耦合电感式新型交错Boost软开关变换器研究

提出一种新型的耦合电感式交错并联Boost软开关变换器的拓扑结构,并对相应控制方法及耦合电感耦合系数进行设计。该变换器利用耦合电感漏感与开关管输出电容之间的谐振,令开关管在占空比大于0.5时实现零电压开通,在占空比小于0.5时实现近似零电流开通,降低了开关损耗;而且没有添加额外器件,不会对变换器功率密度造成影响。详细给出了电路拓扑结构、工作原理及工作过程分析,对表征电路能量传递的有效占空比进行了讨论,对影响软开关效果的耦合电感耦合系数进行了分析与设计,最后在SIMetrix环境下进行仿真,并搭建了250 W原理样机,仿真与试验结果验证了理论分析的正确性。     

新型电感储能型电磁炮脉冲电源拓扑

提出了一种用于电磁发射的电感储能型电磁炮脉冲电源拓扑。该拓扑中两储能电感充电时串联,放电时并联,以实现电流倍增。与meatgrinder电路相比,该电路两储能电感之间不需要磁耦合,具有设计简单灵活、容易制造的特点。为避免电感储能断路时断路开关出现过电压问题,用电容作为能量转换器件可实现开关的零电压断路。对该脉冲电源系统的工作原理进行了理论分析,搭建了小型实验系统,验证了该电源拓扑的可行性。以轨道炮为负载,对电感、电容参数对系统性能的影响进行了仿真分析,结果表明多个电源模块的并联运行能明显提高系统能量转换效率。     

动态负载ICPT系统稳频稳压特性研究

为保证感应耦合电能传输(inductively coupled power transfer,ICPT)系统在动态负载工作模式下频率和输出电压的稳定性,提出一种通过对ICPT系统谐振耦合拓扑机构优化选型,并对系统参数进行优化设计,从而实现系统稳频稳压(stable frequency stable voltage,SFSV)输出的新方法。通过对系统谐振网络等效电路进行分析,给出动态负载工作模式下ICPT系统谐振耦合机构优化选型依据,并给出系统谐振耦合环节参数优化设计步骤和方法。最后,通过实验验证理论分析的正确性。     

一种低成本高压脉冲静电除尘电源的分析与验证

与常规高压直流电源相比,高压脉冲电源可显著提高静电除尘器的除尘效率并降低能耗。提出一种新型高压脉冲静电除尘电源拓扑,其低压侧采用对称串联结构,可显著减小开关器件、整流电路、钳位电路以及谐振电容的电压应力,从而大幅降低成本。论文分析了该高压脉冲电源的稳态工作原理以及电场发生闪络时工作情况,推导了变压器原边电流以及输出电压的表达式,并进行仿真验证,最后通过一台峰值电压达100k V的脉冲电源进行实验验证。     

感应耦合电能传输系统中能量与信号反向同步传输技术

针对感应耦合电能传输(ICPT)系统电能与信号同步传输方法中信号反向传输的优化问题,在深入分析已有文献的基础上,采用信号并联注入、串联拾取的能量信号反向同步传输拓扑,并提出其参数设计方法。该拓扑充分将ICPT系统的谐振电感考虑到载波信号发射电路中,增强信号发射强度;通过LC谐振回路的选频滤波及放大作用提升信号接收强度;同时,基于交流阻抗分析法对拓扑参数进行了建模分析和优化设计。最后,通过仿真和实验验证了拓扑及参数设计方法的可靠性与有效性。     

用于电励磁同步电机的软开关直流变换器

本文提出了一种适用于励磁同步电动机负载的谐振软开关变换器及其参数设计方法。结合谐振原理,在变换器拓扑中引入耦合电感与谐振电路,并利用Matlab程序绘制三维图,综合考虑开关管最大电压应力、最大电流应力、电感耦合系数及占空比之间的关系,计算并优化出合理的变换器参数。使变换器具有低脉动、低损耗、小体积、高功率密度的特性,同时可抑制负载中寄生参数的影响,提高变换器工作的稳定性。基于750 W的实验样机,给出了具体的参数设计过程,并对参数设计结果进行实验验证。     

耦合电感式开关准Z源双向直流变换器

针对电动汽车的多源系统应用背景,本文提出一种应用于超级电容的耦合电感式开关准Z源双向直流变换器.在传统的开关准Z源拓扑基础上,通过将开关准Z源网络中的电感进行耦合,从而减小所需的总电感量与磁芯体积,进一步提高变换器的功率密度.本文对电感耦合后的开关准Z源变换器进行了运行原理及稳态分析,对所提电感耦合方案进行了理论分析与参数设计,并与分离式电感进行了比较,最后通过样机实验验证了理论分析的正确性.     

