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高升压比的DC/DC变换器

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斜阳古道
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  • 2009-10-10 22:47:33
现在新能源发电技术风起云涌,面临的第一个问题就是怎样把较低的太阳能电池、或燃料电池等较低的电压升到适宜逆变器的电压,这个电压大部分都是20-30V,如果是交流220V输出,一般至少要升到360V-400Vdc,并且现在的逆变器或UPS等都要用得到。
一看到要升压,很多人立马会想到Boost、推挽、或全桥,分别应用于非隔离或隔离的电路中。先说非隔离电路的Boost,真的能从24V升到360V、并且效率还不低吗?理论上MS应该可以,Boost应该可以无限升压嘛,可是实际的情况并非如此。
晶纲禅诗
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  • 2009-10-10 23:18:20
 
在2003年,我用12V100A蓄电池通过Boost升至DC350V 2A,仅工作了十几秒时间,三个并联
的2SK1837(50A/500V)立即起火燃烧!打那后不再敢玩Boost拓扑,当时对Boost的数学模型也是一巧不通.
lesonlee
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LV6
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  • 2009-11-3 17:14:02
 
我感觉,就用隔离变压器做就行吧,可靠,好控制。
原理也容易理解。
如果觉得变比高,可以谐振变到100-200V(开环),再用boost,效率和可靠性应该不低。
YTDFWANGWEI
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  • 2009-10-11 08:10:09
 
这种情况是不是两级升压会好一点?
周挺巧
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  • 2009-10-11 09:29:46
 
我感觉没必要
doris
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LV6
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  • 2009-11-10 09:00:48
 
是感觉有点多余
Bodoni
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LV10
总工程师
  • 2012-2-10 17:13:09
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成本太高。。
fanyucheng12345
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LV8
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  • 2009-10-11 09:51:11
 
继续实验继续想,问题总能解决的。
伟林电源
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  • 2009-10-11 17:15:45
 
用boost做无限升压???哈哈,想当然的想法吧。
晶纲禅诗
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  • 2009-10-11 23:33:39
 
如没猜错,我想胡工发此帖的目的主要是为了阐明简单的Boost拓扑电路所存在的一个特有的问题,即PWM电压负反馈失控问题.
采用限制占空比(每路都小于50%)的双路差动升压模式,再结合延时电压负反馈控制,问题基本可以克服.当然实用化时,还有一些细节技术问题要解决.
直到2008年年底,我才找到方法,用SG3525做出过2台实验样机,但抗短路可靠性仍不够理想,最后半路暂停,知难而退了.
期待胡工的讲解与解决之道了.....

10月23日补充说明:用Boost升压方式做UPS时,升压比与效率,是要面对的第一个问题,第二个问题就是环路稳压特性与过流安全问题,
由于UPS输出负载的多样性与不确定性,往往要求有较大的电流(功率)余量,否则会影响产品的实用性与可靠性,此时Boost的环路稳压特
性与抗过流特性必需做得十分完善,这也是一道很难逾越的坎.....所以才有此帖开始时的猜想。
mika536
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LV6
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  • 2011-7-21 10:09:28
 
世纪电源网-九天
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  • 2015-11-13 16:34:31
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已经改版上线了,现在都在综合电源版区
蒋江黔
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  • 2009-10-12 00:52:22
 
铝-空气电池的,只有2V,那个更有挑战性。
Boost可以2-3级联级, 合用一个PWM, 或用多个反激变压器, 初级并联, 交级串联, 弄得好,效率也还不错.
desolate
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LV6
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  • 2009-10-12 12:26:24
 
普通boost增益中,没有考虑实际的阻抗对增益造成的影响。
如果考虑的话,boost在较大功率时的升压比不会很高。估计也就4左右。
luyan
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  • 2009-10-13 09:03:34
 
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斜阳古道
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  • 2009-10-13 13:26:01
 
desolate是正解!
等下我贴出图来,就可以简单说明电感的DCR、或其他的寄生因素对升压比的影响。有了这些东东的影响,常规Boost就不可能达到高增益了。
蒋江黔
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  • 2009-10-13 14:46:07
 
不要老想着CCM和CRM嘛, 脑袋灵光点, 用DCM, 电感的C和R影响就很小了,变比也就上去了,输入纹波的问题,用错相来解决.俺用逻辑搭过8/4/2/1相自适应
话说回来,常规的PFC,在线电压小于90V时,是不是就不工作了?它也要激出380来嘛,因此说4倍为限,也有些过了
斜阳古道
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  • 2009-10-21 15:04:44
 
DCM仍然跟寄生因素有关系,另外较大功率应用较大的峰值电流造成较大的损耗。
QJZHOU
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  • 2009-10-13 16:24:00
 
功率电感用中心抽头方式,这样可以用低耐压的场管
晶纲禅诗
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  • 2009-10-13 21:01:13
 
与楼上同感.
另: 如放宽效率等指标,既使采用非升压型的普通单绕组电感,以及普通单级
Boost拓扑,升压10倍也并不是太难的,我在过去的实验中是真实地做到过的.
斜阳古道
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  • 2009-10-21 15:02:56
 
对,中心抽头电感是一种较好的电路,可达到高增益。只是漏感能量较难处理,后续将会谈到。
lesonlee
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  • 2009-11-4 04:42:27
 
哈哈,谐振,开环谐振再变换。
freemen
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  • 2009-10-15 22:22:49
 
做过10V BOOST到270V,36w,34063 + IRFZ44N
doris
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  • 2009-10-16 15:44:12
 
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斜阳古道
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  • 2009-10-21 15:01:10
 


greendot
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LV10
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  • 2009-10-30 17:17:49
 
如果也考虑MOS的Rds,电容的ESR,整流管的R和Vf 的话,增益更低
斜阳古道
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  • 2009-10-21 15:07:47
 
其实我提出这个问题的原因是,想集思广益,看看大家有什么高招可以实现高增益、高效率的DC/DC升压变换器,这种变换器应用非常广泛,如太阳能发电、燃料电池发电、汽车电子的前级变换器等。
斜阳古道
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  • 2009-10-21 15:10:46
 
