章治国[1]2015年在《隔离型高增益正反激变换器拓扑与控制研究》文中提出隔离型高增益DC/DC变换器是高压开关电源的核心部件,在航空、航天等领域有着广泛的应用。隔离型高增益DC/DC变换器的特征与常规直流变换器有着显着的不同,隔离变压器的大变比及工艺结构加剧了变压器的非理想特性并严重影响着变换器的工作状态。为满足的高增益特种开关电源日益增长的应用需求,论文以隔离型高增益DC/DC变换器拓扑结构与控制策略为研究对象,对硬开关倍压正反激变换器、有源箝位正反激变换器以及谐振正反激变换器进行了深入研究。论文的主要研究内容及取得的研究成果如下:首先,论文从变换器工作模态的角度,对工作在连续导电模态(Continuous Conduction Mode,CCM)和不连续导电模态(Discontinuous Conduction Mode,DCM)的反激变换器输出特性进行了分析,得出了DCM模态下的反激变换输出电压增益比与隔离变压器的变比无直接关系的结论。为减小反激变换器中所用开关器件的电压应力及降低隔离变压器的绝缘强度,论文在倍压整流电路的基础上提出一种硬开关高增益倍压正反激变换器的复合拓扑结构,将多个电容等效成一个广义虚拟电容,由此推导出倍压正反激变换器工作于DCM模态与CCM模态的临界条件以及输出电压增益与占空比之间的关系。结果表明:在DCM模态下隔离型倍压正反激DC/DC变换器输出电压增益主要取决于其特征参量的大小,当特征参量较小时DCM模态下隔离型倍压正反激DC/DC变换器有较大的输出电压增益比,因此降低了对隔离变压器原副边匝数比的要求,减小了变压器匝数和体积,易于实现高增益DC/DC变换器的小型化设计。同时,该变换器既有正激充电过程又有反激放电特性,能适应较宽的输入电压范围。论文对倍压正反激变换器的动态特性采用移动平均的方法进行了小信号建模和环路的补偿器设计,研制了原理样机,实验数据有效地验证了结论的正确性。其次,论文从变压器的物理模型出发,探讨了变压器的漏感对变换器的性能影响。为抑制变压器的漏感与原边开关管寄生电容所形成的电压振荡,将有源箝位电路与倍压正反激变换器进行复合,由此形成一种有源箝位正反激变换器的拓扑结构。论文在深入分析有源箝位正反激变换器工作原理的基础上得出了输出电压增益、原边开关管以及副边整流二极管的电压、电流应力表达式,并进行了电路仿真和实验验证。为进一步提高输出电压增益而不增加元器件的电压应力,论文对高阶倍压正反激变换器的特性进行了分析与验证。针对高增益变换器输出侧高压二极管反向恢复时间长的问题,在有源箝位正反激变换器的基础上提出了一种谐振正反激变换器,它不仅使原边开关管实现了零电压开关(Zero Voltage Switching,ZVS),同时输出侧高压二极管亦实现了零电流开关(Zero Current Switching,ZCS),解决了高压二极管反向恢复时间长与变换器高频化工作之间的矛盾,提升了高增益DC/DC变换器的动态性能。论文从有源箝位正反激变换器的参数入手,对变压器输出侧的电容值进行优化设计,使变换器工作在谐振状态,为输出侧高压二极管提供ZCS关断条件。通过分析谐振正反激变换器工作原理,研究了变换器输入-输出电压增益、谐振电容电压以及复位电容电压与占空比之间的关系;讨论了功率开关管和输出侧高压二极管的电压电流应力及其软开关条件;搭建了实验电路并对所得出的结论进行了分析比较;探讨了高阶倍压电路与谐振正反激变换器的复合拓扑工作机理及特性。最后,为提高高增益谐振正反激变换器输出电压对输入电压的响应速度,提出了一种大信号输入电压前馈的控制方法,设计了输入电压前馈控制电路。论文对高增益谐振正反激变换器主功率回路元件参数进行了设计;采用平均值等效电路法建立了谐振正反激变换器小信号模型,基于线性电路稳定原则进行了控制环路的补偿器设计。在此基础上,以高增益谐振正反激变换器为例进行了电路闭环仿真设计与实验样机的研制,仿真数据以及实验结论验证了上述分析的正确性。
