改进二次型Buck-Boost变换器的研究与分析

针对传统变换器电压增益低、开关器件电压应力大和输出具有较大电压纹波的缺点,通过在传统二次型Buck-Boost变换器后级增加开关电容单元和LC滤波器,提出一种改进二次型Buck-Boost变换器。对该改进变换器在连续导通模式(CCM)下的工作原理进行分析,同时从不同角度对所提改进二次型Buck-Boost变换器和其他二次型变换器进行对比,表明所提改进变换器具有良好的性能特征。最后,对改进二次型Buck-Boost变换器和改进前二次型Buck-Boost变换器进行实验分析,由实验对比可知改进后变换器输出电压增益是改进前变换器输出电压增益的(1+D)/D倍。在输出电压均为37.4 V的升压模式下,改进前输出电压纹波是改进后输出电压纹波的3倍。在输出电压均为9 V的降压模式下,改进前输出电压纹波约是改进后输出电压纹波的12倍;同时在同等输出电压的情况下,改进后开关器件的电压应力明显减小。实验和理论分析验证了所提改进二次型Buck-Boost变换器是可行的。     

改进二次型Boost变换器的研究与分析

传统二次型Boost变换器具有较高的升压能力,但其开关器件的电压、电流应力较大,增加了电路的体积与成本。笔者在传统二次型Boost 变换器的基础上,结合高增益Boost 三端网络,提出改进二次型Boost变换器,并对其连续工作模式下的工作原理及各开关器件的电压、电流应力进行了分析。分析结果表明,改进二次型Boost 变换器不仅升压能力有所提升,而且在输出电压相同的情况下,开关器件的电压、电流应力有所降低。最后,通过仿真分析验证了该变换器的正确性和可行性。     

基于耦合电感低输入电流纹波高增益DC/DC变换器

针对如何提高增益和变换效率,并降低耦合电感型变换器的输入电流纹波问题,提出一种基于耦合电感 低输入电流纹波高增益DC/DC 变换器。通过引入无源零波纹电路,降低输入电流纹波,从而减小输入电流应 力; 同时,通过合理设计耦合电感变比,可实现变换器的高增益特性。通过理论分析和仿真实验结果表明, 该变换器的输入电流纹波大幅降低,并且所有开关管均实现了软开关,大大降低了开关损耗。同时,该变换器 各器件电压应力均远低于输出电压,有利于采用低耐压元件以降低导通损耗,提高变换器的性能。     

新型开关-耦合电感二次型高增益Boost变换器

文章针对传统二次型Boost变换器升压能力有限,且开关管电压应力较大等问题,在原来的拓扑基础上变换了储能电容的位置,在保留传统二次型升压变换器优点的同时,使得储能电容的电压应力大幅度降低,减小了电容的体积和寄生电阻功率损耗;引入开关电感、耦合电感升压单元,增加变换器电压增益的同时,减小了开关管电压应力,实现了以较小的占...     

BUCK型变换器的不同工作模式分析与仿真

针对BUCK变换器的基本原理研究,分析BUCK型变换器CCM、DCM、BCM在三种不同模式下电路参数及特点,推导出不同模式下稳态电压增益和连续模式下纹波电压等电源参数公式,利用Simulink搭建BUCK变换器模型,在仿真模型中,设计不同电感、电容、开关频率等电路参数输入,输出电流及电压仿真波形,且与理论值进行比较,基本一致。实验结果表明,该仿真模型便于了解不同模式下BUCK变换器的工作特性、电路参数及对无源器件的选择。     

改进型本安Buck变换器的分析与设计

提出了一种输出具有LC滤波电路的本安Buck变换器,使得在特定的电气性能指标要求下,可不提高变换器工作频率,但能减小变换器内部的电感量及电容量,达到提升该变换器本质安全性能的目的。深入分析了该拓扑电路在电感电流连续模式(CCM)时的输出纹波电压,指出输出纹波电压最大值是在输入电压最大,负载电阻为CCM与DCM的临界电阻时取得。根据最大输出纹波电压指标要求,在给定的动态范围内,得出了本安Buck变换器电感、电容参数的设计方法。为了说明改进型Buck变换器相比于传统型Buck变换器的优势,在相同的输出纹波电压指标要求下,对传统型及改进型Buck变换器的电感、电容取值进行了比较分析,得出所提出的改进型Buck变换器采用较小的电感、电容即可满足电气性能指标要求,因而可提高其本安性能。因此,通过在Buck变换器的输出附加LC滤波电路,不仅能有效提高本安Buck变换器的输出功率,还能减小其体积。给出了设计实例,仿真与实验结果验证了改进电路拓扑理论分析的正确性及减小目标电感、电容量的可行性。     

