1電路分析

電路圖如圖1所示。在穩(wěn)態(tài)工作條件下，為了簡化分析，假設(shè)所有開關(guān)器件都是理想的；漏感Lr遠(yuǎn)小于勵(lì)磁電感Lm；L2為變壓器副邊等效電感；電路工作在CCM模式。

電路共有4個(gè)工作模式，工作過程如圖2所示。

——模式1[t0－t1]在S1和S2開通后的t0時(shí)刻，輸入直流電壓Uin作用于Lr和Lm上，D1和D2關(guān)斷，漏感電流iLr線性上升，則有

iLr(t)=iLr(t0)＋[Uin/Lr+Lm](t－t0)（1）

D1和D2承受反壓為Uin，而D3承受反壓為Uo＋(N2/N1)Uin，iL2=0，由濾波電容C向負(fù)載供電。

摘要：提出了一種新穎的零電流零電壓開關(guān)（ZCZVS）PWM全橋變換器，通過增加一個(gè)輔助電路的方法實(shí)現(xiàn)了變換器的軟開關(guān)。與以往的ZCZVSPWM全橋變換器相比，所提出的新穎變換器具有電路結(jié)構(gòu)簡單、整機(jī)效率高以及電流環(huán)自適應(yīng)調(diào)整等優(yōu)點(diǎn)，這使得它特別適合高壓大功率的應(yīng)用場合。詳細(xì)分析了該變換器的工作原理及電路設(shè)計(jì)，并在一臺(tái)功率為4kW，工作頻率為80kHz的通信用開關(guān)電源裝置上得到了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：全橋變換器；零電壓開關(guān)；零電流開關(guān)；軟開關(guān)；脈寬調(diào)制

引言

移相全橋零電壓PWM軟開關(guān)（PSFBZVS）變換器與移相全橋零電壓零電流PWM軟開關(guān)（PSFBZVZCS）變換器是目前國內(nèi)外電源界研究的熱門課題，并已得到了廣泛的應(yīng)用。在中小功率的場合，功率器件一般選用MOSFET，這是因?yàn)镸OSFET的開關(guān)速度快，可以提高開關(guān)頻率，采用ZVS方式，就可將開關(guān)損耗減小到較為理想的程度[1]。而在高壓大功率的場合，IGBT更為合適。但I(xiàn)GBT的最大的缺點(diǎn)是具有較大的開關(guān)損耗，尤其是由于IGBT的“拖尾電流”特性，使得它即使工作在零電壓情況下，關(guān)斷損耗仍然較大，要想在ZVS方式下減少關(guān)斷損耗，則必須加大IGBT的并聯(lián)電容。然而由于輕載時(shí)ZVS很難實(shí)現(xiàn)（滯后臂的ZVS更難實(shí)現(xiàn)），因此ZVS方案對于IGBT來說并不理想。若采用常規(guī)的移相全橋軟開關(guān)變換器，其優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的，即功率開關(guān)器件電壓、電流額定值小，功率變壓器利用率高等，但是它們卻也存在著各種各樣的缺點(diǎn)：有的難以適用于大功率場合；有的要求很小的漏感；有的電路較為復(fù)雜且成本很高[2][3][4][5][6]。

本文提出了一種新穎的ZVZCSPWM全橋變換器，它能有效地改進(jìn)以往所提出的ZVZCSPWM全橋變換器的不足。這種變換器是在常規(guī)零電壓PWM全橋變換器的次級增加了一個(gè)輔助電路，此輔助電路的優(yōu)點(diǎn)在于沒有有損元件和有源開關(guān)，且結(jié)構(gòu)簡單。次級整流二極管的電壓應(yīng)力與傳統(tǒng)PWM全橋變換器相等，而ZCS具有最小的環(huán)路電流值。電流環(huán)能夠根據(jù)負(fù)載的變化情況自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，從而保證了負(fù)載在較大范圍內(nèi)變化時(shí)變換器同樣具有較高的效率。

