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移相全桥变换器电压模式控制器的设计与仿真

船电技术 2013年第10期33卷 28-30页

作者：张涛刘胜道祝小雨海军工程大学电气工程学院武汉430033

本文设计了一款ZVS移相全桥变换器,给出了移相全桥变换器的小信号模型。在小信号模型基础上,采用Matlab软件设计了电压模式控制器。最后采用Saber软件对系统进行了仿真。仿真结果表明电压模式控制器是可行的,系统能够正常运行。

关键词：移相全桥变换器电压模式控制 Matlab Saber

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新型容性整流移相全桥变换器研究

陕西科技大学学报 2021年第3期39卷 166-171页

作者：户毅仁石勇张林博郭康陕西科技大学电气与控制工程学院陕西西安710021

提出了一种新型容性整流移相全桥变换器,其具有若干优点:不存在传统移相全桥电路占空比丢失的问题;不需要添加隔直电容可实现ZCS,进而减小电路体积;所有开关器件在较宽负载范围内实现软开关,其中超前管可实现零电压(ZVS)开通/关断,滞后... 详细信息

提出了一种新型容性整流移相全桥变换器,其具有若干优点:不存在传统移相全桥电路占空比丢失的问题;不需要添加隔直电容可实现ZCS,进而减小电路体积;所有开关器件在较宽负载范围内实现软开关,其中超前管可实现零电压(ZVS)开通/关断,滞后管可实现零电流(ZCS)开通/关断,从而降低开关损耗;副边采用容性整流,可在续流阶段将原边电流降至0,使得消除二极管反向恢复损耗.分析了新型容性整流移相全桥变换器的电路结构、工作原理和基础特性,并通过搭建一台500 W实验样机进行了验证.实验结果表明,该电路工作原理正确,能够正常工作.

关键词：容性整流移相全桥变换器占空比丢失零电压零电流

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移相全桥变换器软开关设计及效率优化

广西科技大学学报 2019年第3期30卷 48-54页

作者：黄伟罗文广黄丹广西科技大学电气与信息工程学院

针对负载减小时传统移相全桥变换器滞后桥臂的开关管实现软开关的范围变窄,变换器效率降低的问题,通过分析变换器的工作过程以及变换器超前滞后桥臂实现软开关的条件,研究谐振电感取值不同对占空比丢失、滞后桥臂实现软开关、变换器效... 详细信息

针对负载减小时传统移相全桥变换器滞后桥臂的开关管实现软开关的范围变窄,变换器效率降低的问题,通过分析变换器的工作过程以及变换器超前滞后桥臂实现软开关的条件,研究谐振电感取值不同对占空比丢失、滞后桥臂实现软开关、变换器效率的影响;设计移相全桥变换器电路参数,并通过saber软件进行仿真.结果表明取适当的谐振电感值,增加滞后桥臂软开关范围,可以优化变换器效率.

关键词：移相全桥变换器软开关效率优化滞后桥臂谐振电感

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基于突发模式的混合控制移相全桥变换器研究

基于突发模式的混合控制移相全桥变换器研究

作者：吴斌西南交通大学

学位级别：硕士

在化石能源日益紧缺与环境问题越来越严峻的双重压力下,新能源产业的发展也越来越受到重视。其中,风电、光伏和电动汽车的发展又是重中之重。电动汽车走进我们的生活,开始逐渐取代传统的燃油汽车。但相比于传统燃油车,目前的电动汽车还... 详细信息

