基于IGBT的高压脉冲电源研制

高压脉冲电场灭菌技术是近年发展起来的极有潜力的非热灭菌技术,其中高压脉冲电源是系统的核心组成部分.提出了一种基于IGBT的高压脉冲电源,系统由能源系统和脉冲产生回路构成,由单片机来控制IGBT的触发,其设计输出为方波,电压幅值在50～100 kv可调,脉冲宽度在1～10μs可调,频率在1～100Hz可调.所研制的高压脉冲电源可用于间距在2～10 cm之间平行可调的平板电场,满足食品在各种高压脉冲电场强度下非热力灭菌的需要.     

基于STC89C52的高压脉冲电源的设计

采用脉冲单元叠加技术,设计了由10个相对独立的脉冲电源叠加构成的高压脉冲电源。应用同步驱动技术,实现了20 kV,峰值电流100 mA的高压脉冲输出。各脉冲电源单独采用独立的驱动模块控制,驱动信号由单片机控制产生相同的PWM脉冲信号。电源的性能指标为:脉冲电压幅值0～20 kV,脉冲占空比5%～40%可调,脉冲频率20 kHz,也可进行相应调节,脉冲电流最大幅值100 mA,最大额定功率2 kW。设计的电源可通过调节直流电压的大小来满足不同电压输出的要求。测试结果表明设计的电源运行稳定、可靠。最后提出一种采用多模块串并联叠加技术来提高功率的改进方案。     

基于SOC的可调高压脉冲电源实现与控制

随着现代电力电子技术的不断进步,各种高精度的电子设备不断涌现,而这些设备的正常运行,都离不开电源系统的有效支持。本设计是基于紫外光电管测试系统而设计的一种高压脉冲电源,主要用于给紫外光电管系统供电,也可以用于给其他设备供电。利用SOC技术控制高频PWM调制来产生脉宽和频率可调的脉冲信号,用于对高压直流电源进行控制。经实践证明,在用户规定的频率范围内,其输出的脉冲电压幅度连续可调,电压调节方便、精度高,是一种稳定可靠的可调高压脉冲电源。     

旋转火花开关多脉冲触发系统设计

为提高触发旋转火花开关的稳定性和可靠性,研制了一套输出电压及频率可调的高压脉冲触发系统。该系统应用多脉冲触发模式,采用可调直流电源和储能电容作为能源系统,利用半导体开关器件绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为主开关控制放电周期和脉冲宽度,由数模混合电路构成信号源控制IGBT的通断,经过高压脉冲变压器在负载上获得需要的高压脉冲。实验结果表明,该系统在500 Hz的重复频率下能连续稳定地输出高于38 kV的高压重频脉冲,脉冲宽度为20μs,能稳定触发旋转火花开关。通过多脉冲触发的应用,提高了触发系统的可靠性和稳定性、减小了触发系统的体积和重量。     

轻质高频高压纳秒脉冲电源研制

高压脉冲电源是产生放电等离子体及其应用于生物医学、材料表面处理及流动控制的重要激励源.基于单极性Marx电路与脉冲变压器相结合的思路,利用脉冲变压器的电压波形过冲现象,开发了一台高频高压纳秒脉冲电源样机.该电源样机输出电压幅值最高可达21 kV,频率最高达16 kHz,上升沿和下降沿分别约为145 ns和215 ns,脉宽约为250 ns;输出平均功率为125W以内时,整机效率高于80％.该脉冲电源的输出电压、频率等参数连续可调且体积较小.上述研究为开发应用于放电等离子体的高压脉冲电源提供重要参考.     

基于磁脉冲压缩的DBD高频双极性纳秒脉冲发生器的设计及其放电特性

作为高压高重复频率脉冲电压发生器的开关器件,磁开关的耐压、通流能力以及寿命远高于半导体开关,因而适用作为介质阻挡放电(DBD)激励电源的开关。为研究双极性高频下DBD等离子体放电特性,提出高频双极性磁脉冲压缩系统。首先,阐释通过全桥逆变电路、脉冲变压器和磁开关产生双极性脉冲的原理,并叙述该系统关键器件的设计;其次,利用PSpice仿真软件研究电路关键参数对输出波形的影响规律,测试电阻性负载电压波形,并与仿真结果进行对比分析。测试结果表明,通过双极性磁脉冲压缩系统,能够在负载两端输出的纳秒脉冲电压具有以下参数:幅值在5~13k V可调,上升沿100ns左右,重复频率可高至几千Hz。最后,针对高频双极性下的放电现象进行研究,结合DBD放电模型和放电图片探索高频双极性脉冲电压下放电特性与频率的关系,充实了高频放电理论研究。     