1工作原理

摘要：以半可控整流器橋路(HCRB)為基礎(chǔ)的STIL02浪涌電流限制器克服了NTC熱敏電阻在熱態(tài)重啟時(shí)浪涌限流功能變差以及熱態(tài)功耗較大的缺點(diǎn)，因而是一款優(yōu)質(zhì)高效的新型浪涌電流限制器。文中介紹了STIL02臨界模式PFC升壓預(yù)調(diào)整器中的應(yīng)用，同時(shí)給出了其應(yīng)用電路。

關(guān)鍵詞：浪涌電流；限流器件；STIL02；PFC應(yīng)用

在脫線變換器啟動(dòng)期間，因?qū)Υ笕萘侩娙萜鞒潆姇?huì)產(chǎn)生一個(gè)大電流。這個(gè)大電流比系統(tǒng)正常電流大幾倍乃至幾十倍(即所謂浪涌電流)，而這可能使AC線路的電壓降落，從而影響連接在同一AC線路上的所有設(shè)備的運(yùn)行，有時(shí)會(huì)燒斷保險(xiǎn)絲和整流二極管等元件。因此，必須對其加以限制。

限制浪涌電流的最簡單方法是在系統(tǒng)AC線路輸入端串聯(lián)一只NTC熱敏電阻。由于在冷啟動(dòng)時(shí)，NTC熱敏電阻呈現(xiàn)高阻抗，因而將使涌入電流得到限制。而當(dāng)電流的熱效應(yīng)使NTC熱敏元件的溫度升高，NTC阻值急劇下降時(shí)，對系統(tǒng)的電流限制作用會(huì)較小。同時(shí)，由于NTC熱敏電阻在熱態(tài)下的阻抗并不是零，故會(huì)產(chǎn)生功率損耗，從而影響系統(tǒng)的運(yùn)行效率。還有一個(gè)問題是NTC熱敏電阻在熱態(tài)下重新啟動(dòng)時(shí)，對浪涌電流起不到限制作用。為此，可在系統(tǒng)啟動(dòng)之后，利用SCR等元件將NTC熱敏元件短路。

1基于HCRB的電流限制器STIL02

在傳統(tǒng)浪涌電流限制電路中，HCRB被認(rèn)為是較為先進(jìn)的一種電路，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。HCRB電路是在橋式整流器上部二極管D1、D2和限流電阻(Rinrush)之間并接兩個(gè)SCRS(SCR1和CSR2)，以組成SCR／二極管混合橋路，從而在系統(tǒng)(PFC升壓預(yù)變換器)啟動(dòng)期間使浪涌電流通過D1、D2和Rinrush并被Rinrush(NTC)限制。當(dāng)大容量電容器完全充電后，AC電流通過觸發(fā)的SCR1、SCR2和D3、D4整流而將D1、D2和Rinrush短路。

摘要：隨著電壓調(diào)整模塊（VRM）輸入容量的越來越大和動(dòng)態(tài)要求的越來越嚴(yán)格，適應(yīng)降壓（AVP）控制在VRM中的應(yīng)用被人們重新認(rèn)識。本文對AVR控制策略的有源法和無源法進(jìn)行了理論分析，并采用一種新式檢測方法實(shí)現(xiàn)AVP控制，并通過比較實(shí)驗(yàn)證實(shí)了AVP控制方法的優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞：電壓調(diào)整模塊降壓控制有源法無源法

