大功率水冷功率单元研发与设计

功率单元的研发设计是大功率水冷变频器设计极为关键的环节。本文提出一种水冷散热方式的单元结构,通过理论计算、热仿真分析,得到水冷板的温升和压降,验证方案的可行性。     

变频器功率单元结构改变对电磁兼容性能的影响

通过对多电平单元串联电压源型变频器的功率滩元进行EMC测试，并根据测试的数据提出改进的要求。分析影响电磁兼容性能的结构与要点，预研出通过高等级的电快速瞬变脉冲群测试的基本型式，结合具体的功率单元结构进行更改，提高功率单元的EMC性能指标。在结构更改完成后，功率单元的电快速瞬变脉冲群的通过指标由3．0kV、5kHz、300s提高到4．0kV、2．5kHz、300s，达到严酷工业环境的指标。功率单元结构更改后，其大小和安装方式未变，所以变频器的功率柜内的结构体与功率单元托架无需改变，吲时功率单元内部的主回路的复杂刚性电气连接件均未改变，只是对外壳结构体进行改动就完成了预定的目标。     

压缩策动单元声负载的研究与仿真

声负载存在于任何类型扬声器之中,对压缩策动单元声负载的研究与仿真是非常有必要的,因为压缩策动单元里声负载的作用力通常比在其他类型扬声器里的更大。从理论角度介绍了压缩策动单元的相位塞与号角设计,阐述了从振膜表面到自由场之间的声阻抗匹配问题。运用COMSOL数值仿真对不同声负载条件下的声阻抗与声功率曲线进行模拟,通过测量频响曲线与计算特殊声阻抗的理论值验证了仿真方法的准确性。使用KLIPPEL进行功率递进试验,监控在不同声负载下的音圈温升,验证声负载对压缩策动单元承受功率的影响。证明对声阻抗和声功率的仿真有助于指导优化设计压缩策动单元。     

半导体功率发光二极管温升和热阻的测量及研究

通过电学测量方法得到了半导体功率发光二极管温升与热阻的加热响应曲线.曲线出现一个或多个台阶,反映了其内部的热阻构成与器件物理结构.同时采用遮光法对器件温升及热阻进行了修正.还应用瞬态加热响应原理对功率管的封装结构进行了监测.     

半导体功率发光二极管温升和热阻的测量及研究

通过电学测量方法得到了半导体功率发光二极管温升与热阻的加热响应曲线.曲线出现一个或多个台阶,反映了其内部的热阻构成与器件物理结构.同时采用遮光法对器件温升及热阻进行了修正.还应用瞬态加热响应原理对功率管的封装结构进行了监测.     

压缩策动单元声负载的研究与仿真

声负载存在于任何类型扬声器之中,对压缩策动单元声负载的研究与仿真是非常有必要的,因为压缩策动单元里声负载的作用力通常比在其他类型扬声器里的更大.从理论角度介绍了压缩策动单元的相位塞与号角设计,阐述了从振膜表面到自由场之间的声阻抗匹配问题.运用COMSOL数值仿真对不同声负载条件下的声阻抗与声功率曲线进行模拟,通过测量频响曲线与计算特殊声阻抗的理论值验证了仿真方法的准确性.使用KLIPPEL进行功率递进试验,监控在不同声负载下的音圈温升,验证声负载对压缩策动单元承受功率的影响.证明对声阻抗和声功率的仿真有助于指导优化设计压缩策动单元.     

频率选择表面结构耐功率仿真及试验研究

随着大功率电子对抗技术的不断发展,频率选择表面(FSS)结构的功率耐受问题成为亟待解决的技术难题,而国内外鲜有相关报道。本文主要针对此问题展开了理论和仿真分析,并通过典型样件的试验结果对分析结果进行了验证。首先通过将电磁场理论和经典传热学理论相结合,对带有FSS 结构和纯介质结构典型样件的功率耐受问题进行了理论建模和分析。然后,在多物理场仿真环境下对FSS 加载夹层结构和纯介质夹层结构的典型样件在微波照射效应下的温升效应进行了建模和功率耐受性能计算。最后,制作了符合理论模型的FSS 结构和纯介质结构典型样件,在微波暗室内对其功率耐受性能进行了实测验证。结果表明,在相同介质厚度的情况下,带有FSS 结构的典型样件在同等强度的微波激励下会产生更高的温升。     

