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一种适用于宽范围输出的复合谐振型全桥变换器

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中国电机工程学报 2020年第20期40卷 6694-6703页

作者：袁义生赖立华东交通大学电气与自动化工程学院江西省南昌市330013

该文提出一种适用于宽范围输出的复合谐振型全桥变换器。该变换器在传统全桥电流馈变换器基础上,增加输入电感的副边绕组构成Flyback模态,在主变压器侧串联电容构成LC谐振模态,通过对输入电感和开关管复用,实现Boost储能、LC谐振、Flyb... 详细信息

该文提出一种适用于宽范围输出的复合谐振型全桥变换器。该变换器在传统全桥电流馈变换器基础上,增加输入电感的副边绕组构成Flyback模态,在主变压器侧串联电容构成LC谐振模态,通过对输入电感和开关管复用,实现Boost储能、LC谐振、Flyback模态3个模态。各个模态的组合可实现高、中、低3种电压增益,由此可拓宽电压增益范围和提高功率密度。与传统LLC变换器相比,该变换器采用PWM控制,励磁电感对电压增益无影响,且开关管均可在全负载范围和全输出电压内实现软开关状态,同时Flyback模态的引入降低了低增益、低功率工况下损耗。文中首先利用时域详细分析分析变换器各个电压增益模式的工作过程和电压增益。其次以100V输入和50~150V输出的实验样机为例,给出变换器设计和控制方法。实验结果验证了该变换器分析的有效性。

关键词：变换器 Boost LC谐振 Flyback 宽范围输出

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宽范围输出的改进LLC谐振变换器设计

宽范围输出的改进LLC谐振变换器设计

作者：吴孝颜浙江大学

学位级别：硕士

高频电力电子技术一直都是电力电子学的一个重要发展方向,提高电力电子变换器的工作频率可以有效地提高系统功率密度,但是高频化也意味着开关损耗的增加,为此软开关技术应运而生,LLC谐振变换器也因其软开关特性得到了大量的关注和应用... 详细信息

高频电力电子技术一直都是电力电子学的一个重要发展方向,提高电力电子变换器的工作频率可以有效地提高系统功率密度,但是高频化也意味着开关损耗的增加,为此软开关技术应运而生,LLC谐振变换器也因其软开关特性得到了大量的关注和应用。随着新能源发电、电动汽车以及通讯行业的飞速发展,要求变换器实现宽增益的同时能够保持较高的整体工作效率,但是传统LLC谐振变换器仅在谐振点附近工作时效率比较有优势,并不适用于宽增益场合,为此本文针对宽范围输出电压和输出功率场合对传统LLC谐振变换器进行改进和优化设计。本文首先将变频移相混合控制与全桥半桥拓扑切换相结合,对传统LLC电路拓扑进行变模态控制,包括全桥变频(FBFM)、全桥移相(FBSM)以及半桥变频(HBFM)三种控制模态,使之在实现宽增益的同时避免频率调节范围过宽;并基于此控制策略提出一种励磁电感最大化的参数优化设计方法,可以在保证宽增益和原边开关管ZVS的基础上减小谐振电流,从而提高整体工作效率。基于传统LLC谐振变换器拓扑结构,提出了一种交错并联LCLC谐振变换器拓扑,采用变频加移相的混合控制策略。通过电容与电感串联实现等效励磁电感随频率连续可调,低频时等效励磁电感较小易于高增益的实现,高频时等效励磁电感较大有利于减小原边损耗提高效率;谐振频率下通过调节模块间的相角进一步拓宽增益,通过简化的时域分析法得到其增益特性:可以在很宽的负载范围内保证宽增益的实现。针对此变换器,提出一种等效励磁电感最大化及限制谐振电容电压的参数优化设计方法,在保证原副边开关器件全范围软开关的同时,可以有效减小谐振电流及谐振电容上的损耗,提高整体工作效率和系统可靠性。最后本文分别设计并搭建了 10kW变模态控制LLC谐振变换器和交错并联LCLC谐振变换器实验系统,对上述变模态控制策略、交错并联LCLC谐振变换器以及相应参数优化设计方法进行了验证。

关键词： LLC变换器变模态控制交错并联LCLC变换器宽范围输出参数优化设计

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宽范围输出的副边移相控制全桥变换器的研究

宽范围输出的副边移相控制全桥变换器的研究

作者：张孟乔哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

在电动汽车充电系统中,前级PFC(Power Factor Correction)装置输出电压范围有限,需要中间级DC-DC变换器才能满足充电需求。移相全桥拓扑简单、开关损耗小、可靠性高,是一种适合于大中功率场合的软开关拓扑。本文主要对宽范围输出的副边... 详细信息

