振变换器在宽电压输入条件下效率低的问题,提出一种三电平半桥LLC谐振变换器的变频-移相(PFM-PS)混合控制策略。首先,分析三电平半桥LLC谐振变换器的工作模态,建立其等效模型,获得了移相控制和变频控制下的电压增益曲线。其次,分析了变频控制的工作区间与软开关特性,推导得到了移相控制下实现软开关的最小占空比。通过混合控制策略,在升压时采用变频控制和在降压时采用移相控制,相较于全变频控制和全移相控制,混合控制可在较小频率变化范围内对电压进行升降压,在全增益范围内实现软开关,获得较宽的电压增益范围,提升了变换器的效率。最后,通过仿真和输入500～800 V/4.5 kW实验样机验证了所提出混合控制策略的有效性。     

一种带抽头电感的高增益双向直流变换器

针对目前采用的非隔离型双向直流变换器电压增益不高的问题,提出了一种带抽头电感的高增益双向直流变换器。通过在电路结构中采用抽头电感及电荷泵技术,变换器在不使用变压器的情况下获得较高的电压增益。通过在变换器电路结构中采用有源缓冲电路,变换器有效减少了开关损耗,提高了效率。在理论分析的基础上,试制了一台400 W的样机。实验结果表明,带抽头电感的高增益双向直流变换器的工作状态与理论分析一致,工作性能稳定。在400 W功率范围内对变换器进行效率测试的结果表明,带抽头电感的高增益双向直流变换器在较大功率范围内效率高于95%,效率性能良好。     

面向微电网的高增益比储能双向直流变换器

双向直流变换器是微电网储能系统的核心装置。首先对一种能够高效衔接低压储能蓄电池和高压微网直流母线的非隔离高增益比双向直流变换器进行了研究分析,所提双向直流变换器由双向Buck-Boost变换器和有源倍压整流电路通过耦合电感集成得到,有利于减小开关管的电压应力;然后采用占空比调节加移相控制,分别用于稳定中间电容和输出端的电压;采用该控制策略可以有效减小绕组电流有效值,降低导通损耗,且所有开关管均能够实现软开关,变换器效率得到极大提升;再详细分析了变换器的工作原理、输出特性以及参数设计;最后搭建了1 k W的实验样机并进行了实验验证。