一种单级高频AC-AC变换器的低通输入滤波器的参数设计

单级高频AC-AC变换器将工频电网电压转换为高频(一般大于100k Hz)正弦交流电压,并实现功率因数校正的功能。由于其功率因数校正单元工作于电流断续模式(DCM),使得输入电流含有大量高次谐波,需采用低通输入滤波器予以滤除。上述低通输入滤波器的滤波参数不仅影响其滤波性能,还会影响到输入功率因数等诸多方面,因此滤波参数的确定十分重要。首先,根据叠加定理分别建立变换器交流侧等效电路模型,即工频分量和开关频率分量单独作用下的等效电路;进而,根据滤波器输入、输出要求合理设置相关预设参数,使加入滤波器后电网输入侧满足能量之星关于功率因数的要求。在此基础上以LC低通输入滤波器为例,对输入滤波器参数的定量设计过程进行详细阐述,并归纳出一种程序化的设计方法;最后,进行仿真及实验验证设计方法的正确性,该方法也可用于单级有源功率校正器的输入滤波器设计,而且对设计其他类型的低通输入滤波器有借鉴价值。     

基于键合线等效电阻的IGBT模块老化失效研究

已有研究表明,键合线老化脱落失效是影响绝缘栅双极型晶体管(IGBT)可靠性的主要因素之一。以此为研究背景,首先根据IGBT模块内部键合线的结构布局与物理特性,分析键合线等效电阻与关断暂态波形的关系,建立键合线等效电阻与关断过程中密勒平台电压以及集电极电流的数学关系式,通过实验测量获得键合线等效电阻,最后分别对键合线等效电阻与键合线断裂数的关系进行定性与定量的分析,得出键合线等效电阻会随键合线断裂数的增加同方向变化,这也证明了本文所提方法的可行性和正确性。     

考虑基频结温波动的风电变流器可靠性评估

目前风电变流器可靠性评估,无法在考虑实际风速、气温等外部环境长期随机变化的情况下考虑基频结温波动对变流器可靠性的影响。文中提出一种结温迭代算法,可以快速数值计算出功率模块结温。该方法与结温电热仿真方法相比,在保证计算精度的同时能大大缩短计算时间。文中以1.2MW直驱风力发电系统为例,利用提出的结温数值计算方法并结合实际风速和气温数据快速计算整年器件结温,采用Bayerer寿命模型和线性累计损伤理论实现了计入基频结温波动的风电变流器可靠性评估。最后还对可靠性计算结果进行了验证,对比分析了机侧和网侧变流器的可靠性差异、低频和基频结温波动对变流器可靠性的影响。结果表明,大功率直驱风力发电系统,机侧变流器可靠性问题更为严重,且基频结温波动对变流器可靠性的影响不容忽视。     

大扰动Buck-Boost变换器的鲁棒高阶滑模控制

在利用诸如风、光、氢等随机性新能源发电的过程中,由于间歇性的能量输入和不断变化的输出负载等原因,对电源变换器的鲁棒性设计提出了更高的要求。针对传统滑模控制变换器自身存在不可避免的抖颤问题,该文基于一种Super-Twisting高阶滑模控制算法,设计了以TMS320F28035为控制核心的无抖颤、强鲁棒滑模电源变换器。并以Buck-Boost变换器为例,针对随机性新能源发电中输入输出端存在的大扰动问题,与增量式PI控制效果进行对比实验。实验结果表明:高阶滑模控制变换器在输出负载大扰动下具有很强的鲁棒性;高阶滑模控制变换器在输入电压大扰动下同样具有很强的鲁棒性。     

三相整流桥直流侧并联型有源电力滤波器

针对不可控三相二极管整流桥，提出了一种三相直流侧并联型有源电力滤波器拓扑结构及其控制策略，该滤波器由工作在工频的3个低频开关和两个串联的双向Boost电路构成。控制策略采用无需进行谐波电流检测和计算的单周控制方法，可抑制整流桥前端注入电网的谐波电流，使整个整流桥装置从电网吸收的电流接近正弦波，功率因数近似为1。与传统的交流侧有源电力滤波器相比，可以减少高频有源开关的数量，降低成本；与功率因数校正器相比，仅处理负载电流中的谐波分量，可减小谐波治理装置的额定容量。仿真和实验结果证明了所提方法的正确性。     

V2-OCC控制Buck变换器

提出一种新型DC/DC控制方法,即V2-OCC控制。首先介绍了其工作原理,然后利用状态空间平均方法建立了V2-OCC控制Buck变换器的小信号模型。在此基础上,对V2-OCC控制和电压控制Buck变换器进行了频域仿真,并对结果进行了对比分析,最后进行了实验研究并给出了相关实验结果。仿真和实验结果表明,V2-OCC控制比电压控制Buck变换器具有更好的抗输入电压扰动能力和更好的动态负载性能。     

谐振开关电容DC—DC变换器单周控制策略

提出了一种单周期控制的谐振开关电容变换器.对运用单周控制技术与PWM控制的谐振开关电容变换器进行了对比仿真分析.单周控制比较适合用于直接控制谐振开关网络的电荷量,而且计算、设计方法简便,具备良好的动态响应和抗电源干扰强等优点.对仿真分析结果进行了对比试验验证.     

IGBT加速老化实验研究

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)功率模块作为电力电子设备的关键器件被广泛应用,其工作寿命与可靠性将影响到整个装置或系统的正常运行,对于IGBT可靠性研究具有重要意义。IGBT加速老化实验是研究IGBT可靠性问题的重要方法,其在不改变产品故障机制的前提下,提高实验应力,加速产品的故障进程,能有效缩短实验时间,节约成本。分析了IGBT的失效机理,依据IEC标准,设计了IGBT直流功率循环加速老化实验,自行设计搭建了IGBT加速老化实验系统,能够完成器件的老化以及监测老化前后器件参数的变化。研究成果为IGBT模块的可靠性研究以及健康状态评估提供了重要依据。     

零扰动补偿控制电流模式Buck变换器

针对峰值电流模式开关功率变换器系统普遍存在的次谐波和混沌不稳定行为,本文提出了一类零扰动补偿抑制新思路。结合峰值电流模式Buck变换器中输入和输出量之间的稳态关系,给出了简化的零扰动补偿控制条件,构建出相应的控制方程及模拟实现电路,基于傅里叶级数分解导出了系统分岔边界方程,确定出控制参数的可控范围。最后,给出了零扰动补偿控制效果的仿真和实验结果,验证了理论分析的正确性和所提零扰动补偿控制思路的有效性。     

基于频率响应的IGBT模块内部缺陷诊断

为提高绝缘栅门极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)模块运行的可靠性,研究了缺陷对IGBT模块内部寄生参数的影响,提出了一种基于频率响应的IGBT模块内部缺陷诊断方法,并对其工作原理和性能特点进行了详细分析。该方法基于IGBT模块失效过程中电或热老化导致的内部寄生参数变化,即在IGBT模块集射极开路状态下,通过在门极与发射极之间施加扫频激励信号,获取不同运行阶段集射极响应频谱的变化,由此判断IGBT模块内部是否存在缺陷。实验研究结果证实,所提出的方法可以有效辨识IGBT模块内部硅片失效缺陷,能够为及时替换赢得时间,从而避免模块的完全失效及由此造成的装置损坏,与现有的故障诊断方法相比,其响应时间更充裕。