CPU和DSP對數(shù)據(jù)處理速度和容量的要求不斷提高，對電源模塊的供電要求也就相應(yīng)地提高了，主要體現(xiàn)在電源的輸出電流大小及其變化率和輸出電壓峰－峰值上。采取的措施有多通道buck電路拓?fù)浜土己玫目刂品椒ǎ鏥2控制法和滯回控制法等，這樣可以改善電源的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能、提高電源效率。但是對于更低的輸出電壓、更大的電流動(dòng)態(tài)變化率，不可避免地要采用更大容量、更低ESR的電容以減少瞬態(tài)電壓峰－峰值。而大容量、低ESR電容增加了模塊的成本，占用更大的空間，不利于提高功率密度。基于以上種種問題，采用AVP方法（如圖1所示）使電源在滿載時(shí)電壓比所要求的最低電壓高，在空載或輕載時(shí)輸出電壓比所要求的最高電壓低，這樣不僅有利于電源模塊的熱設(shè)計(jì)，而且動(dòng)態(tài)過程電壓工作在窗口電壓內(nèi)，輸出電壓峰－峰值小、恢復(fù)時(shí)間短。但是文獻(xiàn)提出的方法較為復(fù)雜，使用專用的控制芯片導(dǎo)致開發(fā)成本增加，提出的方法在實(shí)際應(yīng)用中電路效率較低。本文對AVP控制方法進(jìn)行深入分析，歸納總結(jié)出各種AVP的實(shí)現(xiàn)方法，并提出了一種新穎高效的控制方法，用實(shí)驗(yàn)證明AVP方法的優(yōu)越性。

1AVP控制有源法的分析

AVP有源控制為雙環(huán)控制，其基本原理如圖2所示。通過檢測電感電流，根據(jù)降壓要求相應(yīng)調(diào)節(jié)輸出電壓的基準(zhǔn)。輸出電壓跟隨基準(zhǔn)電壓而實(shí)現(xiàn)AVP控制。圖3為AVP有源控制的方塊圖，假設(shè)電流環(huán)增益為Ti，電壓環(huán)增益為Tv，則：

Ti＝Av×FM×Gid×Ai（1）

摘要：推薦了一種諧振復(fù)位雙開關(guān)正激型DC/DC變換器。它不僅克服了諧振復(fù)位單開關(guān)正激變換器開關(guān)電壓應(yīng)力大和變換效率低的缺點(diǎn)，而且具有占空比可以大于50％的優(yōu)點(diǎn)。因此，該變換器可以應(yīng)用于高輸入電壓、寬變化范圍、高效率要求的場合。對該拓?fù)涞墓ぷ髟砗吞匦赃M(jìn)行了詳細(xì)的描述。最后通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了該拓?fù)涞纳鲜鰞?yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：諧振復(fù)位;雙開關(guān);正激變換器

1概述

諧振復(fù)位單開關(guān)正激變換器，如圖1所示，是一種結(jié)構(gòu)比較簡單、應(yīng)用十分廣泛的DC/DC變換器。它通過諧振電容Cr上的電壓對變壓器進(jìn)行復(fù)位，該復(fù)位電壓可以大于輸入電壓，因此，該變換器的占空比可以大于50％，適合于寬輸入范圍的場合。但和通常的單開關(guān)正激變換器一樣，它的開關(guān)電壓應(yīng)力比較大，是輸入電壓的2倍左右，用于較高輸入電壓的場合有一定的困難。另外，每次開關(guān)S開通之前，Cr上電壓為輸入電壓，在S開通時(shí)，不僅將S的寄生電容上的能量CossVin2/2消耗在開關(guān)上，同時(shí)也將Cr上的能量CrVin2/2消耗在S上。而Cr又是外并的諧振電容，其值可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于開關(guān)的寄生電容，所以，可以認(rèn)為該變換器的等效開關(guān)損耗大大增加，效率將會(huì)受到嚴(yán)重影響。

雙開關(guān)正激變換器克服了主開關(guān)電壓應(yīng)力大的缺點(diǎn)，它每個(gè)開關(guān)的電壓應(yīng)力等于輸入電壓，是單開關(guān)正激的一半左右，適用于高壓輸入場合。而且雙開關(guān)正激變換器是利用輸入電壓給變壓器進(jìn)行復(fù)位，結(jié)構(gòu)上也比較簡單，激磁能量和漏感能量回饋到輸入側(cè)，轉(zhuǎn)換效率比較高。因此，這種雙開關(guān)正激DC/DC拓?fù)浔粡V泛地應(yīng)用于工業(yè)界，不僅僅是高壓輸入場合。但是，這種雙開關(guān)正激變換器有它的突出缺點(diǎn)，即只能工作在占空比小于50％的狀態(tài)，所以，不適合用在變換范圍非常寬的場合。