在电动汽车充电系统中,前级PFC(Power Factor Correction)装置输出电压范围有限,需要中间级DC-DC变换器才能满足充电需求。移相全桥拓扑简单、开关损耗小、可靠性高,是一种适合于大中功率场合的软开关拓扑。本文主要对宽范围输出的副边移相控制全桥变换器进行研究。对各种移相全桥拓扑进行了充分的分析研究之后,本文提出了一种带有无源辅助网络的副边移相控制全桥变换器。此变换器拓扑无需箝位电路就消除了整流二极管电压尖峰,提升了器件的可靠性;输出电容复位原边电流,消除原边续流损耗;引入副边移相控制策略,实现了副边二极管的ZCS(Zero Current Switch)自然换流;无源辅助网络的加入使得变换器原边开关管在空载条件下也能实现ZVS(Zero Voltage Switch)软开关,降低了开关损耗,提高了变换器效率。本文建立了移相角与变换器功率及输出电压的数学模型,并且论述了软开关条件,对电路参数与输出特性、软开关条件的关系进行了探讨。通过对比所有工作状态,可知DCM(Discrect Conduct Mode)工作状态回流功率为0,选择DCM工作状态作为变换器的主要工作状态。通过对移相电感、无源辅助网络等电路参数的优化设计,使变换器运行于所设定的工作状态,开关管在宽负载范围下实现ZVS软开关。利用开关周期平均法对变换器进行小信号建模,比较了二阶与一阶小信号模型,并在一阶小信号模型的基础上,设计合理的补偿网络和闭环系统控制电路,确保闭环系统稳定工作并且兼顾控制系统快速性。通过仿真和实验对本文的研究内容进行验证。制作了一台输入电压100 V,输出电压200 V-400 V,频率100 k Hz的实验样机,测试了所有工作状态下原边电感电流波形,验证了理论分析及仿真结果。其次在DCM工作状态下,验证了输出电压为200 V和400 V的不同载荷下的原副边开关管软开关特性。最后验证了切载时闭环控制系统的稳定性和快速性。实验结果达到预期设计目的及指标。

关键词：宽范围输出 ZVS软开关 DC-DC变换器移相全桥副边移相控制

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宽范围输出充电机的研究

宽范围输出充电机的研究

作者：井立超辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

电动汽车充电机是电动汽车的动力单元的重要组成部分,同时又是接入电网端的设备,总体上要求其具有体积小、效率高、功率因数高、谐波电流小及EMI干扰少的特点。目前电动汽车动力电池多种多样,每类电池的充电参数特性也不一致,但电池系... 详细信息

电动汽车充电机是电动汽车的动力单元的重要组成部分,同时又是接入电网端的设备,总体上要求其具有体积小、效率高、功率因数高、谐波电流小及EMI干扰少的特点。目前电动汽车动力电池多种多样,每类电池的充电参数特性也不一致,但电池系统充放电受控于对应的电池管理单元(BMS)。因此车载充电机需要与BMS建立通讯,依照BMS给定指令给动力电池进行充电。本文依据相关国家电动汽车行业标准,在了解电动汽车充电机的技术指标和防护等级要求前提下,对充电机的参数进行设计以达到高效率宽范围输出的标准。对比不同拓扑结构的特点,设计充电机为两级变换器框架结构:前级为无桥Boost PFC结构,后级为全桥LLC谐振变换器结构,选用TMS320F2808为主控芯片。针对采用两级APFC结构的电动汽车充电机,首先详细分析了无桥Boost PFC电路的工作原理与工作特性,设计了元件参数以及对其进行选型,其次深入分析了LLC谐振变换器的工作原理,通过进行基波分析对变换器的频域分析,研究参数对性能和效率影响,LLC全桥谐振变换器在宽输出电压范围内的参数设计和电路性能,对参数优化参数设计。在此基础上,通过大量的参数计算,确定了大功率、高效率、宽输出电压范围的LLC全桥谐振变换器的参数。并通过建立仿真电路,验证了参数的可行性以及宽范围的输出。最后设计了通过TMS320F2808的数字化控制和对损耗进行分析。