在化石能源日益紧缺与环境问题越来越严峻的双重压力下,新能源产业的发展也越来越受到重视。其中,风电、光伏和电动汽车的发展又是重中之重。电动汽车走进我们的生活,开始逐渐取代传统的燃油汽车。但相比于传统燃油车,目前的电动汽车还是存在一些明显的不足。目前,充电速度和电池续航是阻碍新能源汽车发展的主要因素。移相全桥变换器由于其控制简单、电压应力小而在低压大电流、大功率场合获得了广泛的应用。此外,移相全桥变换器由于可以实现软开关,还具备开关损耗低、效率高、电磁干扰小等优点。但由于轻载条件下的软开关很难实现,导致其轻载效率相对于LLC变换器等其他软开关变换器来说相对较低。相比于其他应用场合,作为电动汽车充电器和车内用电设备及电机驱动供电装置的DC-DC变换器工作于轻载条件下的时间会比较长。针对移相全桥变换器轻载效率低的问题,目前的研究大多是通过改变拓扑结构或增加辅助电路来实现其轻载条件下的软开关。但额外的辅助电路反而会造成效率的降低。因此,研究如何通过对原有的常用控制方式进行改进或将多种控制方式进行组合来增大其软开关范围、提升其轻载效率是十分必要的。首先,本文以应用于电动汽车充电桩、供电装置的移相全桥变换器为研究对象,研究其工作原理及工作模态。通过对传统移相全桥变换器工作模态和软开关实现原理的分析,得出限制其软开关范围的因素,并在此基础上结合电压型控制、突发(Burst)模式控制的原理、特性及对拓扑工作过程中电压、电流的影响,在移相全桥拓扑上采用电压型控制与Burst模式控制相结合的混合控制方式,增大轻载软开关范围。然后对电压型混合控制进行理论分析、仿真分析与实验验证。针对电压型混合控制方式的不足,详细分析峰值电流控制与Burst模式控制的原理与特性,得到一种峰值电流型混合控制方式。在负载较大时采用峰值电流控制,轻载时采用混合控制。通过移相占空比控制原边谐振电感电流大于实现软开关的临界值,通过Burst占空比调节输出电压,通过混合控制方式实现轻载条件下的软开关。进一步通过理论分析与实验测试获取变换器的效率曲线,在相同输入电压下,通过混合控制方式,在轻载时追踪效率较高点的运行状态,使全负载条件下的效率得以提升。最后,基于理论分析和仿真结果,制作了一台240W实验样机。详细叙述了实验样机参数设计、软件设计和硬件设计过程,进行了效率分析。最后给出了相同输入电压、不同负载电流和控制方式下的实验结果。理论分析、仿真结果和实验结果有很好的一致性。

关键词：新能源电动汽车移相全桥变换器软开关混合控制轨迹跟踪

基于SiC MOSFET的移相全桥变换器研究及其可靠性分析

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基于SiC MOSFET的移相全桥变换器研究及其可靠性分析

作者：方俊翔华南理工大学

学位级别：硕士

随着电力电子技术的高速发展,高功率密度高可靠性的功率变换器的需求越来越迫切。新型宽禁带碳化硅功率器件由于其更高的耐压,更低的开关损耗和更高的可靠性,将会带来功率变换器的革新,尤其是在高压大功率运用的场合SiC MOSFET可以取代S... 详细信息

随着电力电子技术的高速发展,高功率密度高可靠性的功率变换器的需求越来越迫切。新型宽禁带碳化硅功率器件由于其更高的耐压,更低的开关损耗和更高的可靠性,将会带来功率变换器的革新,尤其是在高压大功率运用的场合SiC MOSFET可以取代Si IGBT提高开关频率,从而实现功率变换器的高可靠性和小型化。本文主要是基于SiC MOSFET的功率变换器的相关研究,目前,大功率变换器的技术已经很成熟,但是使用的开关管大都是Si IGBT,受IGBT本身构造和特性的限制其开关频率很难做高,主流的产品都是20kHz左右,所以制造的大功率变换器在体积上都是比较大的。而SiC MOSFET与其相比因为有更小的开关损耗和更快的开关速度所以能实现上百kHz的开关频率。本文先根据SiC MOSFET驱动特性设计了合适的驱动,满足了SiC MOSFET驱动的电平要求和快速性要求。同时使用双脉冲测试了SiC MOSFET的动态性能,双脉冲的测试方法较好的还原了器件在实际运用中的动态开关过程,通过实验测试的方法观察开关管开通和关断时候的波形,进而选择合适的驱动参数,减小开通和关断过程中的寄生震荡和开关损耗。本文基于型号ACMF10120D的SiC MOSFET研制了一个2kW100kHz的移相全桥DC-DC变换器,并完成了样机的研制,对比分析了在不同的开关频率和功率下的效率,展现了SiC MOSFET高开关频率的优势。为了明确SiC MOSFET低开关损耗的优势,在该平台下用相同功率等级的的Si IGBT替换SiC MOSFET进行了对比效率分析。最后分析了功率变换器系统的可靠性,针对并联移相全桥变换器建立了一个可靠性评估和费用优化的模型。包括基于复杂网络的单机变换器可靠性分析模型和并联整机的费用优化模型,先通过重要性评估矩阵,进行单机元件重要度的评估,再进行并联整机的费用优化,确定基于可靠性和费用分析的单机变换器的最佳数量。

关键词：移相全桥变换器 SiC MOSFET 可靠性

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电动汽车车载移相全桥变换器控制策略研究

电动汽车车载移相全桥变换器控制策略研究

作者：廖书培西华大学

学位级别：硕士

近年来,随着新能源电动汽车行业的快速发展,开关电源在电动汽车上的可靠应用得到了专家学者的广泛关注。电动汽车的电气结构大致分为电机,逆变器,电池及低压DC-DC变换器(LDC)等部分。其中LDC作为直接给蓄电池和用户端供电的部分,需具备... 详细信息