本文推薦了一種諧振復(fù)位雙開關(guān)正激變換器，它綜合了單開關(guān)諧振正激和雙開關(guān)正激的優(yōu)點(diǎn)，不僅可以工作在占空比大于50％的狀態(tài)，而且又采用雙開關(guān)結(jié)構(gòu)，大大減小了開關(guān)的電壓應(yīng)力。因此，該變換器適用于高電壓輸入、寬變化范圍的場合。

摘要：精確線性化方法是基于微分幾何工具發(fā)展起來的非線性系統(tǒng)線性化解耦控制方法，通過對非線性系統(tǒng)進(jìn)行精確線性化處理后變換成線性系統(tǒng)。電力電子開關(guān)變換器是一類典型的非線性系統(tǒng)，應(yīng)用傳統(tǒng)的線性控制理論來處理此類變換器，難以解決電力電子系統(tǒng)建模和控制問題。隨著電力電子技術(shù)和控制理論的發(fā)展，精確線性化方法在電力電子系統(tǒng)中得到應(yīng)用。首先，介紹精確線性化方法在電力電子開關(guān)變換器方面的應(yīng)用。最后，提出了精確線性化方法在電力電子系統(tǒng)中的研究趨勢。

關(guān)鍵詞：非線性性控制；微分幾何；狀態(tài)反饋；精確線性化；電力電子系統(tǒng)

電力電子開關(guān)變換器，是一類典型的非線性系統(tǒng)。若將傳統(tǒng)的線性控制理論應(yīng)用到此類變換器，難以解決電力電子系統(tǒng)建模和控制問題，受到很大的局限性。隨著電力電子技術(shù)和控制理論的發(fā)展，多種控制方法已經(jīng)在電力電子系統(tǒng)中得到應(yīng)用，包括變結(jié)構(gòu)控制、精確線性化方法、單周控制、模糊控制、預(yù)測控制、自抗擾控制等。精確線性化的實(shí)現(xiàn)，是通過選擇合適的微分同胚和非線性反饋，將仿射非線性系統(tǒng)變?yōu)榫€性系統(tǒng)。然后再根據(jù)對象控制的目標(biāo)，采用相應(yīng)的線性系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。從而將復(fù)雜的非線性系統(tǒng)綜合問題轉(zhuǎn)化為線性系統(tǒng)的綜合問題?；谖⒎謳缀卫碚摰姆答伨€性化方法與傳統(tǒng)的利用泰勒展開式進(jìn)行局部線性化近似方法不同，在線性化過程中沒有忽略任何高階非線性項(xiàng)，因而這種線性化是整體的，具有更高的精確性。精確線性化包含無反饋線性化和反饋線性化，后者利用微分同胚和狀態(tài)反饋把仿射非線性系統(tǒng)變換為可控的線性系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)非線性的精確對消，再利用線性系統(tǒng)理論進(jìn)行系統(tǒng)綜合。

