通信电源变换器轻重负载切换效率优化

针对轻重负载直流电转直流电（direct current direct current，DC DC）的转换效率不高，传统LLC电路控制方式无法满足5G通信电源能耗要求这一问题，采用LLC最佳谐振频率段临界值触发母线电压调压的控制策略，提高通信电源在轻重负载切换的工作效率，优化DC DC变换器。该方法主要利用LLC谐振频率对母线电压进行调制，降低因负载变化而导致LLC电路失去副边二极管的零电流关断（zero current shutdown，ZCS）。Matlab仿真实验结果表明，该方法能把LLC电路的开关频率稳定在最佳工作点附近，并能够保持副边二极管的ZCS，使其在全负载范围内的效率提升了41%。     

2.45 GHz工业微波电源控制系统设计

2.45 GHz微波磁控管在工业与家用中被广泛使用.用半桥LLC谐振变换器作为主电路,以STM8嵌入式系统为核心设计了电源的数字化控制系统,并通过改变主电路开关管的开关频率与占空比实现有源功率因数校正(APFC)以及输出功率调节.电源的输出为恒功率控制,同时加入了对过温、过压、过流的诊断与调节控制算法.实验结果表明,该电源可安全可靠的工作在软开关状态;并以额定功率为1.2 k W的不同型号磁控管验证了电源的负载自适应能力;输出功率可在500 W~1 200 W之间变化,步进值为20 W;在额定工作状态下输入功率因数可达到0.98,电源的效率高于95%,该电源成本较低,且可实现多单元总线控制.     

基于SiC MOSFET的谐振软开关等离子体电源

利用SiC MOSFET能简化电路拓扑、提高电源的功率密度和效率.为推动大功率等离子体电源的升级换代,提出了一种采用新型SiC功率器件的全桥谐振变换器.该谐振变换器的主电路采用LLC Zero Voltage Switching(ZVS)拓扑结构,可将谐振换流频率范围增大至260～310 kHz.设计的高频高压全桥LLC ZVS谐振变换器样机的额定输出功率为8 kW,输出电压为270 V.对所研制的8 kW级SiC MOSFET全桥LLC ZVS谐振变换器样机的驱动性能、换流过程、温升以及效率进行了测试,结果表明,研制的谐振软开关等离子体电源性能优良,工作稳定可靠,效率和功率密度均优于使用传统Si MOSFET的LLC谐振变换器.     

新型零电流PWM全桥DC-DC变换器

为降低IGBT在关断过程中所产生的损耗,提高电源的开关频率.通过在变压器副边增加一个由谐振电感、谐振电容、辅助箝位二极管以及辅助开关管组成的辅助电路,在主开关管关断之前短暂开通辅助开关管,通过谐振电感和谐振电容之间的谐振使原边电流迅速复位,从而实现主电路开关管的零电流开关(ZCS).实验结果表明,此变换器可在全负载范围内实现所有开关管的ZCS和输出整流管的软换流,其辅助电路的谐振电感还具有帮助主电路实现主开关管软开通的功能.这种拓扑结构简洁,可以较好地实现软开关且不会增大整流二极管的电压应力,变换器的效率也达到了90%以上且有提升空间.     

基于LLC与交错并联结构的PFC电路研究

针对高频开关电源,设计一种基于Boost结构的功率因数校正(PFC)电路.前级采用交错并联的Boost结构,利用平均电流控制策略,实现输入侧的功率因数校正;后级采用半桥LLC谐振变换电路进行功率级变换,以实现电力电子器件软开关控制,从而降低系统开关损耗.通过电路系统建模仿真,表明输入电流能较好的跟随输入电压,半桥LLC谐振变换电路在原边实现了零电压开通(ZVS)、副边实现了零电流关断(ZCS),达到了优化电能质量及降低电能损耗的设计目标.     

用于脉冲叠加器的LLC谐振充电源的研究

为了更好地满足串联磁芯结构的脉冲叠加器充电需求,设计了一款结构紧凑、开关频率较高的全桥LLC变换器充电源,并提出附加平衡绕组的方法,解决了每级储能电容充电电压幅值不一致的问题。在对变换器的结构设计、工作过程、参数设计进行了阐述分析后,搭建了10级脉冲叠加器及谐振变换器充电源实验平台。实验表明:该充电源在开关频率100 kHz时实现了软开关功能;使用附加平衡绕组的方法能够有效提高每级电容充电电压的一致性;通过调节变换器充电源的充电电压,脉冲叠加器能稳定输出幅值8 kV、脉冲宽度2μs、频率10 kHz的高压脉冲,满足脉冲叠加器的充电需求。     