为了实现高增益的DC/DC变换器,首先会自然想到利用变压器来升压,通过变压器原、副边不同的匝比实现所期望的高增益。但是使用高匝比的变压器会带来种种问题,如变压器中的漏感及寄生电容等引起电压与电流的高频振荡,因而造成功率器件高电压、电流应力,同时也会增大开关损耗导致变换器效率的降低,用于大功率输出时这个问题尤为严重。
前级DC/DC变换器是影响光伏发电系统性能的关键因素之一,太阳能电池的电压较低、电流较小,在交流220V并网或独立发电系统中,DC/AC逆变器要求高的直流输入电压,因而作为太阳能电池与DC/AC逆变器的中间功率级,DC/DC变换器必须达到高增益及高效率[5]
斜阳古道
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  • 2009-10-21 15:11:26
 

级联BOOST变换器由两个或两个以上的BOOST变换器串联而成[6],如图4所示。增益由每级BOOST变换器相乘而成,因而可以得到较高的增益。前级BOOST变换器的输出电压可以设置在适当大小,以使用低压功率管,其导通压降较小。因而,前级变换器的开关频率既可以与后级变换器保持一致,也可以设置在较高的开关频率以提高总体功率密度。而后级变换器可以工作在较低的开关频率,可以降低功率管的开关损耗及反向恢复损耗。
但是,级联BOOST变换器需要经过两次能量处理,因而会影响效率;使用两套功率管,主电感,及控制电路等,导致主功率电路与控制电路比较复杂,降低了总体功率密度,并且增加了成本。同时,后级功率二极管仍然存在较长的反向恢复时间,导到较低的工作效率及较差的EMC性能。
斜阳古道
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  • 2009-10-21 15:19:12
 

与级联Boost变换器比较,集成功率开关技术只要使用一个功率开关管,因而可以在一定程度上提高工作效率[7],如图5所示。但是变换器中所有的功率器件均承受很高的电压与电流应力,并且由于电路寄生因素的存在,不能达到更高的整体效率。
斜阳古道
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  • 2009-10-21 15:20:52
 

与普通BOOST相比,三电平BOOST变换器可以达到最大两倍的增益,同时功率开关管、二极管的电压应力可以降低一半[8],如图6所示。三电平BOOST变换器可以提高电压增益;降低导通、开关损耗与反向恢复损耗,提高工作效率。但是增益仍然较低,难以满足光伏发电系统前端DC/DC变换器的升压要求;功率管均工作于硬开关状态;另外功率二极管存在反向恢复,较难进一步提高工作效率。
斜阳古道
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  • 2009-10-21 15:23:15
 

升压Cuk变换器的输出电压为输入电压与常规Cuk变换器的输出电压相加,由于存在输出电感,因而可以达到极低的输出电压纹波[9],如图7所示。另外,主功率开关管、二极管的电压等级较常规Boost变换器略低,因而可以达到较高的增益、较高的工作效率、及较低的输出电压纹波。仔细分析可以发现,升压Cuk变换器与常规Boost变换器的增益相同,因此仍然不能达到光伏系统的要求。
斜阳古道
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  • 2009-10-21 15:24:57
 

罗氏变换器通过采用二极管与大容量电容组成的自举电路,输出可以得到正电压,并且可以实现较高的增益[10],如图8所示。但是这种电路的增益仍然与常规Boost变换器相同;同时还需使用两个电感,并且输入端存在电流脉冲,需要使用滤波电路。
斜阳古道
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  • 2009-10-21 15:26:40
 

与常规Boost相比,文献[11]提出的电压倍增技术可以达到两倍的输出电压,如图9所示。可以降低功率二极管反向恢复的影响,同时电压倍增电路可等同于能量再生型电压钳位电路,减小了功率管的电压应力。但是这种电路需要使用两个电感,另外功率开关管、二极管仍然工作于硬开关状态,达不到更高的工作效率。
q854915936
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LV1
本网技工
最新回复
  • 2017-11-3 18:42:44
  • 倒数1
 
您好,这个电路怎么分析,哪个文献上介绍的,,仿真结果增益和boost一样啊
蒋江黔
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  • 2009-10-21 16:15:40
 
老哥子不会是想玩电荷泵吧, 搞一堆低阻MOS就OK了
斜阳古道
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  • 2009-10-30 18:35:47
 
呵呵,不玩电荷泵,因为做不了大一点的功率。
晶纲禅诗
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  • 2009-10-21 21:45:49
 
学习了,期待胡工的继续讲解...期待新拓扑...期待电压环路模型.....
斜阳古道
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  • 2009-10-30 18:38:35
 
老哥,其实我想想讨论这个,看怎样才可以做到更好的性能.........
另外,如果你看看电压模式控制的小信号模型,你可以看看这个贴子:http://www.21dianyuan.com/bbs/bbshome/topic.php?action=show_topic_tree&topic_id=6189
wang1969
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高级工程师
  • 2009-10-22 14:26:53
 
好!!!学习了
接触7
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LV6
高级工程师
  • 2009-10-23 09:58:04
 
占个坐,向大师们学习!
huangpeng627
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助理工程师
  • 2009-10-23 11:13:57
 
很好 收藏学习了
tanknet
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高级工程师
  • 2009-10-26 05:52:28
 
其实700W级别,12V升350V用全桥更好,可以用30V的低压高频管子。为什么非要用boost呢?
斜阳古道
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  • 2009-10-30 18:33:30
 
看贴不仔细啊,全桥似乎可以,但是要注意高变比变压器大漏感的影响,同时输出二极管还有反向恢复问题,另外这么低输入电压导通损耗又是一大问题。
晶纲禅诗
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  • 2009-10-26 18:24:48
 
楼上的:这里在讨论Boost的有关技术问题,并非在议论什么拓扑好的问题...
闲情逸致
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  • 2009-10-27 14:58:15
 
