摘要：现代工业生产越来越重视节约能源和降低成本,促使高效率和高功率密度成为分布式电源系统发展的主要方向。随着信息技术、计算机系统和电动汽车等领域的发展,对具有高效率、高功率密度的隔离电源的需求显著增加。本文针对数据中心服务器电源对高效率、高功率密度的需求,通过提升开关频率到1 MHz来提高变换器的功率密度;并对传统LLC变换器进行研究,阐述其工作原理及相对其他变换器的优势。在此基础上,应用GaN器件、矩阵变压器和同步整流来进一步优化传统LLC谐振变换器;最后设计并制作了一台1kW,380V输入、12V输出实验样机,功率密度达到300W/in3,验证了理论分析的正确性。

摘要：传统的单激励线圈系统有传输距离和传输角度的限制。为了解决这一问题,提出了四线圈激励的无线电能传输系统。通过将4个激励线圈分别放在平行和垂直位置的方式,不仅可以延长能量传输距离,而且减弱了传输方向的敏感度。为简化分析,将激励线圈等效为磁极,根据N/S极性,提出了区域线圈的4种绕组连接方式,通过理论分析和仿真,对其区域磁场分布进行研究。给出了区域等效电路模型,对比单激励线圈系统,推导出参数设计方法,给出了补偿电容的计算依据。以获取最大磁场强度为目标,选取S-S-N-N绕组连接方式,构建了一个0.8m×0.8m×0.8m的四线圈激励的共振式无线能量传输区域,验证了参数设计的正确性,并说明了采用四线圈构建供电区域可延长传输距离,减弱传输方向的敏感度。

摘要：S/SP非接触谐振变换器因为对系统参数变化尤其是变压器的耦合系数变化不太敏感,具有良好的应用前景。但该变换器中主要波形谐波含量较大,导致基波分析方法误差较大,直接影响到变换器的参数设计以及控制的有效性。为此论文对变换器的时域特性展开研究。论文考虑谐波影响,推导谐振网络的通用等效电路,揭示谐波产生的原因,建立谐振腔各波形的定量表达式。在时域波形分析的基础上,论文进一步研究变换器的输出增益特性,推导精确的电压增益并指出基波分析方法结果偏大的原因。最后,设计一台1.5 k W的S/SP非接触谐振变换器,特征波形、电压增益的实验与分析结果吻合良好,验证了论文所采用的时域特性分析方法的正确性。

摘要：近年来,双向LLC-DCX在电源系统中得到了越来越广泛的应用。为应对系统功率等级的提升,多模块并联成为实现系统扩容的重要方法。然而,均流性能是LLC谐振变换器并联系统的设计难点,各模块微小的谐振参数差异即可引起较大的电流不均衡。该文根据双向LLC谐振变换器的增益特性,定量分析双向LLC-DCX的并联特性,提出一种通过优化谐振网络参数提升并联均流性能的方法。最后,搭建一套三模块双向LLC-DCX并联系统样机,实验结果验证了所提方法的可行性和有效性。

摘要：鉴于绕组区域处的磁场分布对高频磁性元件的铜损影响很大,利用有限元分析,研究了气隙在磁芯柱位置对铜箔绕组和漆包线绕组铜损产生的影响,以及分布气隙参数对绕组铜损的影响。结果表明:气隙在磁芯柱位置对铜箔和漆包线绕组的铜损影响不同。在分布气隙设计中,气隙之间的距离大于5个气隙长度时,气隙之间的影响可以忽略。分布气隙个数的选择,应该使绕组到气隙的距离大于3个而不超过5个气隙的长度。