胡江毅[2]2003年在《反激变换器的应用研究》文中提出本文对基于峰值电流控制技术反激变换器进行了研究。 首先分析比较了反激变换器的不同工作模式，对RCD筘位技术进行了研究。其次详细阐述了双管反激变换器稳态工作原理及其关键参数设计准则。然后研究了反激变换器小信号特性并建立了系统的控制模型，根据控制模型对控制参数进行优化设计。 在上述理论分析的基础上设计并研制了基于电流控制RCD筘位(CCM工作模式、DCM工作模式)反激变换器机内稳压电源和双管反激变换器原理样机，给出了它们的试验结果，对RCD筘位在两种工作模式下的试验结果进行了比较，试验结果与理论分析一致。
汪玉明[3]2016年在《基于双向反激变换器的锂电池充放电设备研发》文中指出现如今随着动力锂电池的广泛应用,国内涌现一批电池化成厂商。目前现有化成设备存在许多问题:化成设备功率普遍较大;充放电效率低,能量浪费现象严重;受控化成锂电池数目小,设备体积大,成本较高,不能满足批量化生产要求;化成中电压电流纹波较大,精度不高。针对上述问题,同时针对中小功率动力锂电池良好的应用前景,本文提出了一种基于双向反激拓扑结构的数控电源。系统采用DSP芯片作为控制器。主要研究内容为:1、采用低成本、体积小的双向反激结构拓扑。设计变压器、缓冲电路、滤波电路、采样电路,并搭建系统SIMULINK仿真模型验证拓扑有效性。与此同时进一步降低成本:将同样单输入单输出的反激源四个,集成在一块电路板上,用一颗主控芯片控制,实现四通道电池化成系统的设计。2、利用基本建模法,建立理想条件下变换器在CCM模式下的小信号数学模型。对系统的两种控制策略做分析比较,并用SIMULINK进行验证。最后对双环开关系统模型进行等效分析。3、数字补偿器的设计。考虑数字控制系统中关键参数(ADC分辨率、零阶保持器、延迟等)的影响,采用直接数字法,在SISOTOOL工具箱里设计离散z域的控制器。针对系统不同工作模式设计不同控制策略,研究了动态响应和带宽之间的关系。不同的控制器进行仿真,比较选择最终方案。4、锂电池充放电算法的优化。在二段充电法基础上,解决恒压模式电流曲线尖峰问题,以及实现充放电恒流转恒压瞬间无冲击、平稳过度。本文制作了一款40W的四通道的双向反激拓扑的样机。实现电压0~5v、电流0~10A范围的数字调控,充放电平稳转换。测试中恒压电压纹波1%,恒流电流纹波2%。结果验证了硬件设计和控制方法有效性,符合预期效果。
高振江[4]2013年在《开关电源中的混沌现象的研究及反激式电源的研制》文中提出混沌是系统中确定的但不可预测的一种运动状态。这种“不可预测”现象主要产生在非线性系统中。通过对开关电源中DC-DC变换器深入研究,人们发现由于开关管的状态不同,对应的电路结构也不同,在变化过程中会引入大量的分岔与混沌现象,比如突然的紊乱导致系统的崩溃、间歇性的振荡导致的系统输出不稳定、大量电磁干扰的出现等等,因此,通过对开关电源中DC-DC变换器的混沌现象的研究,可以让我们对这种非线性行为有更深的了解,从而在设计开关电源中合理地选择电路参数,避免有害的混沌现象的出现,进而使系统稳定输出。本文介绍了混沌理论的相关知识,研究了混沌现象的几个基本特征和如何判断系统中存在混沌现象的技术指标,以及DC-DC变换器中通向混沌的几个典型道路。接着在对DC-DC变换器中的混沌动力学建模方法做了深入研究之后,最终选取系统状态变量的离散时间迭代非线性映射作为分析Buck-Boost、Flyback变换器混沌与分岔现象的工具,以Buck-Boost变换器、反激式变换器作为研究对象,在简要分析了他们的基本工作原理基础之上,建立了变换器相关离散时间迭代非线性映射模型,分别选择以输入电压和电感电量作为系统的敏感参数,在Matlab中得到了变换器随敏感参数变化的分岔图,进而分析研究变换器的混沌与分岔现象和系统的敏感参数之间的关系。