关键词：电动汽车充电机宽范围输出无桥Boost PFC LLC谐振

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宽范围输出的三相LCC谐振变换器研究

宽范围输出的三相LCC谐振变换器研究

作者：石岩哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

针对某些特定的应用场合,需要变换器的输出电压在较宽范围内可以连续调节,并在一定的工作时段可以保持一定的恒定功率输出。本文基于三相LCC谐振变换器设计了一台数字变频控制、输出电压在较宽范围内连续可调的谐振变换器。通过与常用... 详细信息

针对某些特定的应用场合,需要变换器的输出电压在较宽范围内可以连续调节,并在一定的工作时段可以保持一定的恒定功率输出。本文基于三相LCC谐振变换器设计了一台数字变频控制、输出电压在较宽范围内连续可调的谐振变换器。通过与常用的具有宽范围输出特性的变换器及单相LCC谐振变换器进行比较,得出采用变频控制方式的三相LCC谐振变换器具有输出纹波小、容易实现软开关、适用于大功率应用场合等优点。针对单相、三相LCC谐振变换器的各种工作模态及特点进行分析,得出了变换器的软开关特性及输出电流纹波特性。采用基波分量法建立了与开关频率、负载及变换器增益有关的等效数学模型。依据此数学模型,讨论了品质因数、谐振元件参数变化对谐振变换器增益曲线、软开关特性的影响,并在此基础上讨论了变换器的合理的工作区域,既保证变换器全负载范围内ZVS软开关特性的实现,又可以实现输出电压的宽范围调制。通过仿真对所设计的变换器参数的合理性进行验证,设计了一台输入电压100V、输出电压在150V-300V、输出功率420W、开关频率在100k Hz-115k Hz范围内变化的实验样机。采用数字变频控制方式实现了变换器闭环控制,提高了系统稳定性。针对不同负载及输出电压等级进行了测试,验证理论分析的正确性及所设计参数的合理性。最后,通过切载实验验证了所设计系统的稳定性,实验结果基本达到了预期的设计目的。

关键词：宽范围输出软开关三相LCC谐振数字变频控制

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宽范围输出电压电池充电调节器的研究

宽范围输出电压电池充电调节器的研究

作者：张兴胜哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

电池充电调节器(Battery Charge Regulator, BCR)作为母线至蓄电池的充电通路，性能优劣直接影响蓄电池使用寿命，是卫星电源系统重要部件。本课题旨在设计一款满足指标要求的非隔离、高效率、降压型的宽范围输出电压电池充电调节器。... 详细信息

电池充电调节器(Battery Charge Regulator, BCR)作为母线至蓄电池的充电通路，性能优劣直接影响蓄电池使用寿命，是卫星电源系统重要部件。本课题旨在设计一款满足指标要求的非隔离、高效率、降压型的宽范围输出电压电池充电调节器。本文对各种常用的电池充电调节器拓扑做了分析比较，并根据效率、体积、电流纹波等要求，最终选择耦合电感Superbuck变换器作为电池充电调节器的主拓扑。在分析了耦合电感Superbuck变换器工作原理后，得到耦合电感的零输入纹波条件，推导出系统开环传递函数;通过两个简单的假设条件，得到选取阻尼参数的限制条件，以避免右半平面零点的出现，并通过Bode图验证。根据先恒流后恒压的充电控制策略，选择平均电流控制模式作为变换器控制方式，在恒流充电阶段，仅电流内环工作，控制平均电感电流，使变换器工作在电流源状态;恒压充电阶段，利用平均电流模式的双环控制特点，使变换器工作在电压源状态。并设计了模式转换电路。为了得到较高的稳定性和动态响应特性，设计了合适的PI补偿网络参数，同时，设计了针对本课题的高边电流采样电路。针对负载突变等情况，通过仿真和实验对变换器进行了稳定性和动态响应性能测试。最后，在不同工作状态下，测试变换器工作效率，得到了电池充电调节器的效率曲线。根据实验结果，本课题所设计耦合电感Superbuck输入、输出电流纹波非常小，能够得到宽范围输出电压，性能完全符合电池充电调节器的要求。

关键词：电池充电调节器 Superbuck变换器耦合电感宽范围输出

一种适合宽范围输出的三电平DC/DC变换器

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电源学报 2019年第6期17卷 1-8页

作者：袁义生梅相龙毛凯翔华东交通大学电气与自动化工程学院南昌330013 大功率交流传动电力机车系统集成国家重点实验室株洲412001

提出了一种宽电压范围输出的三电平DC/DC变换器,其包含两组并联的主桥臂和辅助桥臂以及级联形式连接的主变压器和辅助变压器。该变换器具有低压低功率和高压高功率两种工作模式,其中低压模式下辅助桥臂不开通以降低电路损耗,高压模式下... 详细信息

