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电气传动2023年第53卷第9期ELECTRIC DRIVE 2023Vol.53No.9摘要：在LLC 的基础上，从软开关技术、DC/DC 级联变换器技术以及三电平技术的角度去思考，提出一种基于Buck-LLC 的新型DC/DC 复合式级联结构拓扑。
搭建了980W 样机进行验证，证明该复合式Buck-LLC 级联变换器在保持传统Buck-LLC 级联变换器效率的前提下能够有效减小前级Buck 电路处理功率，减小体积并提高功率密度，也能够有效减小母线电容耐压值，并且保持PWM 闭环调制的优点，能够输出稳定的电压，后级LLC 定频的工作参数设计更加方便。
关键词：软开关；复合式Buck-LLC ；级联结构；三电平中图分类号：TM42文献标识码：ADOI ：10.19457/j.1001-2095.dqcd24142A New Type of Soft -switching Three -level Cascade DC/DC ConverterJIANG Jingwen 1，ZHOU Jiemin 1，HONG Feng 2，ZHENG Gang 1（1.School of Civil Aviation ，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics ，Nanjing 211100，Jiangsu ，China ；2.School of Electronic Information ，Nanjing University of Aeronautics andAstronautics ，Nanjing 211100，Jiangsu ，China ）Abstract:On the basis of LLC ，considering from the perspectives of soft-switching technology ，DC/DC cascade converter technology and three-level technology ，a new DC/DC composite cascade structure topology on the basis of Buck -LLC structure was proposed.A 980W prototype was designed and built for verification ，which prove that the proposed composite Buck -LLC cascade structure can effectively reduce the processing power of the previous Buck circuit ，and reduce the Buck inductor volume ，and increase power density while maintaining the efficiency of the traditional Buck -LLC cascade structure.It can also effectively reduce the withstand voltage value of the bus capacitor and maintain the advantages of PWM closed-loop modulation ，and can output a stable voltage.In addition ，the design of the working parameters of the subsequent LLC fixed frequency is more convenient.Key words:soft-switching ；composite Buck -LLC ；cascade structure ；three-level （TL ）作者简介：蒋婧文（1997—），女，硕士，Email ：***************一种新型软开关三电平级联DC/DC 变换器蒋婧文1，周洁敏1，洪峰2，郑罡1（1.南京航空航天大学民航学院，江苏南京211100；2.南京航空航天大学电子信息学院，江苏南京211100）DC/DC 变换器广泛应用于多个领域。
电路中的开关电源与变换器技术在现代电子设备中，开关电源和变换器技术扮演着重要角色。
它们能够将电能高效地转换为适用于各种电子元件的稳定电压或电流。
本文将探讨开关电源和变换器技术的原理和应用。
一. 开关电源的基本原理开关电源是一种通过开关器件（如晶体管或MOSFET）的开关操作，将输入电能转换为高频脉冲信号的电源。
这些高频脉冲信号经过滤波和调节，变成所需的恒定电压或电流输出。
开关电源的主要组成部分包括输入滤波器、整流器、功率开关器件、输出滤波器和控制电路。
输入滤波器能够消除来自电源的干扰和高频噪音，确保稳定的输入电源。
整流器将交流电源转换为直流电源。
功率开关器件控制电流的开关操作，以产生高频脉冲信号。
输出滤波器将这些脉冲信号转化为稳定的输出电压或电流。
控制电路则负责监测和调节输出电源。
二. 变换器技术的应用1. DC-DC变换器DC-DC变换器是一种将直流电压转换为不同电压等级的电源。
它的应用非常广泛，比如在移动设备、汽车电子、通讯设备中常见到它的身影。
DC-DC变换器通过调整开关器件的开关频率和占空比，实现输入电压到输出电压的转换。
这种技术允许将电源适配到各种电子设备的需求，提供稳定的电力支持。
2. AC-DC变换器AC-DC变换器是将交流电源转换为直流电源的关键装置。