老兄咋就忘记了推挽电路呢?我1997年做UPS的时候,用36V和48V的电池升压成+/-380V,然后用SPWM驱动输出正弦波,功率做到2KW,好像也没有问题呀,只是频率250KHz。变压器用EE-55的2颗,次级串联初级并联而已!干嘛非要用Boost呢!当时用3525驱动的,管子就是IRFP264LC吧,好像是8个!
伟林电源
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  • 2009-10-27 15:58:09
 
不一样的主题,呵呵。。。
斜阳古道
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  • 2009-10-30 18:34:51
 
其实我也做过好几种在线式UPS,就是用的你这种方式,可是老哥别忘了测量一下电池工作时的效率,那才叫一个低啊!
晶纲禅诗
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  • 2009-10-27 22:01:55
 
推挽的确也很常用,但单级高升压比的大功率变压器一样很难设计的(效率问题),而且还要温升低,也不太好搞,呵呵...
而Boost升压的难点也不少,开始以为只有CCM时才有RHP零点问题,实验结果却表现出DCM重载时也会出现环路不
稳定(易出现占空比锁定在最大值)而炸管。
斜阳古道
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  • 2009-10-30 18:46:45
 
正解!只是Boost的环路还是可以调好的......
greendot
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LV10
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  • 2009-10-30 20:14:09
 
DCM的RHPZ是在2*fs/D处,高于开关频率fs,更远高于fc,理应不影响环路吧。
晶纲禅诗
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  • 2009-10-30 20:34:02
 
当然DCM时的炸管只是有点象CCM时的RHP问题,我也一直在思考这个问题,
我猜想是否是升压电感的非线性(磁芯饱和)导致重载环路失控(占空比锁定在最大值)?
斜阳古道
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  • 2009-11-10 14:27:12
 
比较怀疑电感瞬间出现了饱和才引起的炸管
斜阳古道
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  • 2009-10-30 18:45:56
 
其实我这个贴子的本意并不是想单纯讨论Boost,而是想来详细讨论一下,什么样的拓扑可以实现高增益、高效率、高功率密度。因为话题比较大,因而想先从非隔离DC/DC谈起,接着就会讨论隔离式的DC/DC。
由于效率、增益的原因,我们首先就得排除掉常规的Boost、Push-Pull、Full-Bridge等。需要有一点创新,呵呵。

先还是订一下一些技术规格,不然讨论会乱套。
输入电压:20-60Vdc
输出电压:400Vdc,当然正负400V更好
应用:新能源发电系统的前级DC/DC变换器,新能源发电系统国外使用非隔离的较多;国内使用隔离的较多,所以两种都讨论
效率、功率密度要越高越好,暂时不考虑成本等其他问题。

还是先接着讨论非隔离DC/DC......
whateverj
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LV2
本网技师
  • 2009-11-3 02:00:40
 
版主讨论了半天,只是做了一些literature research,来点真货吧,以上电路除了cascade,three level的boost,其他拓扑有具体应用么,都是一些ieee的文章吧
斜阳古道
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  • 2009-11-10 14:05:20
 
呵呵,这哥们有意思
为什么排斥IEEE呢,可以学其之所长
接触7
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高级工程师
  • 2009-11-5 09:09:17
 
顶上去,期待高手们继续。
dahai
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  • 2009-11-22 11:03:16
 
大师高手出招,值得学习,顶一下
斜阳古道
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  • 2009-11-24 11:53:42
 
现在有个初步的想法,就是把隔离式变换器中的变压器用于非隔离拓扑来实现升压,既可以升压还可以一样实现软开关,这些天一直在搞这一块。
lesonlee
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高级工程师
  • 2009-11-24 23:21:54
 
这才说道正点了。此方案我赞成。
晶纲禅诗
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  • 2009-11-26 21:47:51
 
最好采用2~3个升压变压器(隔离反激),各个原边用低压大电流MOS FET并联工作,副边升压整流后再各级DC串联,此法具有一定的优势.....
dahai
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  • 2009-11-28 10:54:15
 
这种方案是可以,就是不知道效率怎样?
晶纲禅诗
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  • 2009-11-29 22:52:18
 
此法可分散(减小)变压器发热量,减小单个升压变压器的漏感量,综合性能指标略高于单级升压模式,我曾测试过别人制做的样品。
伟林电源
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  • 2009-11-30 08:59:15
 
电源百分百
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  • 2009-12-1 11:48:51
 
好方案,支持大师。
xiawenjin
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  • 2009-12-2 22:18:59
 
不知道是不是这种电路

推挽变压器应该怎么串并呢?
闲情逸致
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  • 2011-7-21 13:07:01
 
其实你这个电路很郁闷,为啥变压器串联需要加这么多二极管,难道一个二极管就不能整流了吗?多加点二极管效率还会更高还是可靠性更高呀?坦白讲你这个电路还不如推挽的效率高!
晶纲禅诗
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  • 2009-12-2 22:44:27
 
基本相同,只是每个功率MOS FET对应驱动一个变压器(避免了MOS FET直接并联),每个变压器副边整流后再DC串联叠加。
推挽的变压器副边整流输出后,也可以DC串联叠加。
斜阳古道
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  • 2009-12-3 11:48:52
 
另一种思想是,比如现在较热的谐振变换器来用于非隔离,就是把变压器的输出与输入进行串联,这样自然就可以实现升压。
dahai
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  • 2009-12-4 08:43:28
 
ly8564
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  • 2009-12-4 10:24:30
 
boost由于电感阻抗和输出阻抗不匹配升压有限制,而且要实现输出低纹波和环路稳定也是个矛盾,如果要输出电压纹波很低,电容esr就要很小,这时这种拓扑结构的环路就会不稳定,所以我建议大家不要用boost,拓扑,推挽全桥的后面都是buck拓扑,比较好做,本人已经做好了推挽48---350V的升压,效果还不错,2kw效率93%,其实还可以进一步提高效率的。全桥就比较麻烦了,因为市面上的全桥芯片uc3895,ltc3722,ltc1922,这些芯片都是移相ZVS为了提高效率,可是开始做的时候要是不让他移向就不容易了。
斜阳古道
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  • 2009-12-5 20:21:18
 