全桥LLC串联谐振X光机高压直流电源

针对X光机电源的全桥移相拓扑结构存在占空比丢失问题,提出一种全桥LLC串联谐振变换器与单相双向对称倍压整流电路相结合的高频高压X光机电源。在主电路中,采用全桥LLC串联谐振、高压变压器、单相双向对称倍压整流电路;从理论上分析了零电压软开关工作条件,建立主电路基波等效(fundamental harmonic approximation,FHA)模型,并对主电路的参数进行设计。仿真结果表明：输出电压可以在40～120 kV内连续可调,不存在占空比丢失;输出电压上升时间短、纹波小。证明了所提出拓扑的正确性和可靠性。     

开关磁阻电机功率电路的软开关策略及仿真

提出一种开关磁阻电机驱动系统(SRD)功率变换器的新型软开关策略.通过在电源与开关磁阻电机(SRM)相绕组开关电路间插入准谐振直流环节电路,并在各相绕组开关上并联缓冲电容器以实现相开关的零电压开通和关断.在介绍该策略的电路拓扑及特点基础上,分析了相绕组开关零电压开通原理;结合公共开关型SRD功率变换器中公共开关的斩波过程,对电路的控制时序和谐振模式进行分析.针对谐振电感储能不同及SRM绕组电感变化对谐振的影响进行仿真.结果表明,只要参数选择合理谐振波形就不受SRM绕组电感变化的影响,并且试验验证了相开关及辅助开关的软开关特性.     

Boost型ZVT-APFC电路的实验研究

零电压转换(ZVT)变换器是一种性能优良的软开关电路，与一般的零电压准谐振电路相比，其功率开关管的谐振电压应力较小。对Boost型的ZVT软开关电路及其改进型电路进行了比较，推导出工作过程的各种状态，并设计了应用UC3855 APFC的控制芯片的ZVT单相整流电源，给出了仿真、实验结果和主要参数的设计。实验表明，该电源具有损耗低、效率高、开关噪音小等优点。     

全桥移相软开关IGBT弧焊逆变电源设计

针对普通的PWM控制的弧焊逆变器 ,在高频情况下会产生很大的开关损耗 ,影响电源的可靠性问题。提出了功率管利用谐振电感和谐振电容的谐振 ,在零电压下开通或关断。来减小开关损耗的方法。设计了采用IGBT作为开关元件的软开关弧焊电源 ,实现了移相控制的电压软开关桥式逆变电路和采用电流传感器的电流反馈系统及驱动电路。试验结果证实了该电路具有开关损耗低 ,可靠性高的优点。     

并联谐振型微细电火花线切割加工脉冲电源

为了提高微细电火花线切割(WEDM)效率和表面质量,应用并联谐振电路原理,研究出新型的并联谐振型微细WEDM脉冲电源．该脉冲电源利用其辅助电路中谐振电感和谐振电容的高频振荡,在MOSFET管的两端获得零电压或零电流的开通关断条件,降低了开关器件的开关损耗,提高了开关频率,并且可以获得很窄脉冲宽度和很小的单个脉冲放电能量．与传统的脉冲电源相比,此脉冲电源提高了微细WEDM速度和表面质量,并且能切割出高质量的齿顶圆直径为0．3mm的微小齿轮．实验结果表明,这种高质的脉冲电源为改善微细WEDM整体性能、拓展加工领域提供了技术保证．     

大功率铅酸动力电池带负脉冲充电系统设计

根据铅酸动力电池本身特性,分析了在充电过程中带负脉冲放电能够提高电池对于充电电流的接受率;设计了大功率铅酸动力电池带负脉冲放电的脉冲变电流快速充电系统,给出了系统的硬件框图,以及主电路图。使用该系统对48V100Ah电动车辆用铅酸动力电池进行充电实验,得到了系统主电路效率曲线、带负脉冲充电电流曲线以及充电容量曲线。由实验证实,该系统所采用的带负脉冲放电的脉冲变电流充电方法使得充入电池同样容量的充电时间缩短,且该充电系统在高频下满载效率为92.7%,功率在1 600 W时达到系统最高效率点93.2%,经连续运行无任何问题。     

IGBT半桥串联谐振高频感应焊接电源

针对传统高频感应焊接电源存在开关损耗大、功率因数低、大功率输出电路稳定性差的问题,设计一种以IGBT为开关管的半桥串联谐振高频感应焊接电源,并制造试验样机一台,实验结果表明该设计方案采用 新颖频率追踪电路保证了开关元件在各种负载条件下可靠工作在零电流软开关状态,并且利用自动稳压电路使整机工作可靠性得到提高.     