最后在Saber中建立Buck-Boost变换器的系统仿真电路图,以输入电压作为系统的敏感参数,观察电容两端的电压、电感中的电流的时域波形在各个周期变化情况,进一步验证变换器离散数学模型的正确性和变换器中存在的混沌和分岔现象。在电源市场上,反激式变换器应用在电源的设计过程中具有不可替代的地位,在输出功率不到150W的电源中具有很大的优势,根据上文的分析研究,设计了一种输出18W的小型反激式开关电源,并给出了相关元器件选型和参数计算,制成了样品机,并对相关功能做了试验。实验结果表明：开关电源输出比较稳定,能基本达到设计的要求。
成晶晶[5]2010年在《双向反激变换器的研究》文中指出本文研究应用于小功率场合的双向反激变换器,分析了双向反激的工作原理和电路特点,归纳其漏感能量的箝位吸收方式和软开关实现方式,并将其应用于小容量动力铅酸蓄电池的正负脉冲充电技术,设计了两台无损式正负脉冲充电器样机,提出了一种单闭环控制的有源箝位双向反激变换器。第一章介绍了双向DC-DC变换器的基本原理和主要应用,回顾了双向DC-DC变换器的发展概况,包括电路拓扑,软开关技术和控制方式叁个部分。第二章是对双向反激变换器的整体研究,包括对工作原理和电路特点的分析。针对双向反激变换器的特点,分析并归纳了漏感能量箝位吸收方式和软开关实现方式。对工作在电感电流连续模式的双向反激变换器进行小信号建模,给出其常规的控制方式。第叁章研究RCD吸收和准谐振软开关相结合的双向反激变换器在正负脉冲充电技术中的应用。首先介绍了正负脉冲充电技术的原理,给出了充电对象和充电指标,然后根据充电指标设计了一个的无损式正负脉冲充电器,最后给出了实验结果。第四章研究有源箝位双向反激变换器在正负脉冲充电技术中的应用。首先分析了有源箝位双向反激变换器的工作原理,通过开关网络平均模型法建模和仿真发现,电路工作在不同方向时其控制到输出的传递函数在低频时相当于一个单极点控制对象,可以通过同一闭环补偿网络实现闭环控制。文中设计了补偿环的参数,制作了一台实验样机。最后给出了仿真工作波形和实验样机测试结果。第五章是本文的结论,在无损式正负脉冲充电这一应用中,有源箝位双向反激变换器能通过单补偿网络实现不同工作方向的闭环控制,简化了电路,提高了效率,是双向反激变换器在无损式正负脉冲充电技术中的首选拓扑。
宋辉淇[6]2005年在《基于CCM反激开关变换器的高效低输出电压直流电源的研究》文中指出高功率密度的小功率直流电源模块是一种技术含量较高的电力电子产品,对其相关技术的研究有着重要的工程应用价值。其中,模块电源的高转换效率是各模块电源厂商产品的重要技术指标,也是电力电子界科研人员的主要研究对象; 应用高效同步整流技术方案与适当的DC-DC电路拓扑相结合,可有效减少整流损耗,得到高性能价格比的高效率开关变换器。因此,在高功率密度低输出电压DC/DC模块电源上,同步整流技术及其相关电路拓扑的研究是一个重要的课题。反激变换器由于具有结构简单、元件少、成本低等优势,成为中小功率变换器的首选拓扑; 随着IC电路的工作电压不断降低,传统反激变换器中的整流二极管的损耗变得难以接受,在开关电源中用同步整流管取代半导体二极管成为提高变换器效率的主要技术方案,同步整流技术是新一代开关电源主要的关键技术之一。同步整流技术的关键问题就在于同步管驱动方案的设计,以实现高效率转换的目的。