交错并联准Z源直流变换器的研究

传统变换器由于拓扑本身结构限制,升压能力有限,需要将多级变换器串联来实现高升压,降低了工作效率及系统容错率.针对该缺点,提出一种交错并联准Z源DC-DC变换器,将交错并联应用于准Z源直流变换器中,集交错并联的扩容、降纹波优点和高电压增益优点于一身.详细研究了变换器的基本工作原理,分析了工作状态,并根据基尔霍夫电压及电流定律,推导了电压增益及器件应力.通过搭建一台38 W的实验样机,验证新型拓扑理论分析的正确性和可行性,结果表明,该变换器在实现高电压增益的同时,极大地减小了电流纹波及电容容值和体积.     

高增益开关电感磁集成组合Boost-Zeta变换器

为解决新能源发电装置的输出电压较低问题,提出一种高增益DC-DC变换器.将Boost变换器和Zeta变换器进行集成组合,引入开关电感和磁集成技术,由此得到高增益开关电感磁集成组合Boost-Zeta变换器.对变换器进行理论推导与实验验证.基于磁集成技术,设计了3个电感器的耦合集成方案,有效减小了电感的电流纹波.研究结果...     

交错控制双输入Buck变换器的工作模式及输出纹波电压分析

针对两路输入电压大小不等而导致交错控制双输入Buck变换器工作模式复杂、参数设计困难的问题,将变换器的两路输入电压分3种情况进行分析和讨论,并且建立了变换器工作于连续导电模式(CCM)和不连续导电模式(DCM)的临界负载、电感电流和输出纹波电压数学模型。研究发现,变换器的临界负载随两路输入电压压差的减小而增大,电感电流纹波及输出纹波电压随两路输入电压压差的减小而减小;当两路输入电压相等时,变换器的临界负载达到最大,电感电流纹波及输出纹波电压达到最小。最后搭建了双输入Buck变换器实验平台,并通过给定的3组输入电压进行实验分析,实验结果验证了变换器的工作模式以及输出纹波电压数学模型的正确性。研究结果可为交错控制方式的双输入Buck变换器的参数设计提供理论依据。     

四电平浮动交错Boost DC/DC变换器研究

提出一种高升压比浮动交错四电平DC/DC变换器(Four-level Floating-output Interleaved-input Boost DC/DC Converter, FL-FIBC).该变换器不仅可以实现高升压比，显著减小变换器输入电流纹波，而且开关管承受的电压应力仅为输入电压和输出电压之和的1/6,对其拓扑结构及其工作原理进行分析研究，针对非交错导通方式下输出电压纹波大的特点，提出交错导通方式.通过在MATLAB仿真中搭建仿真，验证了所设计控制器的有效性.     

恒定导通时间控制的交错式功率因数校正电路

常规单相Boost功率因数校正( PFC)电路存在功率器件电压开关应力大问题,对此提出了一种基于电感电流临界导通模式的恒定导通时间( Constant On-Time, COT)控制方法。运用COT控制策略,开关管在低压时实现零电压( ZVS)开通,高压时实现谷压( VS)开通,大大地降低了功率开关器件的电压应力。论文分析了电路的工作原理,讨论其设计方案,并研制了一台600 W样机。实验结果表明：该交错并联PFC变换器降低了输入、输出电流纹波和开关器件的电流应力,降低了变换器的开关损耗和电磁干扰。     

一种倍流同步整流有源箝位DC/DC变换器的研究

为提高低输出电压的ＤＣ／ＤＣ变换器的效率,提出了一种倍流同步整流有源箝位ＤＣ／ＤＣ变换器,电路拓扑主要包括有源箝位电路、隔离变压器和倍流同步整流电路。分析了该变换器的工作原理,并进行了稳态分析,给出了各开关器件的电压、电流应力公式。理论分析表明,该变换器的开关器件的电压应力特性优异,开关器件均可实现零电压开通,适用于较宽的输入电压范围和较高的开关频率,实验样机得到了较高的效率和功率密度。     

含电压提升单元的非隔离升压变换器

提出一种新型的非隔离型高升压变换器拓扑,该变换器由一个基本Boost单元和耦合电感、电容、二极管组成的电压提升单元(coupled inductor capacitor diode cell)构成。该变换器增益比传统Boost变换器高N倍电压增益,可有效避免高升压应用场合极大占空比的出现。由于CICD单元中储能电容存在,开关管电压应力降低,因此可以选择低电压应力器件来提升效率;储能电容同样降低了输出二极管的电压应力,缓解了反向恢复问题,进一步提高了效率;CICD升压单元中二极管实现了零电流关断,解决了二极管的反向恢复问题。首先对拓扑的推演进行了阐述,然后详细分析了变换器工作原理及性能特点,最后通过saber仿真验证了理论分析的正确性。     