推挽全桥?没听过也。
如果用推挽,24--380V的效率会惨不忍睹,这也是现在的UPS电池模式下效率极低的原因。

近期看到浙大的一篇博士论文,为了实现非隔离DC/DC变换器的增益,利用第三个绕组来实现串联升压,本质仍然还是耦合电感、开关电容的思路。
st.you
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  • 2009-12-6 00:33:09
 
除非是闭环调脉宽,电路结构需要些调整才能稳定外,常规开环推挽效率是不错的. 市面上的几十到几千瓦的方波逆变器基本上都是推挽方式的,效率大都在90%以上,
这个惨不忍睹是什么意思?有没有具体的参数?
ly8564
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  • 2009-12-7 08:52:06
 
推挽24---350V 1---2kw绝对可以做到效率90%以上
晶纲禅诗
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  • 2009-12-17 19:06:28
 
不知楼上两位有没具体的电路图?猜想大功率时不是用单个变压器一次升压到位的吧?
闲情逸致
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  • 2011-7-21 13:16:04
 
坦白讲那是你根本没有做好,你打听一下UMARTGP600些列高频在线UPS,就是本人当年做的,1KW;2KW;3KW;5KW;10KW(48V-60V输入,10KW 192V电磁输入输出正弦220V)效率94%以上。
斜阳古道
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  • 2009-12-8 12:05:36
 
只是记得以前一个700W的在线式UPS,36V直流输入,正弦波220V交流输出,包含DC/DC推挽变换器加半桥正弦波逆变器,推挽的输出电压是正、负360V。整机效率只有六十几,可能是推挽的输出电压太高了。
闲情逸致
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  • 2010-2-24 23:11:41
 
那是你老兄没有做好呀!我95年在UMART做的GP600系列高频在线从1KW-5KW系列,输入36V-60V整机效率都在92以上呀?效率低得惨不忍睹从何说起呀?不信你去UMART买一台GP610测试一下就知道了!
斜阳古道
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  • 2010-3-2 13:10:19
 
楼上的高手!那你推挽的效率应做到95%以上了,请问逆变器多高效率?

哪里可以买到?另外,刚刚看了一下图片,你讲的这个GP610跟山特的城堡系列外形真象,不知道内部电路也是否相似?
闲情逸致
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  • 2011-7-21 13:22:34
 
我1995年做UPS,那时候山特还没有到中国市场生产UPS,搞清楚先后顺序!你还以为我抄袭他的不成,市场上抄袭我做的这个款机器的不低于10家!
xiawenjin
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  • 2010-3-2 19:22:33
 
请教各位版主,逆变器/UPS做的好的都有那些公司啊!
静心
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  • 2009-12-17 15:00:02
 
期待古道哥哥精彩的演讲
楚天?
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  • 2009-12-22 15:49:06
 
今早没事躺在床上画无桥PFC,又考虑正负400输出,改着改着就成了三电平了。呵呵
Grace
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高级工程师
  • 2009-12-27 20:51:07
 
呵呵,楚兄牛
斜阳古道
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  • 2009-12-28 20:09:13
 
呵呵,三电平PFC最适宜正、负400V输出。
斜阳古道
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  • 2009-12-28 20:21:14
 
说实话现在已经有了一些雏形的思想,分别针对非隔离与隔离型电路,接下来准备申请一、两个专利,等专利通过后再来讨论一些具体的仿真与测试,目前只是停留在仿真阶段,并且关注点只是高电压增益,还没有思路来实现软开关。
我觉得对于一些新能源的前端DC/DC变换器,其高电压增益、及高效率都是非常关键的,因为这些新能源应用有太阳能、燃料电池发电,及UPS、逆变器等。
所以,后续我将还是给出一些别人已经做出来的东西,因为毕竟有很多地方是可以借鉴的。
也欢迎各位提出自己做过的、或看到过的新型高电压增益变换器......
desolate
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  • 2009-12-29 09:11:59
 
在网上找到一篇论文,请斑竹评论评论这篇文章的可行性。

带耦合电感的高升压比Boost 变换器的分析.pdf

1.54 MB, 下载次数: 1624

admin
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管理员
  • 2009-12-29 12:14:15
 
你好,我帮你转发一下吧
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desolate
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LV6
高级工程师
  • 2009-12-29 12:43:38
 
管理员,其实你是误会我的意思了。
我的目的是在这个帖子里面讨论讨论这篇论文 的价值而已。
admin
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管理员
  • 2009-12-30 09:11:06
 
呵呵不好意思啊 我误会了啊
斜阳古道
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  • 2009-12-30 20:39:14
 
理论上没有问题,其实这个拓扑在我另外一个贴子里已说明了。设计时你得考虑三个因素:1。磁集成的方式;2。占空比D是有一定范围的;3。避免输出两个电容不均压的可能。
lizlk
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  • 2009-12-30 15:04:38
 
对于在UPS、逆变应用,这么低的DC输入,推挽才是唯一可靠、高效的方式,前极推挽采用准开环,后极才是真正的技术,实时采样AC220,调整SPWM脉冲,在24V以上,最高效率轻松超90%以上,BOOST你怎么能做到大功率,高效,可靠的方式,(在此应用下!)
斜阳古道
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  • 2009-12-30 20:42:15
 
楼上的,你讲的准开环是什么意思?不好意思,我老是比较难理解一些新的名词。讲的是原边开环,副边闭环控制?
lizlk
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  • 2009-12-31 13:21:07
 
准开环,就是在算计好输出功率和输出的有效电压,然后在推挽上设置到最大占空比的时候的输出功率和电压。
输出一个220V,最低DC电压为320-400,这样,前极可以采用准开环,设置最高电压为380V,计算好变压器的匝比,一到了满功率的1/3处,占空比开到最大,后极SPWM实时调整AC220,这样效率可以做到很高。
楚天?
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  • 2010-1-1 12:17:35
 
那就是类似bus converter的样子了。
闲情逸致
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  • 2011-7-21 13:28:49
 