已有的反激同步整流驱动方案要么控制复杂、成本高; 要么难以解决同步管驱动负电压的问题,不能适应宽输入电压范围工作的需要; 从而限制了反激同步整流变换器在工程实际中的应用; 同时CCM的反激式同步整流电路比DCM条件更具有难度与挑战性.本文针对CCM反激式同步整流电路,提出了一种新颖的驱动方案,实现同步整流反激变换器在宽输入电压范围下工作,电路方案具有简单、高效、低成本等优点。随着计算机仿真技术和数学应用软件的普及,利用计算机进行仿真和电源装置系统损耗估算是电路优化设计中的一个重要步骤。本文深入地分析同步整流反激变换器稳态工作模式,结合峰值电流控制策略,应用状态空间平均方法,建立反激变换器的小信号模型; 并依据建立的小信号模型,对控制电路进行优化设计; 计算机仿真和实验验证理论预期。本文在总结已有反激同步整流变换器损耗模型基础上,优化和改进现有的损耗模型,通过计算分析,针对CCM反激同步整流变换器建立更为完善和工程实用的损耗预估模型,通过实验样机验证模型的实用性。基于以上技术,本文设计了一台输出电压3.3伏,输出电流3A的直流开关电源,取得最高效率88%,并通过与两种典型方案比较,验证了本文所提出方案的可行性和高效性。本文所做的工作是有一定理论指导意义和工程实用价值的。
黄学宇[7]2014年在《联网微型光伏逆变器的研究与设计》文中研究表明当今世界,面对化石能源的日益枯竭和化石燃料消耗引起的环境问题,低碳节能已成为未来发展的主题。因此,开发太阳能资源,发展光伏发电技术,从而缓解并解决能源匮乏和环境污染问题具有重大而深远的意义。为了实现太阳能的最大利用,提高光伏发电系统的效率和灵活性,本文提出并设计了一种联网微型光伏逆变器。本文的主要工作内容和成果如下：(1)分析了联网微型逆变器关键技术的工作原理、研究现状与应用。(2)设计了联网微型光伏逆变器系统结构,给出了逆变器拓扑和整体控制方案。基于交错并联反激型逆变主电路结构特点,设计了变压器漏感能量吸收回馈Buck电路和开关管零电压开关方案,提出了一种正弦并网电流分段混合控制方法。为了实现逆变器稳定正弦电流输出,提出了并网电流控制策略,并设计了合适的准比例谐振电流控制器。仿真验证了所提控制方法和策略的可行性和有效性。(3)设计了联网微型光伏逆变器硬件电路,根据实际工作参数,完成主电路中变压器、滤波器设计和电子元器件选型,以及隔离驱动、信号采样等电路的设计。(4)设计了联网微型光伏逆变器DSP控制系统,给出整个控制系统的工作流程和实现部分功能的数字锁相控制流程和最大功率点跟踪控制流程。编写控制程序实现控制任务。(5)研制了一台联网微型光伏逆变器样机,并对样机进行实验测试,结果表明样机工作参数和波形正常,各项指标都符合设计标准要求。
卢增艺[8]2011年在《直流—直流开关功率变换器磁集成关键技术研究》文中指出集成化是电力电子技术发展的趋势，磁集成技术是无源电力电子集成化研究内容的重要组成部分。论文对直流-直流开关功率变换器中磁集成关键技术进行深入研究，包括集成磁件的分析方法、磁集成正激变换器的零纹波设计、倍流整流变换器磁集成技术、多路交错并联开关变换器磁集成技术、多功能集成磁件绕组交流损耗的机理分析与建模、近磁场耦合利用与控制技术、磁集成开关变换器的小信号建模技术。在集成磁件的分析方法上，提出磁路-电路综合时域分析法，物理概念清晰，可以直观方便地建立电路和磁性元件磁路参数的接口关系，直接获得磁芯磁通和绕组电流波形，并以磁集成正激变换器为例作详细阐述。根据磁件集成方式的不同，磁集成正激变换器可分为两种。针对磁集成正激变换器一，从集成磁件等效电路模型的角度，分析了其输出电流纹波减小特点，提出了磁集成对电流纹波的转移作用，阐述零纹波设计对磁通分布和绕组交流损耗的影响。进一步地，对磁集成正激变换器二的工作原理进行分析，发现该集成方案在副边绕组匝数相等的情况下也可以获得输出电流零纹波性能，并通过实验加以验证。