新型有源钳位正激软开关变换器的研究_赵瑞杰
一种单级隔离型软开关功率因数校正变换器

一种单级隔离型软开关功率因数校正变换器章治国;刘俊良;郭强;陈艳【摘要】针对硬开关功率因数校正(PFC)变换器开关损耗大、电磁辐射严重的问题,提出一种具有软开关的单级隔离型PFC变换器.该变换器在一次侧功率管导通和关断时段均能向二次侧传递能量,兼具正激和反激变换器的特性.通过利用隔离变压器的漏感与电容形成谐振使得输出二极管零电流关断(ZCS),同时一次侧主开关管和有源钳位开关管均以零电压开通(ZVS),所有功率开关管均工作在软开关状态,变换器的开关损耗降低.详细分析变换器的工作原理、运行特性以及参数设计,并搭建实验样机,验证了理论分析的正确性和有效性.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2018(033)014【总页数】9页(P3222-3230)【关键词】功率因数校正;谐振;零电流关断;零电压开通;软开关【作者】章治国;刘俊良;郭强;陈艳【作者单位】重庆市能源互联网工程技术研究中心(重庆理工大学) 重庆 400054;重庆邮电大学自动化学院重庆 400065;重庆市能源互联网工程技术研究中心(重庆理工大学) 重庆 400054;重庆市能源互联网工程技术研究中心(重庆理工大学) 重庆400054【正文语种】中文【中图分类】TM46电力电子技术的广泛应用的同时也给电网带来了严重的谐波污染,降低了电网的传输效率和供电质量[1-3]。
国际电工委员会制定的谐波标准IEC 61000-3-2对AC-DC变换器注入电网的谐波电流进行了严格的限制[4]。
因此,AC-DC变换器通常需要具备功率因数校正(Power Factor Correction, PFC)功能以减少谐波来源[5,6]。
具备PFC功能的隔离型AC-DC变换器通常采用两级结构的技术方案,该方案具有功率因数高、输入电压范围宽等优点。
但是存在电路复杂、元器件多以及成本高等缺点,仅适用于功率较大且性能要求较高的应用场合。
在中小功率领域,单级式PFC变换器因其电路拓扑简单、体积小和成本低等优点而受到广泛的关注[7,8]。
一种新型LCL谐振软开关推挽式直流变换器

一种新型LCL谐振软开关推挽式直流变换器袁义生;蒋文军【摘要】提出了一种新型LCL谐振式DC/DC变换器拓扑.它的谐振元件LCL位于Push-Pull电路的输入侧.该Push-Pull变换器的功率开关管工作在占空比固定接近于0.5的非调制模式下,谐振电路频率至少为开关频率的两倍.利用变压器副边励磁电流的续流,变压器原边开关管mosfet工作在接近零电压(ZVS)的条件下.该变换器适用于蓄电池供电的低压大电流输入系统场合.在一台12 VDC输入,360 VDC输出的直流变换器中的应用试验表明,电路效率达到了92%,试验波形也证明了电路原理分析是正确的.【期刊名称】《华东交通大学学报》【年(卷),期】2009(026)001【总页数】5页(P71-75)【关键词】直流变换器;推挽电路;谐振式变换器;零电压软开关【作者】袁义生;蒋文军【作者单位】华东交通大学,电气与电子工程学院,南昌,330013;华东交通大学,电气与电子工程学院,南昌,330013【正文语种】中文【中图分类】TM46由低压蓄电池组、燃料电池等供电的逆变电源系统,通常采用两级串联电路结构.前级为DC-DC隔离升压电路,将低的电池电压转换成恒定的高压直流母线电压.后级为DC-AC变换器,将高直流母线电压转换成220 VAC或110 VAC的市电电压.在这些系统中,有限的电池储能对系统的效率提出了更高的要求.即使是中等功率的应用,电池的电流也将达到电池电压的上百倍.因为电路损耗大多在前级电路上,因此研究如何改善前级电路的效率是非常重要的.由于电池输入电压有较宽的变化范围以及电池电压过低(通常为12 V或24 V),采用常用的移相全桥软开关[1]和半桥软开关电路[2]很难在额定电压工作点获得好的效率,成本也过高.文[3][4]中提出了两种占空比固定的软开关Push-Pull电路方案以提高电路效率.文[3]中采用的是变压器副边串联LC谐振元件的方法.文[4]中用的则是变压器副边整流侧并联CL谐振元件的方法.两种方法都可以实现原边开关管mosfet的接近零电压(ZVS)导通,但对于其原理的分析却有错误之处.另外,文[1]中的谐振元件串联在主电电流回路中,这增加了元件的容量等级.