它广泛应用于各种家用电器、计算机设备和工业自动化系统。
AC-DC变换器通常包括整流器和滤波器。
整流器将交流电压整流为直流电压，而滤波器则进一步平滑输出电压，以确保负载设备的正常运行。
三. 开关电源和变换器技术的优势1. 高效性开关电源和变换器技术相比传统线性电源，具有更高的能量转换效率。
这是因为开关电源和变换器使用开关操作来控制电能的转换，减少了能量的损耗。
高效性使得电子设备运行更加节能，并减少了热量的排放，延长了设备的寿命。
2. 可靠性开关电源和变换器技术具备较高的稳定性和可靠性。
这是因为它们具备更严格的输入和输出电压/电流保护机制。
Project No. 3Report for High Power ConversionSystemsProject Title: Cascade multi-level converter and its controlmethodStudent Name:Email Address: @Phone No.Date: 2012.6.15Signature:级联型多电平变换器构成及控制方法初探浙江大学电气工程学院【摘要】本文介绍了级联型多电平变换器的一般构成方法，并对构成原则进行了初步的讨论并提出了新型级联型拓扑结构。
本文又对级联型多电平的控制策略进行了初探。
最后，本文提出一种改进型级联多电平变换器，并对其进行了简要分析。
【关键字】级联多电平控制方法Cascade multi-level converter and its control method( , College of Electrical Engineering , Zhejiang University)Abstract: This article describes the general composition of the cascade multi-level converter, and constitutes the principle of a preliminary discussion. It also proposes a new cascade topology and cascaded multi-level control strategy . Finally, this paper presents an improved cascaded multilevel converter and makes a brief analysis.Key words: cascade, control strategy, multi-level1.多电平变换器多电平变换器技术是一种通过改进变换器自身拓扑结构来实现高压大功率输出的新型变换器，它无需升降压变压器和均压电路。
摘要：研究一种把软开关技术和移相PWM操纵技术和双向DC－DC变换器技术有机结合在一路的新型高频DC－DC开关功率全桥变换器，它采纳电流模式移相ＰPWM操纵，在较大的负载范围内实现了开关器件的零电压软开关（ZVS）。
级联是将电子电路连接在一路的大体方式之一。
本文将概述假设干由相同的大体功率单元组成的级联电路，并通过度析由简单的Buck和Boost变换器级联而成的直流变换器来讲明：级联技术的应用要考虑各功率单元的优缺点，好的级联电路在完成电路功能的同时，还应屏蔽各功率单元的缺点。
电力电子装置中开关元件的硬开关下的开关损耗阻碍着其小型化的趋势，而软开关的实现那么能够有效地减小开关损耗。
本文对boost,buck电路进行零电压软开关的实现，并同时提出两种实现方案，并通过方案的对照来讲明：对同一电路拓扑应用不同操纵策略，能够在完成电路功能的同时，优化电路结构，节约电路应用本钱。
关键词：降压型(Buck)和升压型(Boost)变换器, 级联电路，零电压软开关，直流变换器目录一、设计目的 (2)二、设计内容 (2)1.电路级联的连接方式 (2) (3)3.级联技术在DC/DC变换器中应用 (4)降压型(Buck)变换器的工作原理................................................5 升压型(Boost)转变器的工作原理................................................8 4.起落压斩波电路 (10)5、Cuk斩波电路..................................................................12 斩波电路和Zata斩波电路 (14)Sepic斩波电路的大体工作原理 (16)Zata斩波电路工作原理 (16) (17)开通和关断损耗大 (18)感性关断问题 (19)容性开通问题 (20)二极管反向恢复问题 (22)电磁干扰严峻 (23)八、零电压软开关(ZVS) (24) (24)三、仿真及其结果分析 (25).模型成立 (25)仿真结果及其分析 (25)四、终止语 (26)五、参考文献 (27)基于级联技术的ZVS变换器的设计DC/DC变换器也称为斩波器，利用电力电子器件的通断操纵，将直流电压断续地加到负载上，通过改变通断时刻比（通常称为占空比，Switch Duty Ratio,用D表示）来改变输出电压平均值。
宽增益高效率级联式四开关Buck-Boost LLC变换器周国华;邱森林;张小兵【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2024(39)4【摘要】为了解决变频控制的桥臂共用型四开关Buck-BoostLLC级联变换器磁性元件设计和优化困难的问题,提出一种二次侧为特殊全桥整流结构的级联式四开关Buck-Boost LLC变换器。