提出了一种宽电压范围输出的三电平DC/DC变换器,其包含两组并联的主桥臂和辅助桥臂以及级联形式连接的主变压器和辅助变压器。该变换器具有低压低功率和高压高功率两种工作模式,其中低压模式下辅助桥臂不开通以降低电路损耗,高压模式下辅助桥臂开通以提高输出电压。与传统电路相比,变压器具有更低的变比,分析了传统拓扑的损耗,并比较了新拓扑与传统拓扑在不同输出模式下的效率,得出新拓扑在低压模式下具有更高效率的结论。研制了一台2000 W的原理样机,实验数据表明,在低压模式下新拓扑的效率仍可高达94%,较传统拓扑提升了3%,验证了理论分析的正确性。

关键词：三电平DC/DC变换器宽范围输出效率

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宽范围恒流输出谐振变换器研究

宽范围恒流输出谐振变换器研究

作者：张梦琪南京航空航天大学

学位级别：硕士

随着现代电力电子技术的发展,人们对电源的效率和功率密度提出了更高的要求,软开关技术是提升电源效率和功率密度的最有效方案。软开关变换器又可分为软开关PWM变换器和谐振软变换器。本文研究对象为谐振软开关变换器,主要利用谐振回路... 详细信息

随着现代电力电子技术的发展,人们对电源的效率和功率密度提出了更高的要求,软开关技术是提升电源效率和功率密度的最有效方案。软开关变换器又可分为软开关PWM变换器和谐振软变换器。本文研究对象为谐振软开关变换器,主要利用谐振回路中谐振电感、谐振电容等元件的谐振使得回路电压或电流周期性过零,为开关器件提供零电压或者零电流开关的条件。谐振变换器目前已得到国内外学者的广泛关注和研究。本文主要研究了谐振变换器中的LCC谐振变换器和LLC谐振变换器,分析了其增益特性及主要工作模态。针对宽范围恒流输出的应用场合设计了LCC谐振变换器和LLC谐振变换器的主要参数。对于LCC谐振变换器,重点研究了并联谐振电容Cp大小对轻载下变换器工作特性的影响;对于LLC谐振变换器,重点研究了LLC轻载下的增益失真的问题,并针对LLC谐振变换器的磁集成技术做了简要的理论和仿真分析。本文完成了LCC谐振变换器,LLC谐振变换器和磁集成LLC谐振变换器三台样机。最终实验结果表明,相对于LCC谐振变换器,LLC谐振变换器在不同输出电压下,全负载范围内都有良好的特性,尤其在输出轻载的情况下,且工作频率范围相对LCC谐振变换器大大缩小。磁集成技术的应用使得LLC谐振变换器功率密度进一步提高。文章最后分别对LCC谐振变换器和LLC谐振变换器进行了详细的损耗分析和计算,理论计算结果与实际测得效率十分接近。

关键词： LLC谐振变换器 LCC谐振变换器磁集成宽范围输出软开关

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宽范围输出开关电源的研究与设计

杭州电子科技大学学报（自然科学版） 2017年第4期37卷 15-19页

作者：于江豪文进才李文钧杭州电子科技大学射频电路与系统教育部重点实验室浙江杭州310018

针对输出电压为5V^100V的开关电源,提出了一种以STM32F103微处理器和SG3524为控制核心的设计方案.电源设计主电路采用DC/DC推挽型功率变换器,STM32F103通过内部DAC输出电压与采样反馈的输出电压误差比较后作为SG3524的基准电压,SG3524... 详细信息

针对输出电压为5V^100V的开关电源,提出了一种以STM32F103微处理器和SG3524为控制核心的设计方案.电源设计主电路采用DC/DC推挽型功率变换器,STM32F103通过内部DAC输出电压与采样反馈的输出电压误差比较后作为SG3524的基准电压,SG3524根据基准电压的变化自动产生PWM波,经IR2110功率放大后驱动MOSFET,调节MOSFET的输出脉宽,实现了输出电压的连续可调.测试结果表明,输出电压可调范围为5V^100V,最大输出功率为200 W,达到了良好的效果,验证了方案的可行性.

关键词：开关电源微处理器宽范围输出

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