磁耦合谐振式无线电能传输系统的分析与设计

分析并设计实现了一种基于脉冲驱动的磁耦合谐振式无线电能传输系统.介绍并阐述了磁耦合谐振式无线电能传输技术原理及其优越性.分析了脉冲驱动式磁耦合谐振无线电能传输系统中脉冲驱动频率fs及脉冲驱动占空比Don等相关参数对系统传输效率、功率的影响.对所提出的无线电能传输系统进行实验测试,实验结果表明,需综合考虑上述相关参数,以达到传输效率、传输功率的最优化设计.实验结果表明了理论分析的有效性.     

磁耦合谐振式无线能量传输系统负载特性研究

介绍了磁耦合谐振式无线能量传输系统工作原理,通过分析原理及实验条件约束选择初级串联拓扑结构,并对次级串联和并联拓扑结构进行了理论分析,探究负载阻抗对接收功率和传输距离的影响。设计并实现了一种磁耦合谐振式无线能量传输系统,通过实验验证了理论分析的有效性,并对实验结果进行了综合分析。     

新型恒定一次侧电流无接触电能传输系统的建模与优化

提出一种新型无接触式感应耦合电能传输系统(inductively coupled power transfer,ICPT),系统一次侧线圈与电感/电容/电容所组成的谐振槽谐振、二次侧线圈与补偿电容并联谐振。利用互感理论,分别建立相互分离的原边等效电路模型和负载等效电路模型,采用正弦交流分析法对其等效电路模型进行分析,获得谐振槽电容及电感元件的参数计算公式,导出系统向负载传输功率及输出电压的计算表达式,并对谐振槽元件参数进行优化设计, 以便减小装置体积, 降低成本。额定频率下系统一次侧线圈电流保持恒定而与负载大小无关,保证电能由电源向负载的稳定传输。同时谐振槽输入电流随负载的减小而减小,提高系统的部分负载能效值。PSpice仿真实验验证该系统的上述优点。     

分布参数对静电除尘用高频高压电源的影响

应用串联谐振技术设计的静电除尘用高频高压电源因其电源体积小、除尘效率高等优点将逐渐取代传统的工频电源.但高频变压器中分布参数的影响使得谐振电流发生畸变,使控制系统失效.本文在原有的高频开关式电源的基础上,利用补偿电感,有效地抑制了高频变压器中分布参数的影响,仿真结果表明了该方法的有效性.     

变频微波炉电源用LLC谐振变换器

研制了一款专为变频微波炉中磁控管供电的高频软开关电源。采用倍压输出式LLC谐振变换器作为该电源的主电路,并用基波分析法建立了其稳态基波等效电路模型;对其直流增益、谐振电流及零电压导通条件等进行了分析,并对高频变压器的电压比、品质因数、励磁电感、谐振电感及谐振电容等核心参数进行了优化设计。仿真和实验表明所建立的稳态电路模型及其理论分析是正确的,给出的谐振网络参数及其优化设计是正确的,这对于分析、研究和改进变频微波炉电源的设计及指导生产具有现实意义。     

基于磁脉冲压缩技术的电除尘器供电电源

阐述了脉冲供电电源对比其他种类电源的优点及其应用,提出了基于磁脉冲压缩技术的电除尘用脉冲供电电源,利用磁材料的B-H曲线和伏秒积特性解释了磁开关即可饱和电感的实质及其工作原理,在分析一阶磁压缩网络的基础上,给出了基于二阶磁脉冲压缩供电电源的电除尘器的仿真实例,通过仿真结果证实了磁脉冲压缩理论运用在电除尘领域的可行性。指出减小磁芯体积可有效降低损耗,并推导了构成磁开关的两个重要参数-磁芯体积和电感量的计算公式。     

电磁耦合谐振式无线电能传输系统的建模、设计与实验验证

分析了电磁耦合谐振式无接触电能传输系统的工作原理,通过引入漏感变量,建立了T型等效二端口电路模型,并根据二端口传输方程得出电能传输的动态特性。通过耦合系数与品质因数的引入,讨论了不同物理参数对系统性能的影响,并得出了负载的最佳工作条件。根据理论推导,设计了大功率高频功率放大器,并根据约束条件对振荡器参数进行优化。实验结果表明,该系统可以对间距在2.5 m范围内的负载提供能量。该文建模方法可以为电磁耦合谐振式能量传输实际系统的设计提供有效途径。     