而文[2]中谐振元件放置在副边,使得电池侧电流有很大脉动,需要增加额外的滤波电感.为此,本文提出了一种谐振元件LCL在变压器原边侧的变换器电路.该电路中利用了变压器漏感实现并联谐振,使得原边开关管mosfet在接近零电压条件下导通.电路各阶段的工作原理被详细分析.该电路工作原理在一台12 VDC输入,360 VDC输出的逆变器前级上得到验证,测试表明电路效率达到了92%.图1为所提出的LCL谐振式软开关Push-Pull DC-DC电路.三个谐振元件Ls,Cs 和Lleak位于变压器原边侧.其中Lleak是变压器原边漏感和副边漏感折射到原边值之和.为了使电池电流的纹波较小,输入电感Ls值应该远大于漏感Lleak.开关管Mosfet Q1和Q2受固定的接近但小于0.5占空比的信号轮流驱动.在一个完整的开关周期内,电路包含六个工作模式.各模式下主要变量的波形示意图如图2所示.1)模式1,T0~T1阶段在模式1阶段,功率管Q1受Vg1信号驱动在近零电压条件下导通,功率管Q2受驱动Vg2关断.输入电感Ls、谐振电容Cs和变压器漏感Lleak开始谐振,功率管Q1开始流过谐振电流Ids1.谐振电流从零开始,所以功率管Q1的近ZVS开通损耗几乎为零.因为输入电感Ls远大于Lleak,可简化认为谐振电流频率即谐振电容Cs和漏感Lleak的谐振频率fr.而且,谐振电流的直流分量由输入电感Ls提供,谐振电流的交流分量则由谐振电容Cs提供.在模式1中,变压器副边电流Is的初始值为励磁电流.2)模式2,T1~T2阶段在T1时刻,功率管Q1被驱动关断,流过该管电流Ids1开始下降.如果设置谐振频率fr为开关频率fs的近偶次倍,功率管关断时刻的电流接近于零,其关断损耗也接近于零.漏感电流对功率管Q1的寄生输出电容Cs1充电,对功率管Q2的寄生电容Cs2放电.功率管Q1端电压Vds1开始上升,功率管Q2端电压相应Vds2下降.同时,变压器副边电流Is下降.在T2时刻,Ids1下降到零,Is则由正向值(图4中所标实线方向)下降到等于反向励磁电流(图4中所标虚线虚线)处,此时反向励磁电流由二极管D2和D3的反向恢复电流提供.3)模式3,T2~T3阶段在T2时刻,因为变压器原边电流已经为零,变压器的工作相当是一个副边流过励磁电流,原边开路的空载变压器.在励磁电流的反电动势作用下,励磁电流通过二极管D1和D4续流.变压器副边电压迅速反向,从+Vout变到-Vout.相应的,变压器原边绕组电压被钳位在(Np/Ns)Vout值.因为开关管的占空比接近0.5,该值非常接近但小于Vin.所以,此时功率管Q2的端电压Vds2等于Vin-(Np/Ns)Vout,该值非常接近于零,为功率管Q2的近零电压开通创造了条件.在模式3阶段,反压-Vout施加在励磁电感上,故励磁电流有轻微下降.4)模式4,T3~T4阶段在T3时刻,功率管Q2驱动信号产生,在接近零电压(ZVS)条件下开通.之后,谐振电容Cs和漏感Lleak谐振,功率管Q2中流过谐振电流Ids2并通过变压器传递到副边,再经整流二极管D1和D4提供给负载.5)模式5,T4~T5阶段在T4时刻,功率管Q2驱动关断.变压器原副边电流同时下降.原边漏感电流对功率管Q2的寄生输出电容Cs2充电,其端电压Vds2上升.受变压器耦合影响,功率管Q1的寄生输出电容Cs1放电,端电压Vds1下降.到T5时刻,漏感电流Ids2下降到零,副边电流Is由反向上升到正向励磁电流值处.变压器原边处于开路状态.6)模式6,T5~T6阶段在T5时刻,副边励磁电感产生反电动势,副边电压迅速反向,从而使得励磁电流通过D2和D3续流.变压器副边电压被钳位为Vout,正向励磁电流逐渐减小.同时,因为变压器副边电压折射到变压器原边,使的功率管 Q1端电压 Vds1被钳在 Vin -(Np/Ns)Vout值,为功率管Q1的近ZVS开通创造了条件.模式6结束后,电路进入模式1工作.这就是该电路完整的一个工作周期状况.2.1 谐振公式图9表示了模式1和模式4发生谐振时的等效电路.其中,输入电感Ls因为纹波足够小而可以用直流源Iin表示,R是原边和副边折射到原边的电阻总和,Vout′是输出电压折射到原边值.根据图9列出状态方程如下:对上式求解并忽略次要项可以得到谐振电流is(t)的表达式为阻尼系数自然角频率特征阻抗由式(2)可见,谐振电流实际上是以输入电流Iin为偏置而做准正弦波衰减振荡的一个信号.2.2 漏感Lleak的参数设计与传统的利用变压器漏感能量来实现功率管零电压开通的方案不一样,本文所提方案是利用变压器副边励磁电流续流来实现功率管零电压开通.