没错!这位老兄算是有些经验,GP600系列高频在线UPS就是采用的这个技术方案做出来的。1995年能够有这个产品出来当时可以说是比较有价值的,只可惜2000年 本人就转行开始做开关电源了。这个决定也许是我的一大失误!
楚天?
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  • 2009-12-30 17:19:46
 
大功率应用要考虑的问题的确很多。原件电应力、尺寸、热量,所以适合的方式也就那么几个样子,翻翻名牌大厂的ups就知道了。要想有所突破,就只能考虑技术进步以及制造工艺改进所带来的优势了,划时代的产品几乎不可能了,恐怕更容易实现的还是一点一点优化那样,积小胜为大胜的方式吧。
2-3KW要是硬开关推挽磁芯用EE55或者ETD59,也就快到极限了。目前多在72V左右,个别有48或96的。1KW的有24或36的。若要20-60V出正负400难度确实较大,不是难在电压提升等级,而是难在高功率和高变比同时满足。
着重考虑20V2-3KW比较具有实际意义。因为20V1KW的产品卖点太少,恐怕会收不回投入。
如果出单400V可以考虑后级用SPWM+周波变换的复合方式,或许会减少一点点成本。
情人看刀
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  • 2010-1-3 20:14:57
 
84楼大哥说很有道理学习了
斜阳古道
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  • 2010-1-4 12:14:36
 
想暂定1kW,甚至300-500W这样的功率就是想用于太阳能分布式发电,比如屋顶发电,供给一家使用即可,这是太阳能发电的另一种发展趋势。正因为一个家庭使用,就很难使用很多电池板达到更高的直流电压,因而才需要这样大的升压比。
当然,如果是集中式发电系统,那功率就得几十KW甚至几十MW都有可能。欢迎继续探讨。
晶纲禅诗
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  • 2009-12-30 22:33:20
 
84楼很有见解! 学习了。
电工
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  • 2010-1-5 16:26:01
 
兄弟过去也做过小功率的UPS(1-3KW),目前市面上流行的DC/DC的架构大部分是推挽,单级DC/DC可以轻松把效率做到90+的
但是前提是电池电压的范围比较窄,一般每节电池按10.8-13V设计,这样直流电压范围还是比较窄的,因此可以尽量让DC/DC长期处于开环状态,这样效率自然会高很多
不过如果直流电压的变化范围比较宽(20-60V)就不能用这种开环方式了,但如果用闭环控制,那么效率就会想楼主前面提到的那样惨不忍睹了
如何在宽的输入电压范围情况下,仍能保持高的转化效率确实是个难点,小弟也等着楼主的高招哪!
斜阳古道
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  • 2010-1-5 20:35:28
 
那是,开环的效率肯定高了。
斜阳古道
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  • 2010-1-5 21:57:37
 
有没人实际做过推挽正激,比一般的推挽可以提高多少效率?
楚天?
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  • 2010-1-8 21:14:50
 
同事做过,低压大电流效率同样惨不忍睹。
虽然能够吸收漏感,但是无功电流太大一样增加损耗。
虽然较推挽稍好,但是差别不大。
当时没有关注,事后只知道不了了之。以上仅供参考。
晶纲禅诗
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  • 2010-1-9 20:47:06
 
推挽正激?是在指两组相位差180度组成的双正激?
楚天?
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  • 2010-1-10 17:52:08
 
是的。据说有软开关运行方式。
我觉得在高升压比电路里边,要着重考虑的就是漏感,而不是软开关。因为漏感的能量太大,以至初级环流损耗难以降低。所以,及时能够利用漏感的软开关控制也未必会有较高的效率表现。
也就是说,耦合问题是主要问题。从变压器的结构上想想办法,比如平面变压器或矩阵变压器。
斜阳古道
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  • 2010-1-12 18:54:42
 
耦合电感的应用一般都会结合有源箝位,既吸收漏感能量,也能实现开关管开关的。
其实也可以结合开关电容来实现升压。
晶纲禅诗
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  • 2010-1-11 22:27:11
 
降压型的大功率到做过不少,升压型的没做过。
估计难度还是在变压器上,不过最近发现极个别特定绕制结构下的漏感,对效率的影响并不大(具体还在验证过程中)。
斜阳古道
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  • 2010-1-12 19:01:12
 
再来看看这两个耦合电感、开关电容的思想,用于非隔离DC/DC,一样可以实现高升压比。

soute1
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  • 2010-1-18 11:58:47
 
是有时间还是自己也做2个玩玩 多谢了
villere
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  • 2010-4-28 16:45:47
 
好帖 顶
飘飘雪
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本网技师
  • 2013-7-3 21:14:31
  • 倒数9
 
请问97楼的拓扑,您还记得吗?效率能做到什么程度?
斜阳古道
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楚天?
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  • 2010-1-13 18:45:34
 
楼上电路似乎是推挽正激+CDR的磁集成版。如果用EE磁芯,中心柱磨气隙会省空间。
有时间打算试试。挺有趣的东东。
斜阳古道
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  • 2010-1-18 15:59:18
 
不是,这是耦合绕组并包含第三绕组的交错并联Boost,可达到较高的电压增益,另外还有一个有源箝位电路。
楚天?
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  • 2010-1-18 17:31:09
 
如果是耦合绕组,那么漏感能量的流通路径是否也会引起额外的损耗呢?
年底事太多,好多东西都没时间弄。真是郁闷。
斜阳古道
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  • 2010-1-20 22:35:09
 
所以,有个有源箝位电路来处理漏感的能量。
楚天?
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  • 2010-1-21 08:45:42
 
在较低电压下,漏感电流较大,引起的通态损耗也很可观。有源钳位和无损吸收差别不大。对于低压大电流的的升压变换并不是优选。
实际上题目的要求就意味着,简单的措施很难达到理想的变换效率。
现在看来,想要超越开环推挽电路还是要费很大功夫的。
斜阳古道
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  • 2010-1-22 13:12:25
 
不一定吧?开环推挽如果20V输入,升压到360V,楼上的可做到多高效率?
个人觉得推推挽的缺点:原边、副边功率管所需额定电压较高;漏感较大,能量更难处理;变压器绕组的利用率不高,一个工作时,另一个是闲置的。
st.you
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  • 2010-1-22 14:31:29
 