提出一种新型的倍流整流磁集成方案，将现有倍流整流变换器集成磁件中一电感绕组去除，可以有效地简化绕组布线，减小原、副边漏感，有利于提高电源效率和功率密度。发现现有倍流整流半桥变换器集成磁件是磁集成正激变换器中集成磁件在双端变换器的应用，这为开关变换器磁集成技术研究提供新的认识。进一步地，提出副边绕组匝比配置为2:1的改进设计，将磁路的工作气隙减少为一个，可以实现新方案机构稳定。同时，由于气隙扩散磁通影响的减小，绕组纹波电流的改善，改进设计带来磁集成倍流整流半桥功率变换器效率提升3.5%。分析耦合电感在两路电压调整模块的应用特点，建立耦合参数对支路电流纹波的影响关系，研究电流纹波减小特征，提出能够反映耦合电感复杂交流绕组损耗特征的新型双电阻模型。进一步地，针对反激变压器绕组的交流电感器分量损耗大的缺点，提出新型磁集成交错并联反激变换器，可以有效抑制电流谐波，减小绕组损耗和磁芯损耗，降低开关损耗，提高变换效率。对电压调整模块多个电感的空间磁场进行改造和利用，提出近场耦合磁集成新思路。采用简易磁路结构，构造复杂多磁路耦合电感，具有磁芯结构简单、实现方便等优点。进一步地，将近场耦合磁集成推广应用于倍流整流变换器中，可更好地理解现有集成磁件的工作机理，揭示不同磁集成方案间的内在关系。通过减小近场磁阻可以减小激磁电流产生的绕组交流损耗，减小磁芯损耗和开关损耗，提高功率变换器效率。最后，以不同集成磁件分析方法为基础，结合状态空间平均法，分别提出叁种磁集成开关功率变换器小信号建模方法，对磁集成有源箝位正激变换器一和新型磁集成倍流整流变换器作了小信号建模，分析了磁集成对电路动态性能的影响，为这类变换器的动态特性研究和控制设计建立理论基础。
何莹莹[9]2014年在《伪连续导电模式单电感双输出反激变换器研究》文中进行了进一步梳理移动电话等便携式电子产品需要多个不同等级的供电电压,采用多输出绕组的多路输出开关变换器,各路输出间存在严重的交叉影响。单电感多输出(Single-Inductor-Multi-Output, SIMO)开关变换器的所有输出支路共用一个磁性元件,减少了变换器的体积和成本,且每条输出支路均可独立调节,得到了业界的广泛关注。现有单电感多输出变换器的研究多集中于非隔离变换器,不适合输入输出需要隔离的应用场合,因此,研究隔离型单电感多输出变换器具有重要的理论研究和实用价值。详细分析了工作于独立充电时序和共享充电时序时单电感双输出(Single-Inductor-Dual-Output, SIDO) Flyback变换器的工作原理。分别讨论了工作于这两种时序的SIDO Flyback变换器在励磁电感电流断续、临界连续和连续导电模式时的交叉影响特性。共享充电时序时,变换器输出支路间存在交叉影响。独立充电时序下,变换器工作于断续导电模式时,可以避免交叉影响,但重载条件下存在电感电流纹波大的问题。研究了伪连续导电模式(Pseudo-Continuous Conduction Mode, PCCM)的SIDO Flyback变换器。分析了励磁电感电流工作于共享和独立充电时序时PCCM SIDO Flyback变换器的工作原理和交叉影响特性。共享充电时序时,输出支路间存在交叉影响；独立充电时序时,PCCM的续流阶段实现了输出支路间的功率解耦,避免了交叉影响。详细分析了独立充电时序PCCM SIDO Flyback变换器的开关管电压应力、负载范围、电感参数等工作特性。结果表明PCCM SIDO Flyback变换器不但降低了主控开关管的电压应力,还拓宽了负载范围。此外,工作于恒流模式的PCCM SIDO Flyback变换器为多通道LED驱动提供了一种有效的解决方案。仿真和实验结果验证了理论研究的正确性。