输入串联输出等效并联多逆变器驱动的高压大功率无线电能传输系统研究

提升逆变器输入侧直流电压源的电压等级,是实现更大功率无线电能传输的可行方案之一。但单个开关器件的额定电压有限,满足不了更高输入电压的需求。为此,文章设计了一种输入串联输出等效并联多逆变器驱动的高压大功率无线电能传输系统。该系统采用多个逆变器串联以承担较高的输入直流电压,同时每个逆变器驱动一个独立的发送线圈向同一个接收线圈发送功率。文章在考虑多个发送线圈之间互感的情况下对该系统的谐振电路参数进行了设计,分析在零相差(Zero Phase Angle,ZPA)及非零相差两个条件下系统的电流和功率输出能力,发现了运行角频率及互感的乘积对系统输出能力具有重要影响。开发出由三个逆变器串联驱动的无线电能传输样机,在750 V直流输入条件下获得最大38. 4 kW的无线电能传输功率,效率达88. 7%。     

寄生电容对串联谐振电容器充电电源特性的影响

软开关串联谐振电容器拓扑因其在较宽的电压范围内具有平均充电电流恒定和抗短路能力强的特点而用于对高压电容器充电。但开关频率固定的串联谐振充电电源的恒流特性因直流母线电压的波动和高压变压器以及整流单元的分布电容的影响，其充电电流并不是恒流。该文分析了理想和实际的串联谐振充电电源的充电电流特性。提出了采用图表法对串联谐振电源进行参数设计和调试，克服了以往高压脉冲电源设计和调试时的盲目性，具有重要的工程实用价值。     

高压变压器寄生电容对串联谐振变换器特性的影响

高压串联谐振变换器广泛应用于电容器充电、静电除尘等系统中。然而,高压变压器寄生电容的存在,使得客观上并不存在理想的高压串联谐振变换器。定量分析了高压高频变压器的寄生电容对工作于断续谐振电流模式(discontinuous current mode,DCM)的串联谐振变换器特性的影响,这些特性包括临界断续谐振频率、归一化输出电流和软开关。当考虑高压变压器寄生电容后,串联谐振变换器实际上已经演变为LCC串并联谐振变换器。通过对DCMLCC谐振变换器在不同工作阶段的数学分析、推导和归一化处理,得到了具有封闭形式的电路特性的表达式。通过分析发现,随着等效电压增益的增加,DCM LCC谐振变换器的正向和反向谐振过程均由两元件谐振向三元件谐振过程转变,临界断续频率升高。以图形曲线的方式给出了量化的分析结果。通过比较两类典型的控制方法可知,第二类典型控制方法具有更高的电流输出能力和能量传输效率,是一种优化的控制方法。所得分析结果可为工作于断续谐振电流模式的高压串联谐振变换器的设计提供参考,特别对电容充电和静电除尘电源具有工程应用价值。     

基于中心抽头变压器的倍频感应加热电源

针对高频大功率应用场合,提出了一种基于中心抽头变压器的倍频式感应加热电源。采用结构对称的两个半桥、共用谐振电容、抽头变压器耦合的方式,使得负载工作频率为功率开关管工作频率的两倍,达到倍频的目的。功率开关管具有软开关特性,且导通时间为其开关周期的25%,相对于传统的桥式逆变器来说,明显降低了开关管的功耗。详细分析了8个不同的工作模式及相应的系统参数关系,给出了电路参数的设计方法。最后以IGBT为功率开关管,设计了一台小型样机,通过实验验证了所提出的电源拓扑、理论分析及参数选取方法的正确性。     

基于分数阶PID的高频除尘电源控制方法研究

针对静电除尘器的负载电场状态异常多变的问题,提出了一种高频除尘电源的分数阶PID控制方法。使用Oustaloup滤波器近似算法,结合高频静电除尘电源的系统参数,实现对分数阶微积分的近似计算,得到分数阶PID环节的控制量输出,进而获得逆变电路的驱动频率,实现对高频除尘电源输出电压的精确控制。仿真实验中,利用Simulink搭建了基于分数阶PID的高频除尘电源的系统结构,获得的仿真结果与整数阶PID方法相比较,具有上升时间快,稳定时间短,稳态误差小的优点。     

静电除尘用高频高压电源谐振参数的设计

静电除尘用高频电源具有体积小、节能、除尘效率高等诸多优势,近年来成为工业除尘领域广泛研究的一个热点。基于电流连续模式的变换器可以解决电流断续模式高频电源谐振电流峰值过大的问题,其在工作过程中实现了软开关,开关损耗也不大,有利于进一步扩容除尘电源。但变换器谐振参数的选取往往是依靠经验和多次试验获得,很不方便,本文对LCC谐振电路参数作了理论推导,并且利用Saber软件对计算结果进行了仿真验证。