近年来,随着新能源电动汽车行业的快速发展,开关电源在电动汽车上的可靠应用得到了专家学者的广泛关注。电动汽车的电气结构大致分为电机,逆变器,电池及低压DC-DC变换器(LDC)等部分。其中LDC作为直接给蓄电池和用户端供电的部分,需具备动态响应快,稳定性及可靠性高等要求。基于此,本文对LDC拓扑电路结构及其控制方法进行分析和研究。首先,针对电动汽车LDC的工作特点,对传统移相全桥变换器的拓扑结构及其对应的控制方法进行了分析。采用一种改进的Tr-Lag移相全桥变换器作为研究对象,依次对其工作原理、工作模态及关键技术问题进行了分析。同时结合Buck变换器数学模型,推导了关于移相全桥变换器的状态空间模型及小信号模型,并搭建了系统在PI控制下的仿真模型。结合变换器在负载变化下的电流传递函数特性及输出电压变化情况,分析了系统在PI控制下动态响应能力不佳的原因。其次,为了进一步改善变换器的动态响应特性,本文将电流内环改为无差拍电流预测控制,在预测电流模型得出的最优占空比基础上,针对控制延迟及变换器占空比丢失的问题,引入了延时和丢失占空比补偿环节,从而提高预测模型的精确性。仿真结果表明:电流预测控制相较于PI控制,在启动时间上缩短了43.5%,且输出电压无超调;在输入电压突变时,输出电压几乎无波动;在负载突变时电压波动值减少了47.8%,恢复时间减少了34.6%。证明无差拍预测控制策略具有更优的动态响应性能及抗干扰性能。针对无差拍电流预测控制在工程运用中对系统模型高度依赖,以及参数鲁棒性较差等问题,本文详细分析了电感参数失配、模型离散化、采样误差以及丢失占空比补偿不精确造成电流预测偏差的机理,并根据误差的种类及特性采用了一种基于预测偏差补偿校正的预测电流控制策略,达到消除预测偏差的目的。仿真结果表明,该方法能有效消除电感参数变化及电流采样误差引起的偏差,使系统能更加准确地实现电流预测,并有效地提升了系统的参数鲁棒性。最后,为了验证本文所提控制理论的正确性和有效性,搭建了一台输入电压300～400V,额定输出24V/15A的实验样机。通过实验对比分析得到:改进预测控制策略相较于PI控制策略,在启动时间上缩短了47%,且无超调;在输入电压突变时,输出电压无可见波动;在负载突变时电压波动值减少了45.7%,恢复时间减少了32.1%。验证了本文所提控制策略的有效性。

关键词：移相全桥变换器动态响应无差拍电流预测控制预测误差补偿校正

IPOS移相全桥变换器及其并联系统的关键技术研究

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IPOS移相全桥变换器及其并联系统的关键技术研究

作者：刘泉呈华中科技大学

学位级别：硕士

随着中压直流母线在新能源综合供电系统中的发展,结构简单、高效率的移相全桥变换器在新能源直流供电系统中的应用规模不断加大,但在连接端口电压较低的设备与中压直流母线时需要较高升压比。通过并联输入、串联输出(IPOS)的方式将多个... 详细信息

随着中压直流母线在新能源综合供电系统中的发展,结构简单、高效率的移相全桥变换器在新能源直流供电系统中的应用规模不断加大,但在连接端口电压较低的设备与中压直流母线时需要较高升压比。通过并联输入、串联输出(IPOS)的方式将多个移相全桥拓扑结构连接构成IPOS移相全桥变换器,该变换器不仅可以提供较高升压比,还可提供较大输出功率。为推动大功率移相全桥变换器在新能源综合供电系统中的应用,论文以IPOS移相全桥变换器为分析对象,对变换器整流二极管电压尖峰抑制、数字控制器设计、多变换器并联均流等方面展开了深入研究。针对移相全桥变换器整流二极管关断时电压尖峰过高的问题,论文首先建立了变换器的等效电路模型,得到了整流二极管关断电压的时域表达式,分析了电压尖峰的形成机理,并采用RCD吸收电路抑制电压尖峰。在兼顾较低电压尖峰与较高电能传输效率的同时,得到了RCD电阻阻值的设计方法;最后通过仿真与实验验证了设计方法的准确性。为保证变换器的静态和动态性能,论文采用了基于离散域的数字控制器设计方法;首先建立了IPOS移相全桥变换器的小信号数学模型,并基于朱利判据得到了保证变换器稳定的控制器参数取值范围,随后根据零极点分布图进一步确定了保证动态性能指标的控制器参数;并通过仿真与实验验证了设计方法的有效性和正确性。论文进一步对多台IPOS移相全桥变换器并联的均流控制方案进行了讨论,并对采用均流控制的并联系统开展了动态性能的研究;建立了并联系统的状态空间模型,分析了输出功率大小对系统动态性能的影响;研究了各控制器参数对系统动态性能的影响,并给出了控制器参数的优化设计方案;通过仿真验证了理论分析的正确性。