针对输出支路的不同需求,以CCM-PCCM为例,研究了SIMO变换器电感电流的混合导电模式,分析了CCM-PCCM的工作原理。与PCCM SIDO Flyback变换器相比,CCM-PCCM SIDO反激变换器在一个工作周期内仅续流一次,提高了变换器的效率。给出了CCM-PCCM SIDO Flyback变换器的定频调制和变频调制实现方式。研究了两种调制方式下CCM-PCCM SIDO Flyback变换器的交叉影响特性,结果表明,两种调制方式下PCCM输出支路对CCM输出支路均不存在交叉影响；定频调制时,CCM输出支路对PCCM输出支路存在瞬态交叉影响；变频调制时,CCM输出支路对PCCM输出支路既存在瞬态也存在稳态交叉影响。分别给出了两种调制方式的控制策略,最后仿真结果验证了CCM-PCCM SIDO Flyback变换器的可行性。
汲德明[10]2017年在《交错并联反激式光伏并网微型逆变器设计》文中研究表明太阳能作为无污染的可再生能源正在被世界各国广泛的开发和利用,分布式光伏并网发电是太阳能利用的热点之一,其特点是每块光伏电池板连接一块微型逆变器,而微型逆变器是光伏发电系统的核心设备,可将光伏板输出的直流电转换为与电网同频同相的交流电并入电网。光伏并网逆变器输出的电能质量会直接影响电网的稳定,因此提高逆变器的转换效率和发电质量至关重要。本文首先根据光伏电池的仿真模型,分析了不同温度和光照强度时的特性曲线,提出改进型变步长扰动观察法解决了传统扰动观察法在跟踪速度与控制精度无法平衡的矛盾,实现了光伏发电系统的最大功率点跟踪。设计了前级为交错并联反激变换器,后级为全桥电路的光伏并网微型逆变器,分析了反激式微型逆变器在各工作模式下的特性和元器件应力,得出系统控制策略为连续导通模式时更加稳定可靠,在反激变换器中加入了有源钳位电路不仅可以提高DC-DC的转换效率,还能实现MOSFEF管的零电压开关,采用了主动移频检测法能高效检测光伏并网逆变器的孤岛效应。在Matlab/Simulink中搭建了交错并联反激式光伏发电系统仿真模型,验证控制算法能够满足光伏并网微型逆变器的性能要求。最后,计算硬件电路的主要元器件参数、选择合适元器件型号,设计了以Microchip公司的dsPIC33FJ16GS504数字信号控制器为控制核心的有源钳位交错并联反激式光伏并网微型逆变器样机,并通过软件实现控制算法、系统状态机和软件锁相环设计。在实验室搭建了200W的光伏并网微型逆变器实验平台,进行了并网实验、孤岛检测和逆变器转换效率统计。并网电流总谐波和孤岛检测反应时间均符合国家规定的相关标准,逆变器电能转换效率也较为理想。本文通过仿真波形和实验波形充分验证了设计的光伏并网逆变器具有可行性。
参考文献：
[1]. 隔离型高增益正反激变换器拓扑与控制研究[D]. 章治国. 重庆大学. 2015
[2]. 反激变换器的应用研究[D]. 胡江毅. 南京航空航天大学. 2003
[3]. 基于双向反激变换器的锂电池充放电设备研发[D]. 汪玉明. 华南理工大学. 2016
[4]. 开关电源中的混沌现象的研究及反激式电源的研制[D]. 高振江. 安徽理工大学. 2013
[5]. 双向反激变换器的研究[D]. 成晶晶. 浙江大学. 2010
[6]. 基于CCM反激开关变换器的高效低输出电压直流电源的研究[D]. 宋辉淇. 福州大学. 2005
[7]. 联网微型光伏逆变器的研究与设计[D]. 黄学宇. 浙江工业大学. 2014
[8]. 直流—直流开关功率变换器磁集成关键技术研究[D]. 卢增艺. 福州大学. 2011
[9]. 伪连续导电模式单电感双输出反激变换器研究[D]. 何莹莹. 西南交通大学. 2014
[10]. 交错并联反激式光伏并网微型逆变器设计[D]. 汲德明. 中北大学. 2017