前些年做过12V输入的,350左右输出,300W .九十几(90%-95%)的效率是有的,变压器利用率低只是初级,可以通过增大变压器来解决。次级一般用桥式整流,整流管的耐压并不算高。唯一不足的是,变压器的次级的分布参数会导致功耗增大,所以一般的频率都不敢走的很高,比音频高一些的样子。
晶纲禅诗
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  • 2010-1-22 21:13:23
 
确系经验之谈。拆过一个XXX品牌(某知名品牌)的UPS,就是这种模式做的。如频率一提高,效率就直降!
斜阳古道
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  • 2010-1-26 18:50:28
 
现在的UPS确实都是这样设计的。
楚天?
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  • 2010-1-23 13:48:51
 
就拓扑本身这块,开环20V出单350V,500W可以做到90%。
至于环流引起的效率损失可以参考有源钳位和移相全桥。实际上我在调试一些软开关的时候发现实际效率并不会太高。那时候就有此疑问。
实际上软开关的最大实际意义可能在于开关频率的提高而非效率的增加。vicro的早期模块也只是功率密度惊人,但是效率甚至还没超过90.
目前来看,应用最多的软开关就是移相全桥了,然后llc也开始蓬勃发展,其他拓扑实在应用有限。
将变换效率进行解藕,影响效率的两个无关设计人员技术的方面,1器件,2拓扑+控制方法。我个人认为,现在效率提高主要还是器件性能提高带来的。
斜阳古道
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  • 2010-1-26 18:54:59
 
那是那是,当年即使提出了ZVS移相全桥电路,可使用时有很多可靠性的问题,九十年代末才大规模商用。
下一步MOSFET可能就是碳化硅的了,不知道那时有啥拓扑出来。
不过,同样的MOSFET条件下,每种拓扑的效率还是有很大差别的。
xiawenjin
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高级工程师
  • 2010-1-27 19:11:44
 
这个上说可以90%。SG3525+推挽闭环。是不是真的就不知道了?
但是资料有错误的地方时真的。正在做一个400W的。

1 kW dual stage DC-AC converter based on the STP160N75F3.pdf

1.51 MB, 下载次数: 830

andyzhounuaa
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本网技师
  • 2010-1-29 16:16:50
 
各位大侠:
对于输入24VDC,输出54VDC,2kW左右的变换器,同时要求有10ms的hold-up time时间,效率最高达92%,现在拓扑哪种会更好,我现在有几种备选方案:
#1 前级(交错boost)+bus cap(75V)+隔离全桥,但感觉 hold-up time是个问题,75V中间母线电压使得hold-up 所需的bus cap 非常大,这样在体积上可以没法满足。
#2 直接采用级式的拓扑(如推挽正激,或是双管正激),对于hold-up time,另用一个分支电路解决,常态时分支电路处于待机状态;但丙个电路 之 间的通讯似乎是个问题,如何保证分支电路快速响应?
正如本贴所讨论的,如果有大功率,高增益,高效率的非隔离为变换器,那么hold-up time 就很容易解决了。
对于两种方案,各位大侠觉得哪种合适呢?要是哪位做过类似的,还望不吝赐教!
斜阳古道
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  • 2010-1-29 23:29:05
 
楼上做的应该是DC/DC的通信电源,这种方案以前实际做过单级的推挽、及全桥,效率记得应该是八十几。
觉得第一个方案效率应该更好,至于保持时间只能采用单独的电路处理,或增大电容,再或者后级的全桥弄一个开环的LLC全桥可能更好,LLC可以实现大于1的电压增益。
另外,还可以考虑把Boost与全桥调换一下位置,就是至少全桥原边可使用低耐压的功率管,当然得使用副边控制。
xiawenjin
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高级工程师
  • 2010-1-31 18:22:25
 
我觉得如果前一级用boost把电压升到100V以内,也就控制BOOST的升压比小于4。
后级采用全桥、半桥或者其他结构做软开关,非稳压结构。母线方式。
分两级,前级用稳压,后级不稳压。这样应该也能做到高效率。版主认为怎么样?小弟正想做个试验
andyzhounuaa
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本网技师
  • 2010-2-1 12:30:00
 
LLC曾经想过,不过考虑到各模块要并联输出,所以放弃了;Boost和全桥位置换互后,不知道 输出短路保护是否难处理?
斜阳古道
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  • 2010-2-4 17:51:34
 
输出短路时关掉原边的全桥应该也行,但要注意保护延时的问题。
andyzhounuaa
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本网技师
  • 2010-2-4 18:26:02
 
谢谢! 如果采用前级全桥+后级boost的话,用以hold-up time的储能电容的体积将非常大,这又是一个问题?当然可以采用别的电路去解决,但这样一来就看不出这个电路的优点在哪了?
另外,如果电路不作hold-up time要求,对于24VDC输入,54VDC输出,2300W,采用二级式和一级式哪种效率会更好,个人感觉一级式会更高一点,因为能量只被处理一次?不知我的理解 是否正确,还请请教。
斜阳古道
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  • 2010-2-4 17:46:57
 
两级结构应该有更好的峰值效率,但要小心SynQor的专利。
xiawenjin
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高级工程师
  • 2010-2-4 20:51:02
 
版主可知道他们的专利名称啊?谢谢!看看他们的专利,看能不能避开
xiawenjin
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LV6
高级工程师
  • 2010-2-4 21:37:03
 
这个文中的图怎么就看不明白。请版主帮帮忙!
这个就synqor两级方案的分析---张兴柱博士写的

synqor 两级方案分析.pdf

26.69 KB, 下载次数: 608

st.you
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总工程师
  • 2010-2-5 17:25:34
 
前级是BUCK的,后级是一个两相的单管正激,因为占空比合成100%,所以输出不需要电感。。通过反馈调整BUCK输出,达到稳压目的。我试过后级为开环全桥方式的,感觉环路不好搞,不稳定。
xiawenjin
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LV6
高级工程师
  • 2010-2-5 21:48:23
 