所以,设计变压器时不需要额外增加漏感Lleak,而应该尽量减小漏感的设计,使变压器效率提高. 2.3 谐振电容Cs的参数设计谐振电容Cs作为主要的谐振元件,提供流过开关管电流的交流成分,决定了谐振频率.但是,谐振电容Cs上的电压也存在交流分量和直流分量.忽略输入电感Ls和线路上的电阻时,其直流分量就等于输入电压.其交流分量的计算较复杂.忽略电路死区时间,当设计满足谐振频率fr等于两倍开关频率fs时.谐振电容Cs上的纹波电压可近似表示为:谐振电容Cs上的电压不宜过大.因为它会增加功率开关管的电压应力.功率开关管的额定电压Vds需满足2.4 谐振频率的设计为了使功率管关断时刻的电流尽量小以减小关断损耗,设计时可以使谐振频率fr 尽量接近于开关频率fs的偶次倍数.但倍数太高会带来高频损耗,所以通常将谐振频率fr设计成2倍或4倍的开关频率fs即可.按照表1的设定参数对提出的LCL谐振式Push-Pull电路做仿真,得到的波形见图10.由仿真波形可见,功率Mosfet管在接近ZVS条件下导通.设置的谐振频率接近开关频率的4倍,以减小谐振电容Cs的体积.因为输入电感Ls远大于漏感Lleak,输入电流连续且纹波极低.制作了一台10 VDC~14 VDC输入,额定220 VAC/1 kW输出的逆变器工业样机,其前级电路采用表1参数,后级采用了一种干扰前馈控制的全桥逆变器来调制前级电路不控的输出电压以得到符合要求的逆变器输出电压,见文[5].试验测得的功率管Q1的端电压Vds,驱动电压Vgs,变压器副边电流Is和副边电压Vs波形如图11所示.由图可见,功率管的Vds在下降到接近零值后驱动电压Vgs才上升,所以功率管很好的实现了近ZVS开通,而且关断时刻电流也很小保证了小的关断损耗.测试的波形与分析和仿真波形吻合.测量该直流变换器得到的效率曲线见图12.电路在满载下效率超过了92%.一种利用变压器副边励磁电流续流来实现原边开关管ZVS开通的LCL谐振式Push-Pull电路被提出.该电路还具有输入电流纹波小的特点.因为该电路采用固定占空比非调制技术,适用于在电池供电的大电流输入多级系统中做前级升压电路.试验表明该电路具有高的效率,具有很好的实用价值.【相关文献】[1]张军明.中功率DC/DC变流器模块标准化若干关键问题研究[D].杭州:浙江大学,2004. [2]Yang B.Topology Investigation for Front End DC/DC Power Conversion for Distributed Power System[D].Blacksburg,Virginia,USA:CPES 2003.[3]Boonyaroonate I.and Mori S..A New ZVCS Resonant Push-Pull DC/DC Converter Topology[C].IEEE APEC’2002:28-36.[4]Ryan M J,Brumsickle W E,Divan D M et al.A New ZVS LCL-Resonant Push-Pull DC-DC Converter Topology[J].IEEE Trans.on Industry Applications.1998,34(5):1164-1174. [5]袁义生,宋平岗,张榴晨.一种新型高效率独立逆变电源的研究[J].电气自动化,2008,30(4):9-11.。
基于LM5026的有源钳位正激DC-DC变换器设计

QI UL i - j u n , Y ANGWe i , WA NGR o n g , WA NGY i — x i a o C o l l e g e o fC o n t r o l E n g i n e e r i n g , X i j i n g U n i v e r s i t y , Xi ' a n 7 1 0 1 2 3 , C h i n a
式 使变 换器 的效率 低下 , 且变 换器 的开关 管承 受更 大 的开 关 电压应 力…和 电流应 力 。正激有 源钳 位技 术于 1 9 8 7年 提 出【 2 J ,不仅有 效解 决 了正激变 换器