1精確線性化方法在電力電子開關(guān)變換器中的應(yīng)用

電力電子開關(guān)變換器，是非線性系統(tǒng)。傳統(tǒng)的控制方法，采用線性PI控制技術(shù)。PI控制技術(shù)具有控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單、適用性較好，但輸出反饋控制設(shè)計(jì)是基于目標(biāo)誤差設(shè)計(jì)而不是基于模型控制，故控制效果比較差。隨著非線性系統(tǒng)微分幾何理論的迅速發(fā)展，非線性控制理論很好地應(yīng)用到電力電子開關(guān)器件的控制中，文獻(xiàn)就把精確線性化方法應(yīng)用到DC/DC變換器中。文獻(xiàn)[1-2]以電流連續(xù)型Buck（CCMBuck）變換器作為研究對象，建立了狀態(tài)反饋精確線性化模型Z=AZ+bv（1）其中坐標(biāo)變換為12121()(),,,(),(),,()()TTfnnnfhXLhXZzzzXXXLhXϕϕϕ−===（2）文獻(xiàn)[3]也利用狀態(tài)反饋精確線性化方法推導(dǎo)出了非線性狀態(tài)反饋表達(dá)式，并利用二次型最優(yōu)控制、基于無源化設(shè)計(jì)理論對狀態(tài)反饋反饋系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)非線性系統(tǒng)的線性化。并提出了非線性系統(tǒng)的反饋控制律u：21222212221122111()111()imLLimLLLCuxxvURCLCRCLCxxkkURCLCRCξξ=−−++=−−+−−（3）文獻(xiàn)[4]采用狀態(tài)反饋精確線性化方法并結(jié)合變結(jié)構(gòu)控制理論，提出了一種新的控制策略，推導(dǎo)出非線性坐標(biāo)變換矩陣12,()(),()TTfz=zz=φx=hxLhx（4）和狀態(tài)反饋表達(dá)式精確線性化方法在電力電子開關(guān)變換器中的應(yīng)用綜述何堅(jiān)輝（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司惠州仲愷供電局，廣東惠州，516001）摘要：精確線性化方法是基于微分幾何工具發(fā)展起來的非線性系統(tǒng)線性化解耦控制方法，通過對非線性系統(tǒng)進(jìn)行精確線性化處理后變換成線性系統(tǒng)。電力電子開關(guān)變換器是一類典型的非線性系統(tǒng)，應(yīng)用傳統(tǒng)的線性控制理論來處理此類變換器，難以解決電力電子系統(tǒng)建模和控制問題。隨著電力電子技術(shù)和控制理論的發(fā)展，精確線性化方法在電力電子系統(tǒng)中得到應(yīng)用。首先，介紹精確線性化方法在電力電子開關(guān)變換器方面的應(yīng)用。最后，提出了精確線性化方法在電力電子系統(tǒng)中的研究趨勢。關(guān)鍵詞：非線性性控制；微分幾何；狀態(tài)反饋；精確線性化；電力電子系統(tǒng)gfLhxvuLLhx−+=（5）文獻(xiàn)[5]也將精確線性化方法應(yīng)用到CCMBoost變換器中，都實(shí)現(xiàn)的原系統(tǒng)的線性化，達(dá)到了比較好的效果。

2總結(jié)

摘要：首先介紹了三電平PWM變換器的特點(diǎn)，比較了空間矢量控制方法、SHEPWM方法和SPWM方法的優(yōu)缺點(diǎn)。詳細(xì)地介紹了三電平中SPWM控制的原理，并討論了用DSPLF2407A來實(shí)現(xiàn)SPWM的方法。最后通過仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了SPWM控制方法的特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)證實(shí)了用DSP實(shí)現(xiàn)三電平SPWM的方便性。

關(guān)鍵詞：三電平變換器；正弦脈沖寬度調(diào)制；數(shù)字處理器

1概述

二極管中點(diǎn)鉗位型的三電平逆變器[1]的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。由于二極管的鉗位，這種變換器每個(gè)功率開關(guān)管承受的最大電壓為直流側(cè)電壓的1/2，從而實(shí)現(xiàn)了用中低壓器件完成中高容量的變換。另外，由于相電壓有三種電平狀態(tài)，比傳統(tǒng)的二電平逆變器多了一個(gè)電平，其諧波水平明顯低于二電平變換器，輸出相同質(zhì)量電流波形的時(shí)候，開關(guān)頻率可以降低到兩電平的1/4。最后，由于采用了不對稱的雙向開關(guān)，能量可以雙向流動(dòng)，可以很好地控制功率因數(shù)和實(shí)現(xiàn)電機(jī)四象限運(yùn)行。然而，由于這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使用了12個(gè)功率管，其控制方法也隨之復(fù)雜。另外，直流側(cè)中點(diǎn)電位的不平衡也是制約該拓?fù)涞囊粋€(gè)重要因素。