一种交错式新型多输入高增益Boost变换器

由于传统Boost电路只能对单一输入源实施变换,且有升压能力不足、开关器件电压应力高的缺陷,难以满足光伏发电系统前端发电单元模块多、电池输出电压低的实际需求。通过电路拓扑推演,以传统Boost电路为基底,运用交错式控制技术,提出了一种新型的可适用于光伏发电系统前端的多路输入高增益Boost变换器。基于该变换器电路,对2路输入的变换器开展了原理分析与性能分析,并将分析结果推广至多路输入,揭示了变换器提高电压增益、实现多路输入源变换的机理。为验证理论分析的正确性,搭建了一个3路输入的变换器电路实验系统,结果表明,较之传统Boost电路,所提变换器具有电压升压比高、开关器件电压应力低、可实现多输入联合供电的特点。     

一种改善开关电容变换器工作特性的控制方法

以实现开关电容变换器的低输出电压纹波和提高变换器轻载时的效率为目的,基于电容电荷的平衡原理,提出了一种脉冲序列对的变换器控制方式。分析了变换器在新型控制方式下的工作过程。通过研究开关电容变换器开关损耗和线路寄生参数损耗的特点,分析了新型控制方式在实现低输出电压纹波时对变换器效率的改善作用。通过实验验证了新型控制方式对开关电容变换器工作特性的改善作用。     

三相交错式大变比双向DC/DC变换器研究

针对传统双向DC/DC变换器变压比较小的问题,采用三相交错式拓扑结构,使变换器具有大变压比,可以实现Boost和Buck两种工作模式.在Boost模式的输入端将三个输入电感并联来减小电流纹波,输出端将三个分压电容串联来提升电压比;在Buck模式的输入端用分压电容串联的结构来提升降压比,输出端采用电感交错并联的结构来降低电流纹波.仿真结果表明,开关管的电压应力在这两种模式下均得到了降低.优化双向DC/DC变换器输入、输出端拓扑结构,可显著提高其变压比,降低开关管的电压应力.     

Buck-Boost变换器的模型预测控制

为更好地控制Buck-Boost变换器输出电压,采用考虑管压降的状态空间平均模型,使用模型预测控制进行输出电压的控制.选取合适的二次性能指标作为模型预测控制的目标函数,使变换器具有较快的响应速度和较小的电压超调量,同时设置电容电压和电感电流的约束条件,以保证Buck-Boost变换器的安全性.研究结果表明:模型预测控制在Buck-Boost变换器中具有很好的控制效果.     

基于耦合电感与倍压电容的高增益Boost变换器

针对目前新能源发电系统中的DC/DC升压变换器,普遍存在着输出电压低、开关管峰值电压大等缺点,提出了一种基于耦合电感与倍压电容高增益Boost变换器;该变换器引入耦合电感以及两个倍压电容提高了电压增益;所提结构有效吸收漏感能量,降低开关管电压应力和变换器的损耗,抑制开关管电压尖峰,实现开关管的零电流开通,并且利用耦合电...     

基于升降压的高效率低纹波LED驱动芯片设计

设计了一款基于同相Buck-Boost变换器的LED驱动控制芯片.设计的控制电路实现了从降压模式到升压模式的平滑切换,从而保证了系统的稳定性并减小了输出电流纹波;在Buck-Boost过渡模式工作状态下,控制电路降低了平均电感电流,因而提高了系统转换效率.此外,控制电路中设计了一种自动调零的误差放大器,减小了放大器的输入失调电压和闪烁噪声,输出电流的精度得以提高.在180 nm CMOS工艺上流片的测试结果表明:当输入电压为2.7～5.0 V,输出电流为850 mA时,纹波率不超过3%;当负载电流为150 mA、输入电压为5 V时,驱动电路的转换效率高达95%.     

一种正激式ZVT-PWM高频软开关充电机的研究

高频软开关技术可有效地减小功率开关器件的开关损耗和应力.介绍了一种正激式ZVT-PWM (zero voltage transition-pulse width modulation)高频软开关功率变换器的工作原理.利用辅助ZVT网络使得变换器的主开关和高频整流器件均工作于零电压软开关状态.分析了变换器的工作过程,给出了一个开关周期中的等效电路和主要的开关波形.讨论了这种软开关变换器的不足,提出了减小辅助管电压、电流应力的折中考虑,对ZVT-PWM变换器进行改进.利用这种软开关技术研制了一台用于电动汽车的车载充电机,给出了充电机的控制系统框图,简单介绍了充电机的工作原理.最后给出了运行波形和试验结果.