直流变换器软开关技术综述

近几十年来,随着功率密度的提高,DC/DC变换器软开关技术取得了很多成就。从谐振变换器、软开关-PWM变换器以及移相全桥软开关变换器三个方面对直流软开关技术进行了综述,比较了各种软开关技术的优缺点;对进一步提高软开关变换器效率的改进方法进行了展望。     

A novel PWM control for a bi-directional full-bridge DC–DC converter with smooth conversion mode transitions

A novel CMOS integrated pulse-width modulation (PWM) control circuit allowing smooth transitions between conversion modes in full-bridge based bi-directional DC–DC converters operating at high switching frequencies is presented. The novel PWM control circuit is able to drive full-bridge based DC–DC converters performing step-down (i.e. buck) and step-up (i.e. boost) voltage conversion in both directions, thus allowing charging and discharging of the batteries in mobile systems. It provides smooth transitions between buck, buck-boost and boost modes. Additionally, the novel PWM control loop circuit uses a symmetrical triangular carrier, which overcomes the necessity of using an output phasing circuit previously required in PWM controllers based on sawtooth oscillators. The novel PWM control also enables to build bi-directional DC–DC converters operating at high switching frequencies (i.e. up to 10?MHz and above). Finally, the proposed PWM control circuit also allows the use of an average lossless inductor-current sensor for sensing the average load current even at very high switching frequencies. In this article, the proposed PWM control circuit is modelled and the integrated CMOS schematic is given. The corresponding theory is analysed and presented in detail. The circuit simulations realised in the Cadence Spectre software with a commercially available 0.18?µm mixed-signal CMOS technology from UMC are shown. The PWM control circuit was implemented in a monolithic integrated bi-directional CMOS DC–DC converter ASIC prototype. The fabricated prototype was tested experimentally and has shown performances in accordance with the theory.     

基于高频高压交流母线多组输出直流电源的研制

本电源是基于高频高压交流母线具有多组输出的直流电源，它具有高达200kHz的开关频率，后级的整流电路由于高频交流母线的存在，使得变压器和电感的设计变得简单，滤波电容的选择也更容易。本电源由PFC电路提供400V的高压直流输入，再由MOSFET组成全桥逆变电路，在固定额率的PWM发生电路和IR2110 MOSFET驱动电路作用下，只加—个谐振电感就可实现开关管的零电压开通，可在大大降低开关损耗和噪声的同时实现直流交流的变换。整流部分采用倍流整流电路以提高原边电压的利用率，可输出低压大电流。由于采用肖特基管，—方面可使得二板管的损耗可以接受，另外—方面还避免了采用同步整流电路所面临的电路结构复杂和驱动困难。     

一种全桥ZVZCS DC/DC变换器的研究

提出了一种全桥零电压零电流(FB-ZVZCS)DC/DC变换器拓扑,副边采用电容和二极管构成了两个辅助电路,它们与谐振电感谐振形成的阻断电压源相串联,实现了滞后臂较大范围的ZCS,同时此种结构抑制了副边整流二极管尖峰电压;针对高输出电压设计,输出采用双全桥串联整流电路以降低整流二极管的高电压应力和解决它们的均压问题。变换器控制简单、没有辅助开关和缓冲电路。文中详细分析了工作原理和参数设计,仿真和样机实验验证了方案的正确性。     

一种新的移相全桥零电压开关PWM变换器

对于移相全桥零电压开关PWM变换器,在全负载范围内实现所有开关器件零电压开关和减少占空比丢失之间是矛盾的。如果在电路中增加一个辅助电路,根据负载情况在续流期间为滞后桥臂的零电压开关提供能量,能在全负载范围内实现所有开关器件的零电压开关和减少占空比丢失,但电路中存在严重的环流问题。文中提出新的拓扑结构通过增加一个双向开关和相应的驱动电路,有效地减少了环流带来的损耗。实例分析和仿真验证了这种拓扑的优点。     

10kV/5kW机载发射机高压电源的设计

设计了10 kV/5 kW机载发射机高压电源,详细介绍了准同步防冲调压电路、逆变谐振电路、高性能控制电路和高压变压整流器等关键电路的设计。此高压电源具有可靠、稳定、高效、功率密度高等优点。仿真波形和实验结果证明了该高压电源的优越性和实用性,能满足大中功率机载雷达发射机的要求。     

PSFB-ZVS电路的研究

软开关技术的应用使得中大功率电源在体积、效率等方面的性能有较大的提升。对一种中大功率开关电源的软开关电路进行仿真研究,该电路采用移相全桥零电压开关（PSFB‐ZVS）变换器拓扑结构,应用比例积分（PI）控制器和移相角调节技术实现电压的稳定输出,且4个开关管实现零电压开通。实验结果表明,所设计的电源性能良好,可作为后续的数字化电源的研究参考。     

三相IGBT全桥隔离驱动电源设计

设计了一种基于电流型PWM控制器UC3845的三相IGBT全桥隔离驱动电源。采用单端反激式结构,电压反馈与电流反馈组成双闭环串级结构。TL431a与PC817组成反馈网络,旁路掉UC3845内部误差放大器,反馈信号直接输入到内部误差放大器的输出端。提供4路相互隔离输出,每路均提供＋15V／-9V输出。该电源稳压效果好,负载调整率高,适合作为三相IGBT全桥隔离驱动电源。     

移相全桥DC/DC变换器的设计

针对全桥移相软开关变换器存在滞后桥臂难以实现ZVS,提出了一种新型的全桥移相ZVS变换器拓扑结构。论述了所提出拓扑结构的工作原理、工作过程,对主要器件进行了参数选择,根据所选取参数对主电路进行研究,给出了主要波形,实验结果验证了电路分析的正确性和设计的可行性。     

一种数字控制单相全桥逆变电路运动行为分析方法研究

考虑到数字控制单相全桥逆变电路PWM调制方法和滤波器、负载结构的多样性, 以及利用状态转移矩阵对系统运动行为分析方法的局限性. 通过解析表达状态转移矩阵中的元素, 本文提出了一种可以解析描述具有N个状态变量、一个开关周期内M次拓扑 变化的数字控制单相全桥逆变电路(简称N-M数字控制单相全桥逆变电路)系统参数 与运动行为关系的分析方法. 以3-3数字控制单相全桥电压逆变电路为例对上述分析方法进行了验证, 推导出了该三阶电路发生Hopf分岔的解析判别式、稳定范围及Hopf分岔振荡频率的解析表达式, 并通过Simulink仿真及电路实验证明了理论分析的正确性.