通过控制二次侧开关管的交叠导通时间以拓宽变换器的电压增益。
该变换器可根据不同的输入电压范围工作在交叠模式和整流模式;在不改变变换器参数的条件下将增益显著提高,能够适应更宽范围的输入电压,同时保持了变换器较高的工作效率。
在两种工作模式的基础上,采用移相控制使变换器所有开关管实现零电压导通(ZVS),二极管实现零电流关断(ZCS)。
结合状态平面轨迹分析法,对定频控制的级联式四开关Buck-Boost LLC变换器进行模态分析,并推导两种工作模式下的输入-输出表达式和开关管的软开关实现条件。
最后,通过研制一台70~280 V输入、240 W/28 V输出的实验样机,验证了理论分析的正确性。
【总页数】13页(P1103-1115)【作者】周国华;邱森林;张小兵【作者单位】西南交通大学电气工程学院【正文语种】中文【中图分类】TM46【相关文献】1.具有宽范围输入和高效率的改进型LLC谐振变换器2.一种高效率LLC⁃Buck级联谐振变换器3.宽增益高效率LLC谐振变换器拓扑4.宽负载范围高效四开关Buck-Boost变换器的新型变频控制策略5.宽输入范围、全范围ZVS的高效率BBLLC-LLC混合变换器的DCX工作模式研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于STM32F334双向同步整流BUCK BOOST数字电源设计牟健何波贤梅杰丁少娜摘要：本设计中采用同步BUCK电路和同步BOOST电路级联而成的同步整流BUCK-BOOST电路拓扑，基于STM32F334高性能32位ARM Cortex-M4 MCU构建能量实现的双向流动，并能在同一方向实现升降压功能的数字电源。
关键词：STM32F334；双向同步整流；数字电源DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2018.8.012O 引言随着不可再生资源的日益减少，人们对新型清洁能源的需求增加，促进了诸如太阳能发电、风力发电、微电网行业的发展，在这些行业产品中需要能量的存储释放以及能量的双向流动，比如太阳能、风力发出的电需要升压逆变之后才能接入电网，而对于电池或者超级电容的充放电需要系统能够具备升压和降压的功能，为了确保电能转换的安全性以及稳定性，因此急需设计一款变换器，不仅能实现能量的双向流动，还能在同一方向实现升降压功能。
实现能量双向流动功能整流驱动电路拓扑有很多种，双向DC-DC变换器一般可以通过用MOS 管代替经典拓扑电路中整流二极管得到新的拓扑，例如双向Cuk电路、Sepic电路、Zeta电路等，其中双向Cuk电路需要多个电感，输出负电压，输出的电流较小；而Sepic电路有非常复杂的控制环路特性，且效率低；Zeta电路是双Sepic电路，要求更高的输入电压纹波、大容量的飞跨电容。
本系统设计采用同步BUCK电路和同步BOOST电路级联而成的同步整流BUCK-BOOST电路拓扑，并采用STM32F334高性能32位ARM Cortex-M4MCU构建数字电源，其不仅嵌入浮点单元（FPU），集成高分辨率的定时器（达217 ps）和两个超高速5 Msps（0.2Us）12位模数转换器（ADC），对电路的输出电压电流同步测量，还构建实时的双闭环PID控制，实时跟踪输出电压，减少系统的稳定误差。
开关电源之核心部分：DC
1 概述
DC-DC变换器是开关电源的核心组成部份，常用的正激式和反激式电路拓朴。
常规正激式变换器的功率处理电路只有一级，存在MOSFET功率开关电压应力大，特别是当二次侧采用自偏置同步整流方式，输入电压变化范围较宽，如输入电压为75V时，存在栅极偏置电压过高，甚至有可能因栅压太高而损坏同步整流MOSFET的危险。
而且当输出电流较大时，输出电感上的损耗将大大增加，严重地影响了效率的提升。
使用交叉级联正激式同步整流变换电路，不但输出滤波电感线圈可省去，实现高效率、高可靠DC-DC
变换器，达到最佳同步整流效果。
2 基本技术
2.1交叉级联正激变换原理
交叉级联变换的拓朴如图1所示，前级用于稳压，后级用于隔离的两级交叉级联的正激变换器组成的同步降压变换器。
为了实现宽输入电压范围及隔离级恒定的电压输入，前后两级正激变换都应在最佳的目标下工作，从而确保由它所组成的高效率同步降压变换器能接收整个35-75V通信用输入电压范围，并将它变换为严格调整的中间25V总线电压。
实际中间总线电压由。
级联式直流变换器原理分析
什幺是级联式直流变换器
与三电平直流变换器试将普通二电平变换器中的功率开关用三电平开关单元代替不一一样，它实际_上是二个通常的二电平直流变换器的串联叠加。
由于串联电路的输出电流相同，只要做到二个变换器的输出电压相等，就可以做到变换器的功率均分保证二个变换器的输入电压相等。
每个功率器件的开关应力相同，为直流侧输入电压的一半。
半桥级联变换器
零电压零电流复合式全桥级联变换器
级联式直流变换器的控制方法。
摘要摘要开关电源是现代电气设备稳定可靠工作的重要组成部分。
随着用电设备对电源性能要求的不断提高，传统模拟控制方式的开关电源逐渐被数字开关电源取代。
DSP技术的发展亦为先进控制理论及复杂控制算法的实现提供了强有力的支持。
本文针对高校电源实验装置体积大、电压等级高、灵活性差的现状，研究并设计了以TI DSP为核心控制器的级联式数字开关电源实验平台。
该实验平台具有宽电压输入、可调输出、抗干扰性强、稳定性好等优点，将极大方便高校学生进行电源类相关实验。
本文主要研究内容如下：(1)详细分析了前级Flyback变换器与后级Buck变换器的工作原理。
在此基础上，分别建立了Flyback电路和Buck电路的开环和闭环小信号模型。