有源 钳 位 正 激变 换器 可 以实 现 主变 压 器 磁 芯
的 自动复 位L 3 J ,无 需添 加其他 复位 绕组 ;能将励 磁
Ke y wo r d s : DC. DC c o n v e r t e r : a c t i v e . c l a mp ; S O f t s wi t c h ; d e s i n g
1引 言
正激变 换器 具有 电路 拓扑简 单 、 输 人输 出电气
隔离 、电压 升降范 围 宽和易于 多路 输 出等优 点 ,因 此广 泛应 用于 中小 功率 电源变 换场 合 。
变压 器和 电感在有源钳位 D C. D C变换 器中的设计 。结果表 明,在 2 8 V 输入 电压 时,效率超过 9 0 %, 负载调整 率也在 1 %以内,且 实现 了主 MOS管的软开通 ,验证 了有 源钳位正激 变换 器良好 的负载调整率以及 高效性。 关键 词:DC DC变换 器;有 源钳位;软开关;设计
Abs t r a c t :I n t h i s P a D e r t h e wo r k i n g p r i n c i D l e o f a c t i v e c l a mp f o r wa r d c o n v e ne r a n d t h e f e a t u r e s o f LM 5 0 2 6
有源钳位在反激式微逆变器中的应用研究

179中国设备工程Engineer ing hina C P l ant中国设备工程 2019.10 (上)太阳能微型逆变器的研究成为最近几年人们研究可再生能源的重要装置,专业研究人员都在设法提高微型逆变器的效率。
随着功率开关器件的发展,人们在其拓扑结构和变换技术上取得了很大的进步,发展到了相当高的水平;有源钳位电路是在开关电源中常用的一种软开关控制电路,现在被人们更多地应用在对高频电路中开关管的保护上。
在本文中,有源钳位电路应用在太阳能微型逆变器的前级升压部分,用以吸收反馈能量和减小开关管的承受的电压应力。
在反激式变换器中,漏感L r 是衡量变压器性能的一项重要指标。
变压器的漏感和开关管的结电容谐振,使开关管在截止瞬间产生很高的电压尖峰,容易把开关器件过压击穿,所以在反激式变换器中开关器件往往需要承受很高的电流和电压应力。
为了使功率开关器件工作在安全工作区,要将变压器漏感产生感生电势(过电压)限制在允许范围内,本文通过设置有源钳位电路限制变压器漏感产生的尖峰过电压。
并通过实验和matlab 仿真验证了有源钳位电路提高转换效率的有效性。
1 反激式DC-DC 电路拓扑结构分析1.1 无源钳位电路的反激式拓扑结构及分析钳位电路是将脉冲信号的某一部分固定在指定电压值上,并保持原波形形状不变的电路,分为有源钳位电路和无源钳位电路,下面首先对两种无源钳位电路做一个比较分析。
ZD 钳位电路,对由齐纳二极管的阻断电压指定的开关管电压提供硬钳位,该电路结构简单,易于实现,缺点是钳位电压要由二极管的阻断电压决定,大大限制了抑制不同的尖峰电压。
RCD 钳位电路,其开关管关断后,漏感能量将被转移到钳位电容中,那么开关管两端的电压即被钳位到固定值,从而减小了开关管的电压应力。
这种钳位电路优点是结构简单、体积小、成本低,但是变压器激磁电感磁通复位的能量最终转移到了电阻上,继而转化为热能消耗掉,降低了反激式变换器的效率。
有源钳位在反激式微逆变器中的应用研究秦晓佳1,2,吴义纯1,2,陈银1,2,于传1,2,马娟1,2,李冰3(1.安徽电气工程职业技术学院,安徽 合肥 230051;2.国网安徽省电力有限公司培训中心,安徽 合肥 230022;3.阳光电源股份有限公司,安徽 合肥 230088)摘要:反激式变换电路中,为了降低开关管承受电压应力和提高转换效率,目前多采用钳位电路实现软导通和软关断以降低开关管开关损耗。
新型软开关Boost ZCT-PWM变换器

新型软开关Boost ZCT-PWM变换器
何西凤;黄念慈
【期刊名称】《现代电子技术》
【年(卷),期】2004(27)23
【摘要】针对传统Boost ZCT-PWM变换器存在主开关管电流应力大和辅助管硬关断的问题,提出了一种新型BoostZCT-PWM电路,对其工作原理做了详细的分析并给出了谐振参数的计算.仿真结果表明该电路不仅实现了主开关和辅助开关管的软开关,同时主开关管不增加额外的电流应力,而且电路中所有二极管也都实现了软通断.