10kV重复频率方波脉冲源的研制

为进行绝缘材料在快前沿高压脉冲作用下的局部放电和绝缘老化的试验研究,研制了1台最高输出电压为10kV的重复频率高压方波脉冲发生器。该方波发生器采用可调直流高压电源和储能电容器作为能源系统,利用半导体固态开关作为主放电开关控制脉冲宽度和重复频率,通过脉冲放电回路在负载上形成所需的电压脉冲。其半导体固态开关采用具有低耦合电容的紧凑型快速高压金属氧化层半导体场效应晶体管(MOSFET)开关,通过复杂可编程逻辑控制器(CPLD)可编程逻辑电路实现开关通断控制。实测结果表明,该脉冲源可以产生脉冲上升沿约为80ns、最小脉冲宽度为320ns的高压准方波脉冲,最高输出幅值达到±10kV,脉冲重复频率的可调范围为1～3kHz,性能指标满足绝缘材料的局部放电以及绝缘老化试验的要求。     

高压脉冲电源设计及其在除尘中的应用研究

与直流高压除尘相比,高压脉冲除尘具有更强的荷电能力且能降低能耗。设计了高压脉冲电源的拓扑电路,并据此实现了一套基于半导体开关的高压脉冲电源,该脉冲电源波形完整且幅值、频率、脉宽均可调节。但该高压脉冲电源脉宽调节困难,据此提出了一种改进的调节脉冲电源脉宽的方案,该方案经测试简单易行。将其应用于高压脉冲除尘系统,基于此开展了幅值、频率对气体颗粒物去除率影响的研究。研究结果表明:相同频率下,脉冲电压峰值越高,PM10和PM2.5去除率越明显。相同脉冲电压峰值时,在20～100 Hz范围内,脉冲频率越高,PM10和PM2.5去除率越明显。当脉冲电压峰值为12 kV,频率为120 Hz时,去除率超过96%。     

基于AT89C51的低频高压脉冲电源的研究

随着现代电力电子技术的不断进步,各种高精度的电子设备不断涌现,而这些设备的正常运行,都离不开电源系统的有效支持.介绍了一种利用AT89C51芯片来控制高频PWM调制工作时间的方法,改变逆变电路工作状态,最终使系统输出脉冲波形.经仿真实验证明.其输出的脉冲电压幅度连续可调,脉宽和频率也均可由用户在规定范围内调整,是一种稳定可靠的可调高压脉冲电源.     

具有负载普适性的高压双极性方波脉冲源研制

为满足高压脉冲杀菌灭藻实验的需求,研制了一种新型极性可调方波高压脉冲电源。该电源前端为半桥式Marx电路,产生单极性重复频率的方波高压脉冲,后端级联一个H桥,通过控制H桥正、负向放电通道开闭的不同时序实现对高压脉冲极性的调节。本文对拓扑结构设计思路、不同负载时的工作原理和开关控制策略进行了阐述和分析,并利用PSIM软件仿真验证了该脉冲源设计方案的正确性。最后,研制了脉冲源样机,经测试证明,该脉冲源所采用的IGBT浮地驱动技术安全可靠,其最大输出电压达±7k V,输出电流达±10A,脉冲数达1kpps,额定输出时上升沿可达160ns,脉宽3.5μs,且能在阻性、容性、感性等各类负载下正常工作,并易于实现电压、频率、脉宽、极性的调节,易于实现模块化和小型化。     

一种电容式调压脉冲功率电源设计和工作分析

为了设计研制一种电容式调压脉冲功率电源并分析其工作特性,采用双向晶闸管调压、升压整流和限流的充电方式,以及先粗调后细调的策略向电压给定单边逼近以实现快速高精度充电。分析了3种感性负载的放电脉冲工作形式:弦波脉冲电流配合电容反充能量回馈,可用于重复频率要求较高的场合;续流波电流的有效脉宽较宽,可用于要求放电高频分量相对较小的场合;交流衰减波电流可用于永磁体的退磁等应用中。放电电流峰值由负载电感和电阻值共同决定,减小电感能大幅度提高输出功率,但受放电晶闸管的指标di/dt的制约电感有最小值。电容反充电压能量回馈是提高脉冲功率电源效率和增加电源重复频率最有效的手段。给出了评价和使用该类电源技术指标的计算方法,除了最高工作电压、最大储能之外,可根据负载给出最大输出功率、输出峰值电流、最大电压重复频率等技术指标,并可在给出的曲线上选取匹配的工作参数。     

用于中子管离子源电源的设计与saber仿真

设计了用于中子管离子源的可调高压脉冲电源。采用单端正激式结构和软开关技术,逆变输出高压脉冲,占空比从0.1—0.5可调,最小脉宽8μs。并且根据saber软件对脉冲变压器进行建模和整体电源的仿真,分析了影响脉冲波形的原因,提出了优化电源的方法。目前该脉冲电源已成功应用于煤质快速分析仪中,测量精度明显优于直流方式。     