摘要：Vienna整流器因其高功率密度、高可靠性等优点,适用于多电飞机的交流供电系统。航空电网对可靠性有很高的要求,需要考虑电网不平衡甚至缺相故障的情况。当电网出现三相不平衡情况时,需要采取合适的控制方法消除电网负序分量对整流器输入输出性能的影响。而当电网出现缺相故障时,常规的三相控制方法失效,整流器通常需要停机保护,但降低了供电系统的可靠性。为了使整流器在电网缺相故障下维持输出功能,该文通过分析缺相状态下Vienna整流器的工作模态,提出一种单相空间矢量脉宽调制方法,并设计相应的控制环路,使得Vienna整流器在缺相状态下能够维持稳定的直流输出,并同时给出一种缺相判断方法。通过仿真和实验验证了所提Vienna整流器缺相控制方法的有效性。

摘要：自激控制方法由于控制方法简单、对系统参数变化响应速度快,在非接触供电系统中存在广阔的应用前景。该文由完全补偿条件下非接触变换器中逆变器电压与副边电流同相的特殊关系,引入转移阻抗的概念,分析并提出适用于串/串补偿非接触谐振变换器的自激控制方法。为在变换器原边实现副边电流相位的检测,保证变参数条件下检测的准确性和快速性,提出测试绕组短路的非接触电流相位互感器。此外,为保证自激控制的准确,对非接触电流相位互感器及控制回路中寄生参数造成的相位延迟进行分析和补偿。最后,制作完成一台60 W的采用非接触电流相位互感器的自激式非接触谐振变换器。实验结果表明,非接触电流相位互感器能够准确检测副边电流相位并反馈至原边,自激控制方法则可以通过检测副边电流过零点控制逆变器开关管,使得变换器在变参数条件下自动工作在电压增益恒定的频率点。设计的动态实验也证明了所述自激控制方法能在一周期内响应变换器参数变化。

摘要：提出一种新颖的四开关Buck-Boost变换器及其控制策略。该变换器由Buck变换器和Boost变换器级联等效而成,其可以将宽范围的输入电压高效率变换到额定电压附近,这样对后级变换器而言输入就是一个窄范围,从而保证了后级变换器的优化设计;与此同时,四开关Buck-Boost变换器的滤波工作模式还保证了额定输入电压附近效率的最高。实验结果表明:采用文中提出的四开关Buck-Boost变换器作为前级的两级式变换器可以满足未来通信电源模块高效率、高功率密度以及宽输入范围的要求。

摘要：机载设备需要大量多路输出小功率模块电源。针对270V高压直流输入,研制电机驱动器用的7路输出、32W模块电源。结合变换器要求,指出高效率、高功率密度、高稳压精度及低的交叉调整率是设计的主要难点。在分析4种可能方案后,选取两级式变换器"半桥(D=50%)+BUCK"方案。为了优化效率,推导了满载条件下变换器总损耗关于频率和输入电压的计算函数,讨论了频率对变换器效率的影响,选取效率最优点对应的开关频率—100kHz。分析结果还表明采用该方案相同频率和负载,输入电压升高效率降低。最后,制作了一台原理样机并给出了实验结果:100kHz开关频率下,随输入电压升高整机效率从84.7%降至76.3%,额定输入时为80.2%,与理论分析一致。此外,损耗分析结果还为效率的进一步优化提供了依据。

摘要：同等电压应力下的GaN器件相比Si器件具有更低的导通电阻Rds(on)(on-resistance)及门极充电电荷Qg,能够大幅降低驱动和开关损耗,有利于提高变换器效率及功率密度。在低压小功率场合的超高频VHF(very high freque-ncy)谐振反激变换器中,提出了一种集成空芯变压器,大幅减小了印制电路板PCB(printed circuit board)面积,提高了功率密度。同时通过有限元分析FEA(finite element analysis)设计样机结构,确保变压器磁场不会影响其他器件。应用该方案搭建了3台5 V输入、5 V/2 W输出的超高频谐振反激变换器,分别为20-MHz Si方案、30-MHz GaN方案和50-MHz GaN方案。其中,50-MHz GaN方案样机实现了39.4 W/in3的功率密度,相比20-MHz Si方案提升41%。同时,在效率接近的前提下,3台变换器的高度都不足商用产品的一半。