关键词：移相全桥变换器并联输入串联输出电压尖峰抑制数字控制并联均流

基于双变压器的宽ZVZCS混合式移相全桥变换器研究

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基于双变压器的宽ZVZCS混合式移相全桥变换器研究

作者：洪康中南大学

学位级别：硕士

移相全桥变换器具有结构简单、开关损耗小、可靠性高等优点,因此在微电网系统和可再生能源发电等中大功率场合得到了广泛应用。传统的移相全桥变换器可以通过调节移相角改变输出电压,但随着输入输出电压或负载范围的变宽,移相全桥变换... 详细信息

移相全桥变换器具有结构简单、开关损耗小、可靠性高等优点,因此在微电网系统和可再生能源发电等中大功率场合得到了广泛应用。传统的移相全桥变换器可以通过调节移相角改变输出电压,但随着输入输出电压或负载范围的变宽,移相全桥变换器的原边循环电流大、零电压开关范围窄和副边占空比丢失等问题逐渐变得突出,从而影响系统效率及稳定性。为解决该问题,本文提出一种新型的基于双变压器的宽ZVZCS(Zero-Voltage Zero-Current Switching)混合式移相全桥变换器,并结合移相调制策略,实现了变换器的宽ZVZCS范围转换同时降低了原边循环电流,减轻了占空比丢失对变换器性能造成的影响。本文主要工作如下:(1)针对传统移相全桥变换器原边循环电流大以及轻载零电压开关(Zero-Voltage Switching,ZVS)条件丢失的问题,提出了一种基于双变压器的新型混合式移相全桥变换器,结合移相调制,该变换器可充分利用双变压器漏感参数实现轻载条件下滞后桥臂的ZVS条件,同时通过双变压器结构降低原边循环电流,实现附加桥臂的零电流开关(Zero-Current Switching,ZCS)条件。(2)对新型双变压器混合式移相全桥变换器电压增益、功率传输特性以及占空比丢失等方面的优势进行了详细分析,根据变换器功率传输特性优化了双变压器参数设计。同时保证了变换器次级侧整流电压在占空比丢失期间不为零,降低了占空比丢失对增益的影响,减小了输出电压纹波。(3)设计了一台输入电压为600V、输出200-400V/1k W的新型双变压器混合式移相全桥变换器实验样机。实验结果表明,变换器具有宽ZVZCS特性以及减小原边循环电流的特点。样机峰值效率可达95.8%,验证了变换器的高效转换。图64幅,表6个,参考文献80篇

关键词：移相全桥变换器双变压器宽ZVZCS范围占空比丢失变压器功率分配减小原边环流

基于移相全桥变换器的开关电源及其并联技术研究

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基于移相全桥变换器的开关电源及其并联技术研究

作者：高莎莎大连交通大学

学位级别：硕士

随着电力电子技术的发展与电力电子器件性能的提高,低电压、大电流、高频率逐渐成为开关电源的发展趋势。而且为了满足大功率供电与工作稳定性、可靠性的要求,开关电源并联技术也正日益蓬勃发展。本文针对输出大功率、工作高频率的开关... 详细信息

随着电力电子技术的发展与电力电子器件性能的提高,低电压、大电流、高频率逐渐成为开关电源的发展趋势。而且为了满足大功率供电与工作稳定性、可靠性的要求,开关电源并联技术也正日益蓬勃发展。本文针对输出大功率、工作高频率的开关电源实际要求,通过结合软开关技术研究设计了基于移相全桥ZVS DC/DC变换器的开关电源结构模型,并根据应用广泛的并联均流技术建立了两模块开关电源并联系统。本文首先介绍了开关电源的研究现状与发展趋势,然后分析了现下常用的软开关变换技术及开关电源并联均流技术。然后是在开关电源的拓扑结构设计方面,深入分析了移相全桥ZVS DC/DC变换器的工作原理及出现的问题,并且根据ZVS变换器的工作过程分析设计了开关电源的总体电路结构并进行了器件参数的选取。随后,通过空间状态法分析建立了全桥变换器的小信号模型,并且结合模型设计了基于PI控制的电流型双闭环控制系统。然后在Matlab/Simulink环境下,对所设计的开关电源进行了开环与闭环系统的建模仿真分析。最后讨论了开关电源的并联均流方法,并且建立了开关电源并联仿真系统的模型,通过研究系统与各模块的输出波形分析其均流效果。

关键词：移相全桥变换器软开关技术 PI控制并联均流