静电除尘器用智能高压直流电源的研制

介绍了一套替代传统电源的静电除尘器用智能高压直流电源。该电源以IGBT为主功率器件,SKHI22AH4为驱动电路,UC3875为PWM控制芯片;应用逆变技术,其计算机控制以单片机为主控芯片,由PI算法实现外特性控制;集传统电源的低压、高压和控制系统为一整体,电源输出可为纯直流和脉冲两种形式,外特性可为恒压、恒流和缓降三种形式,参数调节和工作状态可分别通过近控和远控调整。现场实验表明,该电源在输出电特性的可控性、重量、体积、使用效果、节约成本及操作安全等方面都较传统电源有明显优势。     

用于变频电机绝缘测试的PWM电压发生器

在变频电机绝缘测试中,重复脉冲方波电压不能完全模拟变频器输出的PWM电压反映变频电机绝缘失效机理,并且同一实验中使用不同电源影响实验数据的一致性。该文章设计了一台直接输出式PWM电压发生器,既可以输出模拟变频器实际的SPWM电压和SVPWM电压用于绝缘测试,又可以输出重复脉冲方波电压开展对比实验。首先,设计了基于FPGA的脉冲信号发生器,产生基波频率、开关频率可调的SPWM、SVPWM触发脉冲以及频率、占空比可调的重复方波脉冲;然后,设计了基于固态推挽开关的斩波器,在脉冲信号的触发下输出对应的双极性高压脉冲;最后,使用该脉冲电压发生器开展了SPWM电压下变频电机绝缘局部放电实验,验证了系统的可靠性和实用性。     

基于现场可编程门阵列的全固态高压ns脉冲发生器

为研究ns脉冲电场诱导肿瘤细胞的凋亡效应,结合Marx发生器原理和全固态开关技术,研制了一套基于现场可编程门阵列(FPGA)的多参数可调全固态高压ns脉冲发生器。该发生器主要包括高压直流电源、Marx电路、FPGA控制电路和负载4部分。Marx电路采用金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)作为控制开关代替传统的火花间隙开关,用二极管代替电阻。FPGA产生多路同步触发脉冲信号,通过光纤进行隔离后可作为MOSFET的原始控制信号,同步驱动多个MOSFET。FPGA控制电路控制充电电压和输出脉冲的宽度、频率,并具有保护功能。实验结果表明,该脉冲发生器可产生幅值(0～8kV)连续可调、脉宽(200～1 000ns)灵活可变、频率(1～1 000Hz)独立可控,前沿35ns的高压ns脉冲,为进一步探索ns脉冲电场生物医学效应奠定了基础。     

等离子体高压电源的研究

针对等离子体高压电源的特殊要求,将SPWM脉宽调制技术用于该电源控制中,具有原理简单、控制和调节性能好,可消除谐波,调节和稳定输出电压等诸多特点。本文分析了等离子体高压电源中需解决的关键问题;提出了有效的解决方法。在此基础上,成功研制了一台多路输出电压可调、频率连续可调的等离子体高压电源。样机实验证明了分析和设计的正确性。     

Design of a Pulsewidth-Modulated Resonant Converter for a High-Output-Voltage Power Supply

The design and fabrication of a parallel resonant converter circuit and a high-frequency step-up transformer used to supply an adjustable dc voltage to a load is described. The 500-W system is operated from 115/230 V single-phase 60-Hz power, which is rectified and filtered to form a 310-V dc link. A two-transistor half-bridge circuit operating at a fixed frequency above the circuits resonant frequency converts the dc voltage to an ac voltage at approximately 20 kHz. This high-frequency voltage is transformed with a low-capacitance oil-impregnated ferrite transformer. The output voltage is rectified to form a dc voltage with a maximum value of 90-kV peak. The output voltage is adjustable using pulsewidth modulation of the conduction time of the two transistors in the power circuit. The energy stored in the resonant circuit provides a sinusoidal transformer voltage at fixed frequency over a wide range of control. The system is provided with a closed-loop peak-voltage regulator and an on-off capability from the control electronics. The transformer is designed for a specific value of inductance and capacitance to operate at the desired resonant frequency and characteristic impedance.     

Control of a polyphase induction generator/induction motor powerconversion system completely isolated from the utility

Two squirrel cage induction machines interconnected via a 20 kHz parallel resonant high frequency (HF) AC link and associated switching pulse density modulated (PDM) power converters are investigated, one operating as a generator and the other as a motor. No capacitors are used for the excitation of the generator or motor. Instead, the real power of the generator is controlled so as to maintain the proper link voltage and match the power between the input and output, Current regulated PDM converters operating via field oriented controllers are used to control both machines. A zero voltage switching technique is utilized with the associated PDM converters. Low harmonic distortion waveforms have been obtained both at the input and output due to the high 40 kHz switching frequency. Link voltage build-up and excitation of the generator by an initial charging circuit, power matching between input and output, and peak link voltage regulation techniques are investigated. Both computer simulations and experimental results demonstrate the feasibility of the proposed system