【总页数】3页(P50-52)
【作者】何西凤;黄念慈
【作者单位】四川大学,电气信息学院,四川,成都,610065;四川大学,电气信息学院,四川,成都,610065
【正文语种】中文
【中图分类】TM92
【相关文献】
1.新型辅助网络的Boost软开关变换器设计 [J], 刘延力;周玮;孙辉;刘二利
2.全软开关Boost ZCT-PWM变换器 [J], 陆冬良;张代润;黄念慈
3.一种新型的BOOST ZCT-PWM变换器 [J], 薄传海;李良光;汪舒生
4.一种新型的Boost软开关变换器 [J], 杜鑫
5.耦合电感式新型交错Boost软开关变换器研究 [J], 刘帅;韦莉;张逸成;姚勇涛
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一种新型高增益软开关双向直流变换器

现代电子技术Modern Electronics TechniqueSep. 2023Vol. 46 No. 182023年9月15日第46卷第18期0 引 言随着新能源汽车和分布式发电的快速发展,各种储能系统的双向变换器研究受到了学者们的广泛关注[1‐3]。
这些大容量储电装置和分布式电源中相当一部分由锂电池和超级电容组成,其输出电压范围较宽,这就对用充放电功能的双向直流变换器提出了宽电压范围、高增益的要求。
此外,由于例如大型储电站在内的分布式电源处于长期工作状态(充电状态或者放电状态),为了减少由变换器所产生的额外的能量损耗,不少学者针对各种双向变换器提出了软开关解决方案[4‐12]。
通过实现开关器件的零电压开关(Zero Voltage Switch, ZVS )或者零电流开关(Zero Current Switch, ZCS )来减小期间的开关损耗,特别是针对高频变换器,频繁的开通和关断操作将产生大量的开关损耗。
传统的Boost‐Buck 电路是最为常见的双向直流变DOI :10.16652/j.issn.1004‐373x.2023.18.019引用格式:明旺,粟时平,苏乾坤,等.一种新型高增益软开关双向直流变换器[J].现代电子技术,2023,46(18):104‐112.一种新型高增益软开关双向直流变换器明 旺, 粟时平, 苏乾坤, 倪 亮, 李志轩(长沙理工大学 电气与信息工程学院, 湖南 长沙 410114)摘 要: 针对储能设备的充放电应用场景,文中提出一种新型双向直流变换器结构。
该变换器具有正向高电压增益、宽输入范围、可实现软开关的特点。
通过两个交错并联的电感交替充放电,可以减小输入电流纹波;高压侧的2个分压电容不仅能够将电压增益提高1倍,还能在全状态下都实现自动均压。
通过增加谐振单元帮助实现开关管的软开关的同时,谐振单元中的开关管也能够实现零电流关断。
文中对拓扑的演绎和改进方法进行阐述,对拓扑结构的工作原理、软开关实现方式进行分析;并与其他的相似拓扑结构进行性能比较。
高频逆变电源新型软开关调功策略的研究

第37卷第3期 2010年5月 华北电力大学学报
Journal of Noah China Electric Power University Vo1.37.No.3
May,2010
高频逆变电源新型软开关调功策略的研究 李建文 ,刘教民 ,王震洲 ,孙伟 (1.华北电力大学电气与电子工程学院,河北保定071003;2.河北科技大学信息工程学院, 河北石家庄050018;3.保定供电公司,河北保定071051)
摘要:详细分析了有限双极性控制策略应用在高频感应加热电源的软开关工作过程,理论上计算出有限双极 性控制调节功率大小与电路中超前桥臂占空比的关系,并以TMS320F2812为平台进行了系统整体设计,实 现功率调节、软开关控制和频率跟踪,提高了装置的效率与灵活性,并将控制方法进行验证。结果证明了此 控制策略的可行性与合理性,在整个功率调节范围内实现了开关管的软开关,降低开关管的开关损耗。
关键词:逆变器;有限双极性控制;调功;软开关 中图分类号:TM464;TM924.5 文献标识码:A 文章编号:1007—2691(2010)03—0033—05
Research on novel soft switching control of high frequency inverter LI Jian.wen ,LIU Jiao min ,WANG Zhen—zhou ,SUN Wei。 (1.School of Electrical and Elutronic Engineering North China Electric Power University,Baoding,071003,China; 2.Hebei University of Science and Technology,Shijiazhuang 05001 8,China; 3.Baoding Power Supply Company,Baoding 07l051,China)