那它应该用的两个变压器了。文章中没有说明是几个变压器。
st.you
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LV10
总工程师
  • 2010-2-5 22:57:14
 
图中看得出来
desolate
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高级工程师
  • 2010-2-6 22:45:18
 
其实,这个方案也有些问题。
其一,要求forward transformer 的leakage尽量的小,否则SR电流 峰值很大。
其二,要求forward transformer 的leakage尽可能接近,否则电流不对称很严重。
其实,感觉这种电路有点像变形的LLC。
st.you
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LV10
总工程师
  • 2010-2-7 11:53:05
 
跟LLC不一样,这种结构是定频工作的。
desolate
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高级工程师
  • 2010-2-7 14:31:35
 
仿真了一下,当考虑变压器leakage后,如果leakage较小,副边电流波形和LLC波形有点像。
如果没有leakage,就是理想的正激了。
斜阳古道
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  • 2010-2-8 21:15:31
 
其实初始思想是SynQor拼命想用上Vicor的同步整流专利,所以想方设法考虑怎样规避,所以就出来了这个东东。
电工
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  • 2010-2-9 14:35:05
 
这个专利的思路不错,前段时间也看到过这种两个变压器交错工作的板子
有机会一定也搞个板子来玩玩,不过觉得这个变压器的设计可能要注意些,变压器的分流,铜损肯定是减低了,但是多了个变压器,铁损设计不好会加的更多
斜阳古道
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  • 2010-2-10 11:30:22
 
这种交错的最大缺点只是功率密度相对有点降低,但其他方面都要好。交错后电流减小了,del B也降低,因而铁损整体也是降低的。
剑心
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本网技师
  • 2010-2-23 16:03:53
 
最近接了一个案子,3.6V 40A升到300V,要求小型化高密度,最好能双向能量传输,成本不限

初步的想法有3种,都使用高变比的变压器,然后处理漏感和分布电容
1,CCFL背光逆变用的电流馈电推挽电路(不受漏感和分布电容影响、软开关)加数字控制
老板在80年代用类似电路+专用高频SCR+Z80单板机做过频率400Hz,2V 200A输入的高压电源
2,单端谐振复位正激(MOS的DS之间并电容),一般MOS耐压至少20V,不利用则白白浪费
3,输入300V输出3.6V的半桥或全桥谐振+同步整流电路,做逆向运行

同时替老板招人,最好是开关电源高手,但不需要懂数字控制
nc965
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  • 2010-3-10 22:49:35
 
高升压比有现成的拓扑,叫Z源变换,其中有的变种电路是比较能够适用的,需要的话我可以提供
http://www.21dianyuan.com/bbs/12971.html
nc965
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  • 2010-3-13 17:34:33
 
Z源变换并不能终结这个话题,大家继续!
不过,斑竹出的题差不多完成了(当然不是用Z源),仿真指标如下:
输入电压24V,输出380V,输出功率1KW,整机效率93%。
整体电路还没来得急仔细优化,估计还能够提高1~2个效率百分点。
电路形式单电压不隔离,高功率密度,驱动稍微复杂了点。OK?
斜阳古道
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  • 2010-3-16 12:38:38
 
当初提出Z源变换的思想是用于逆变器,解决H桥上、下管共通的问题。
但Z源用于低压输入,缺点非常明显,功率输入串了一个二极管,大功率输出时导致极大的导通损耗。
同时,主开关管的两端电压仍然等于输出电压,开关损耗也较大。
可以考虑再进行改进
nc965
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  • 2010-3-16 16:06:39
 
楼主,截止目前为止你有好的方案没有?效率能够做到多少?
斜阳古道
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  • 2010-3-18 13:27:56
 
当然,隔离型变换器,输入电压30V,输出400V/500W时,超过95%的效率,正在考虑怎样实现96%。
非隔离型变换器的方案已有想法,下一步准备做实验,效率、功率密度仍然是第一考虑目标。
nc965
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  • 2010-3-15 17:25:30
 
自耦式Boost DC-DC变换(性能不详):

tanknet
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LV6
高级工程师
  • 2010-3-16 00:06:46
 
高升压比时,boost的占空比已经很大,这么做并没有什么意义,占空比又不能进一步提高,也不能实现软开关
fanyucheng12345
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LV8
副总工程师
  • 2010-3-16 08:16:17
 
什么时候搭个电路试试,不过单独BOOST,开关管的应力太大了一点。
斜阳古道
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  • 2010-3-16 12:40:49
 
这种电路学术文章里称之为Tap-Inductor Boost,上面就有介绍。主要的问题是要仔细处理漏感能量。
nc965
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  • 2010-3-17 20:22:36
 
无源箝位软开关高增益升压型交错并联变换器 (浙江大学发明专利)

nc965
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  • 2010-3-17 20:46:56
 
这个也是专利
倍压整流隔离型BOOST变换器


st.you
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  • 2010-3-17 23:08:39
 
专利局那口饭真是好吃.
斜阳古道
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  • 2010-3-18 13:35:34
 
针对这种高升压比DC/DC,我曾经写过一篇综述,汇整了目前学术界、业界所有的解决方案。当然得自己做点东西,不能完全照搬别人,这些权当参考而已。
nc965
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  • 2010-3-18 20:18:24
 
拜读一下你的大作?
斜阳古道
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  • 2010-3-22 20:23:15
 
老兄,大作谈不上。等等啊,这个是论文的内容。
南国鸟
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本网技师
  • 2012-1-7 00:09:46
 
不知斜阳版主的论文总结叫什么名字,我想在网上搜下来学学。谢谢!
forestgump1003
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LV8
副总工程师
  • 2011-3-7 15:48:24
 
论文呢,呵呵,需要读一下
Feeling
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助理工程师
  • 2010-4-29 09:08:31
 
专利?
nc965
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  • 2010-4-29 09:37:33
 
是否授权就不知道了。
姜sir
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助理工程师
  • 2010-5-4 11:38:10
 
好图
周挺巧
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  • 2010-9-21 22:47:59
 