真空断路器直流操作电源电池充电单元设计

电池充电单元是真空断路器操作电源中的核心部件,事关整个电源系统的性能优劣.该设计提出了一种新型的电池充电单元,其功率转换环节采用反激式变换电路,可有效提高功率密度、减少系统体积和成本;控制环节基于UC3844型专用芯片,实现峰值电流控制模式,可有效提高系统运行性能.设计了专门功能电路,可实现电池充电三段模式转换功能和电池保护报警功能.实验室测试结果表明,所设计的电池充电单元输出电压精度较高,具有良好的静态和动态特性.     

高压开关电源在X-射线探伤中的应用

介绍一种采用移相控制的串联谐振高压开关电源原理,并对此电路进行了理论分析.采用四组相同电路进行互差45°分时叠加控制,以提高谐波频率.实验表明,本电源利用变压器的漏感参加谐振,可减小分布参数的影响,并实现了恒频控制和软开关特性,与常用的串联谐振电路相比该电路谐振电流峰值要小得多.多模块串联工作,可实现冗余设计以提高整机的可靠性.在工作条件恶劣的X射线探伤中具有广阔的应用前景.该方案广泛适用于高压、大功率、负载变化大的电源.     

一种TNPC三电平逆变器的零电流软开关技术

为了改善变流器的谐波含量和效率,多电平拓扑被广泛应用于光伏和储能领域.同时,采用软开关技术能够降低开关损耗.针对T型中点钳位式(TNPC)三相三电平结构,提出了一种新型的零电流软开关变流器拓扑.该软开关拓扑每相仅需要额外使用两个辅助谐振开关器件和一条LC谐振支路,拓扑控制简单,不需要改变传统的PWM调制方法,辅管的开通时间只由LC谐振参数决定.就能保证主桥臂和辅助桥臂的开关器件实现零电流转换(ZCT),提高了系统的效率.通过换流过程方程和状态平面图,对所提出软开关技术的工作原理和控制方法进行了详细的分析和推导.通过半桥样机实验验证了所提出软开关拓扑的可行性.     

电压箝位ZVS推挽三电平直流变换器

为解决推挽变换器中存在的开关管电压应力高,难以实现软开关,关断时会导致整流二极管产生很高的电压尖峰等问题,提出了一种电压箝位零电压开关推挽三电平变换器.对该变换器采用移相控制可使得超前管依靠滤波电感的能量、滞后管利用谐振电感的能量实现零电压开关,同时加入的箝位电路可使输出整流二极管后的电压尖峰得到消除,改善了输出整流二极管的工作条件.由于加入了谐振电感造成副边有一定的占空比丢失,给出了计算公式.最后分别给出了开关管实现零电压开关的实验波形及变换器效率曲线.     

LLC谐振变换器软开关边界理论及最小死区设计

LLC谐振变换器已经在开关电源领域得到了广泛应用,但现有的关于变换器软开关实现条件及死区时间设计的研究还存在明显不足.为此,本文以LLC谐振变换器软开关工作特性为研究对象,建立了死区时间内变换器的精确等效模型,并在此基础上提出了变换器的软开关边界理论.该理论根据死区时间内电荷供给量与需求量的平衡关系,以及死区时间与谐振电流回零时间的大小关系,将变换器工作区域分为一个软开关工作区域和三个非软开关工作区域,并归纳得到了软开关边界曲线.分析了变换器在最差工况下也能实现软开关的最小死区,并推导得到了最小死区的数学表达式.最后,结合一款300W的样机进行了实例验证,理论设计与实验结果的吻合验证了理论分析的准确性.     

一千瓦零电压软开关高功率因数变换器

提出了一种零电压软开关高功率因数变换器电路.主电路采用准谐振PWM-Boost软开关拓扑结构,控制电路采用平均电流控制技术和软开关控制技术相结合的形式.文中分析了该电路的工作原理,给出了电路参数归一化曲线及设计指导.实验结果表明,该电路在整个输入电压范围内都能保持软开关特性,达到了高功率因数和高效率的目的.在输入电压为220 V,工作频率为65 kH z,电路输出功率为1 000 W时,实测工作效率为95.3%;经对入端电流频谱分析、计算,功率因数达到0.998 8.     

半桥式零电流转换谐振变换器的研究

对一种半桥式零电流转换谐振变换器 (HBZCTRC)电路拓扑结构进行了详细的分析 ,通过在开关桥臂增加有源辅助谐振网络的方法来实现变换器主开关绝缘栅双极性晶体管 (IGBT)的零电流关断。该变换器的零电流开关范围非常大 ,与负载无关。文中详细分析了它的工作原理 ,给出了在半个周期的主要电流电压波形和各个阶段的电路状态图。并分析了辅助谐振网络参数对变换器工作的影响。研制了一台采用半桥式零电流转换谐振变换器的主电路结构的 IGBT弧焊电源样机 ,实验验证了这种零电流变换器具有适应电压电流变化范围广的特点