(2)在控制策略方面引入了峰值电流控制与变论域模糊PID控制，详细分析了变论域模糊PID控制算法的控制机理，引入变论域模糊控制算法设计了一种变论域模糊PID控制器以提升系统的动态性能。
(3)完成了级联式变换器的闭环设计，分析了前级Flyback变换器闭环输出阻抗与后级Buck变换器的闭环输入阻抗的关系，引入了基于禁区理论的阻抗比稳定性判据，验证了级联式系统的稳定性。
(4)在MATLAB/SIMULINK仿真环境下建立了级联式电源系统仿真模型，验证了级联式系统的稳定性。
同时，验证了变论域模糊PID控制算法比传统PID 控制算法具有更好的控制效果，有效改善了系统动态性能。
(5)完成了级联式数字开关电源的软硬件设计。
根据系统性能指标，选择了TMS320F28027作为核心控制器，在硬件方面对高频变压器、主拓扑电感电容参数选择、驱动电路、采样电路、保护电路、辅助电源、液晶显示电路等进行了研究与设计。
同时采用C语言设计了基于TMS320F28027的软件程序。
最后，搭建了实验样机并进行了整机软硬件调试。
实验结果与仿真结果基本一致，验证了本文所提方案的可行性。
关键词：DSP；开关电源；级联式系统；变论域模糊PIDAbstractSwitching power supply is an important part of the stable and reliable operation of modern electrical equipment.With requirements for power supply performance of electrical equipment are increasing,traditional analog control mode of switching power supply is gradually replaced by digital switching power supply.The development of DSP technology also provides strong support for advanced control theories and implementation of complex control algorithms.In view of the large volume,high voltage level and poor flexibility of experimental devices for power technology in Colleges and universities,we developed a cascaded digital switching power supply experimental platform based on TI DSP as the core controller.The experimental platform can realize wide voltage input,adjustable output,strong anti-interference and good stability,which would greatly facilitates college students to carry out related power experiments.Specifically,the main research contents of this paper are as follows:(1)The working processes of the former Flyback converter and the latter Buck converter are analyzed in detail.Based on basic working principle,the open-closed-loop small signal models of Flyback circuit and Buck circuit are established respectively.(2)Peak current control and PID control are introduced in control strategy.The control principle of variable universe fuzzy PID control algorithm is analyzed in detail. And the variable universe fuzzy control algorithm is introduced to design variable universe fuzzy PID controller to improve the dynamic performance of the system.(3)The closed-loop design of cascade converter is completed.The relationship between the closed-loop output impedance of the former Flyback converter and the closed-loop input impedance of the latter BUCK converter is analyzed.The stability criterion of impedance ratio based on the forbidden zone theory is introduced to verify the stability of the cascade converter.