圖1

三電平變換器的控制方法主要有正弦波調(diào)制PWM(SPWM)，選擇性的消諧PWM(SHEPWM)，空間矢量PWM(SVPWM)。

摘要：分析了電容輸入式濾波整流器上電時(shí)對電源的浪涌電流沖擊及危害，介紹了常規(guī)解決辦法及存在的問題，提出一種實(shí)用解決方案。

關(guān)鍵詞：浪涌電流；抑制；AC/DC變換器

1上電浪涌電流

目前，考慮到體積，成本等因素，大多數(shù)AC/DC變換器輸入整流濾波采用電容輸入式濾波方式，電路原理如圖1所示。由于電容器上電壓不能躍變，在整流器上電之初，濾波電容電壓幾乎為零，等效為整流輸出端短路。如在最不利的情況（上電時(shí)的電壓瞬時(shí)值為電源電壓峰值）上電，則會(huì)產(chǎn)生遠(yuǎn)高于整流器正常工作電流的輸入浪涌電流，如圖2所示。當(dāng)濾波電容為470μF并且電源內(nèi)阻較小時(shí)，第一個(gè)電流峰值將超過100A，為正常工作電流峰值的10倍。

浪涌電流會(huì)造成電源電壓波形塌陷，使得供電質(zhì)量變差，甚至?xí)绊懫渌秒娫O(shè)備的工作以及使保護(hù)電路動(dòng)作；由于浪涌電流沖擊整流器的輸入熔斷器，使其在若干次上電過程的浪涌電流沖擊下而非過載熔斷。為避免這類現(xiàn)象發(fā)生，而不得不選用更高額定電流的熔斷器，但將出現(xiàn)過載時(shí)熔斷器不能熔斷，起不到保護(hù)整流器及用電電路的作用；過高的上電浪涌電流對整流器和濾波電容器造成不可恢復(fù)的損壞。因此，必須對帶有電容濾波的整流器輸入浪涌電流加以限制。

2上電浪涌電流的限制

摘要：研究了基于峰值電流模式的雙管反激變換器,分析了它的工作原理,說明了它在高壓輸入場合的優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：反激變換器；峰值電流控制；雙管反激

引言

反激變換電路由于具有拓?fù)浜唵?，輸入輸出電氣隔離,升/降壓范圍廣，多路輸出負(fù)載自動(dòng)均衡等優(yōu)點(diǎn)，而廣泛用于多路輸出機(jī)內(nèi)電源中。在反激變換器中，變壓器起著電感和變壓器的雙重作用，由于變壓器磁芯處于直流偏磁狀態(tài)，為防磁飽和要加入氣隙，漏感較大。當(dāng)功率管關(guān)斷時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很高的關(guān)斷電壓尖峰，導(dǎo)致開關(guān)管的電壓應(yīng)力大，有可能損壞功率管；導(dǎo)通時(shí)，電感電流變化率大[1][2]。因此在很多情況下，必須在功率管兩端加吸收電路。

雙管反激變換電路，在功率管關(guān)斷時(shí)，由于變壓器漏感電流流過續(xù)流二極管反饋給電源的嵌位作用，而使功率管的電壓應(yīng)力和輸入電壓相等?？梢娫诟邏狠斎雸龊想p管反激電路有其特有的優(yōu)點(diǎn)[3]。

圖1

XTR110是美國Burr－Brown公司推出的精密電壓／電流變換器，它是專為模擬信號傳輸所設(shè)計(jì)的?？捎糜趯?～5V或0～10V的輸入電壓轉(zhuǎn)換成4～20mA0～20mA，5～25mA或其他常用范圍的輸出電流。此外，其內(nèi)部精確的＋10V參考電壓可也用于驅(qū)動(dòng)外部電路。

該芯片由精密電阻網(wǎng)絡(luò)模塊、電壓／電流變換模塊、電流／電流變換模塊和精密＋10V電壓基準(zhǔn)模塊組成。由于它利用電流進(jìn)行傳輸，所以能有效克服在長線傳送過程中環(huán)境干擾對測試的影響，從而使其性能大大提高。

XTR110應(yīng)用范圍極廣，可用于任何需要信號處理的場合，尤其是在信號小、環(huán)境差的測試環(huán)境（如工業(yè)過程控制、壓力、溫度、應(yīng)變測重、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和微控制器應(yīng)用系統(tǒng)中的輸入通道等）下更為適合。

1引腳功能

XTR110的引腳排列如圖1所示。

2性能參數(shù)