这个也专利,我15前就在用了
东方
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副总工程师
  • 2010-5-2 08:57:17
 
好帖!12V升压到400V就是不容易!300W以下还好说,如果要达到2~3KW,就比较难处理。学习了。
shiqiangh1988
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高级工程师
  • 2010-9-20 13:55:34
 
好贴,关注中。。
ruoshui136
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总工程师
  • 2010-10-30 08:38:25
 
关注中
meng19871013
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本网技师
  • 2010-11-3 15:56:10
 
boost升压最大值M不能大于4.7,M=(1/1-D)[(1-D)^2*R/R'],(1-D)^2*R/R'是修正因子,这个因子是开关变换器的寄生电阻决定的。强烈关注!!!
laus
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LV2
本网技师
  • 2010-11-5 21:08:43
 
两年前看过几篇一个国人写的文章,包括他的毕业论文,他称那种拓扑为hal birdge dual converter。两个BOOST串变压器升压,匝比很小。而台达则把他的拓扑变形了,用作UPS的前端升压,但估计EMC不好搞。因为是浮地的。这些拓扑现在都没有新的进展了,估计实际使用有些问题现在难以克服。倒是今年VT有篇博文提出了reboost方式升压,但启机冲击电流太大了,这是个缺点。而在实际应用到产品,并大量生产的有Enphase用作并网PV inverter的有源钳位交错反激拓扑,只是功率等级不高,通常数百W。后来 Microchip, Freescale 都推出了类似方案。估计在这个功率等级内,这些拓扑是比较使人满意的。小弟去年曾用开环Push-Pull方式把24V电压升400V,再DC-AC方式稳压做了个400W逆变器,230Vac输出时,效率可做到93.1%,220V输出可做到92.7%。前级效率我没有测试过,但后级应该有97%的效率(同样的DC-AC方式,我们三相300VAC输入的1500W逆变整机效率可做到96%的效率),若DC-AC按96%算,DC-DC效率可达96.XX%的效率。应该说比较高了。但开环PUSH-PULL也有缺点,就是启机时对功率开关冲击太大了。近来,小弟也在开始按MCHP方案开发PV Inverter,只是个人兴趣,还是业余时间做。白天上班要做项目开发,最终测试结果没有这么快出来。呵呵,我也关心这个话题啊!
nc965
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  • 2010-11-6 00:28:04
 
HALF BRIDGE DUAL CONVERTER
楚天?
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版主
  • 2010-11-7 19:19:01
 
这电路也有专利么?
Roader
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本网技师
  • 2010-11-8 09:56:15
 
这应该都有专利了吧
lxm509
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  • 2012-1-16 10:23:34
 
南国鸟
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本网技师
  • 2012-1-7 00:13:54
 
laus按照MCHP的方案应该就是有源箝位交错反激了吧。结果应该出来了吧,效率是多少呢?我看enphase已经将这种拓扑市场化有段时间了,现在是不是这种拓扑最成熟啊?跟推挽+全桥逆变的拓扑相比有何特点呢?
netkiller
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高级工程师
  • 2010-11-28 11:52:46
 
1、非隔离的Boost通常使用在低升压比的应用上。
2、高升压比使用双绕组更适合。
3、大功率电源通常使用磁芯的一三象限,否则体积成本都高,没有实用价值。
4、理论上Boost应该可以无限升压,实际上升压比是个位数的。
5、太阳能电池通过串连的方法直接升压到需要的电压,不需要升压电路。
6、太阳能电池串联升压既没有升压器的成本效率故障问题,又解决解决了低电压的线路损耗。
楚天?
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版主
  • 2011-7-19 19:20:06
 
太阳能串联升压还是会有遮挡反偏的问题的。
拒绝变帅
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  • 2011-7-19 23:17:10
 
直接串电池板,有多缺点:如无法保证每块板都工作在最大功率点,造成浪费;同时系统电池板的P-U曲线出现多峰值,MPPT实现复杂等等。
一个小兵
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高级工程师
  • 2011-7-18 23:20:21
 
东方
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  • 2011-7-20 00:12:35
 
嗬!几年前的帖子呀!
XW:那时还没有我俩呢!
东方:向新能源的先行者学习!
斜阳古道:非隔离电路的Boost,真的能从24V升到360V、并且效率还不低吗?
东方:是啊!
斜阳古道:理论上MS应该可以,Boost应该可以无限升压嘛,可是实际的情况并非如此。
东方:理论和实践难道还有不同吗?
XW:你只谈理论,当然没有两样了。
东方:不知楼主是谈新能源还是升压?
XW:新能源升压嘛。
东方:那不需要升高几十倍。
XW;多少倍?
东方:几倍足矣。以风电为例,假设额定电压360V,风速12m/S,到3m/S时电压是90V,也只要升高4倍即可。
XW:那到0.8m/S时不就是24V吗?真的能从24V升到360V、并且效率还不低吗?
东方:你那个风机还转得了吗?
拒绝变帅
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总工程师
  • 2011-7-20 20:28:03
 
风电不了解,谈谈光伏。
东方
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  • 2011-7-21 09:48:22
 
光伏电池单体电压太低,只有0.5V左右,必须串联起来用。
楚天?:太阳能串联升压还是会有遮挡反偏的问题的。
东方:是有这个问题,造成局部热斑等。
拒绝变帅:直接串电池板,有多缺点,MPPT实现复杂等等。
XW:怎么办呢?
东方:用针对性的具体方案解决。比如反并二极管等防热斑等。那就不是本话题的内容了。
XW:串还是要串联的。
东方:必须的,所以BOOST也只要提升几倍就行了。
ayebyeg
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  • 2011-11-4 13:47:43
 
这么多牛人 学习了
wzy616611
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  • 2015-3-20 16:24:10
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楼主,论文呢
zzhzhua
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光电本一家
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本网技工
  • 2016-11-30 16:38:17
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关于拓扑,还是张兴柱博士研究得透彻。
光电本一家
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本网技工
  • 2016-11-30 16:43:15
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这里的陈永真,是那位电容专家吗?
zm77
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多年前的好贴了!
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