(4)The cascaded power system simulation model is established under the MATLAB/SIMULINK simulation environment to verify the stability of the cascaded system.And the simulation results verify the feasibility of the fuzzy-PID control algorithm and the effect of improving the dynamic performance of the system.(5)The hardware and software design of cascaded digital switching power supply is completed.According to the system performance index,TMS320F28027ischosen as the core controller.In hardware aspect,The high-frequency transformer, main topology inductance and capacitance parameter selection,driving circuit, sampling circuit,protection circuit,protection circuit,auxiliary power supply,liquid crystal display,etc.are analyzed and designed.At the same time,the software program based on TMS320F28027is designed with C language.Finally,an experimental prototype is built and the whole machine is debugged. The experimental results are basically consistent with the simulation results,which verifies the feasibility of this scheme.Keywords:DSP;Switching Power Supply;Cascade System;Variable Universe Fuzzy PID目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (IV)第一章引言 (1)1.1课题研究背景与意义 (1)1.2开关电源的发展现状与趋势 (1)1.3开关电源控制器 (3)1.3.1开关电源控制器发展现状及趋势 (3)1.3.2数字电源控制器发展状况 (5)1.4课题来源及主要研究内容 (6)第二章级联式变换器的结构及原理 (8)2.1级联式变换器的结构 (8)2.2Flyback变换器 (8)2.2.1Flyback变换器工作原理 (8)2.2.2Flyback变换器小信号模型 (10)2.2.3Flyback变换器闭环小信号模型 (15)2.3Buck变换器 (15)2.3.1Buck变换器工作原理 (15)2.3.2Buck变换器小信号模型 (16)2.3.3Buck变换器闭环小信号模型 (17)2.4本章小结 (21)第三章系统控制算法 (22)3.1峰值电流控制 (22)3.2PID控制 (24)3.3变论域模糊PID控制 (25)3.3.1隶属函数设计 (26)3.3.2输入输出变量模糊子集设计 (27)3.3.3模糊规则表设计 (28)3.3.4解模糊方法设计 (30)3.3.5伸缩因子设计 (31)3.4本章小结 (32)第四章级联式变换器稳定性分析与仿真 (33)4.1级联式系统稳定性分析理论 (33)4.1.1Middlebrook稳定性判据 (33)4.1.2基于禁区理论的阻抗比判据 (35)4.2级联式变换器稳定性分析 (36)4.2.1级联式变换器闭环设计 (36)4.2.2级联式变换器输入输出阻抗计算 (39)4.2.3级联式变换器阻抗匹配验证 (40)4.3级联式变换器仿真 (41)4.3.1级联式变换器的仿真模型 (41)4.3.2级联式变换器仿真实验 (42)4.4本章小结 (44)第五章级联式开关电源软硬件设计 (45)5.1系统总体方案设计 (45)5.2系统的硬件设计 (46)5.2.1核心控制器选择 (46)5.2.2高频变压器设计 (47)5.2.3Buck变换器设计 (50)5.2.4驱动电路设计 (52)5.2.5采样电路设计 (53)5.2.6保护电路设计 (53)5.2.7辅助电源电路设计 (54)5.2.8液晶显示电路设计 (55)5.3系统的软件设计 (56)5.3.1主程序设计 (56)5.3.2中断程序设计 (57)5.4本章小结 (59)第六章系统实验结果及分析 (60)6.1实验平台 (60)6.2稳态实验结果 (61)6.3动态实验结果 (63)6.3.1负载突变实验分析 (63)6.3.2电压突变实验分析 (64)6.4本章小结 (65)第七章工作总结与展望 (66)7.1课题研究工作总结 (66)7.2后续展望 (67)参考文献 (68)插图清单 (71)表格清单 (74)致谢 (75)第一章引言第一章引言1.1课题研究背景与意义随着电力电子技术的不断进步和社会的发展需要，开关电源凭借高效率、高功率密度、高可靠性等优点，在电源领域逐渐取代线性电源，取得了主导性地位并获得了广泛的应用[1]。