电气化铁路隧道微波防冰研究

对电气化铁路隧道的防冰问题进行研究,提出非接触式微波致热防冰方法。该方法通过天线发射微波加热隧道裂缝渗水处的混凝土,使得渗水处温度上升,温升超过5℃,促使渗水区跨越-5~0℃这一水凝结成冰的温度区段,防止渗水凝结成冰,实现隧道防冰目的。同时对微波频率、天线输入功率与隧道微波防冰效率的关系进行仿真研究。结果表明,将2.45 GHz,2 000 W微波馈入天线,延时4 443 s,渗水处温升达到5℃。天线输入功率越大,温升越快;相同条件下,5.8 GHz的防冰效率较2.45 GHz高,前者为后者的2.3倍,频率越高,温升越快。     

基于流固物理场的电机逆变器功率模块散热结构优化设计

散热设计在电机逆变器功率模块研制过程中至关重要,温升是影响逆变器功率模块散热的关键因素。为了探究其温升特性,建立了一种基于流固物理场的电机逆变器功率模块结构模型,采用有限元分析法对功率模块的3D温度场和流体场进行了计算,分析了功率模块内部温度场及湍流流线的分布情况。在此基础上,进一步分析了导热胶脂参数、环境温度、风扇面积及格栅面积对功率模块温升的影响,得到一种优化后的功率模块流固物理场结构模型。结果表明,考虑空气流场的流固物理场模型能分析电机逆变器功率模块内部的温度,也可确定影响其温升的关键性因素。经优化后,在环境温度为20℃和125℃下,该模型能分别有效降低电机逆变器功率模块23.1%和10.01%的温度。该研究为电机逆变器功率模块的封装热设计提供了参考,同时为功率模块结温的在线估算提供了依据。     

埋入式电阻热特性影响因素正交分析

建立了埋入式电阻的有限元分析模型,在ANSYS平台下对其进行了温度场模拟分析。选取埋入式电阻的电阻功率、电阻表面积、电阻到PCB表面的距离作为影响温度分布的三个因素,采用水平正交表L25（56）设计了25种不同结构参数组合的埋入式电阻,对这25种埋入式电阻进行了有限元分析,得到了25种不同埋入电阻的温升数据,针对温升数据进行了方差分析。结果表明：在置信度为95％的情况下,电阻的电阻功率对温升具有显著影响,电阻表面积和电阻到PCB表面的距离对温升无显著影响,对温升影响由大到小依次是电阻的电阻功率、电阻到PCB表面的距离和电阻表面积。     

中高压变频器的一体化集成结构

本文介绍一种布局紧凑、柜体单元之间连线方便的中高压变频器的一体化集成结构,变频器功率单元采用模块化设计、抽屉式快速插拔、变频器功率单元和变压器串联通风等结构,便于功率单元的生产、储备、安装、扩展、维修和运输。     

一种用于高压PMOSFET驱动器的电压跟随电路

通常PMOSFET栅源电压为-20~20 V,而用于GaN功率放大器的高压PMOSFET驱动器,其工作电压为28~50 V,因此需要一种新型电路结构来保证PMOSFET栅源电压工作在额定范围。设计了一种新型电压跟随电路,采用新型多环路负反馈结构,核心电路主要为电压基准单元、减法器单元、误差放大器单元和采样单元,可产生稳定的跟随电压。该电路具有宽电源电压范围、高输出稳定性以及低温度漂移等特性。基于0.5μm BCD工艺对电路进行流片,测试结果表明,采用该电路的驱动器芯片,其电源电压为15~50 V,输出电压变化量约为0.6 V,在-55~125℃温度范围内,电压漂移量约为0.12 V,满足大多数PMOSFET栅源电压的应用要求。     

新型非PWM功率单元在完美无谐波高压变频器中的应用

本文对完美无谐波高压变频器的结构原理和其内部的普通PWM功率单元结构及原理进行了简要的介绍,在此基础上阐释了一种新型的应用于完美无谐波高压变频器的非PWM功率单元,并对其电路结构,工作原理以及特点优势进行了介绍,展示了仿真试验结果,说明了其基于DSP的实现方法。     

基于电能分支单元的海底光缆远程供电系统

通过分析多分支海底光缆远程供电系统存在的技术瓶颈,研究和探讨了一种基于水下电能分支单元的设计方案。重点介绍了该分支单元的结构,详细分析了其工作原理,并利用PSPICE软件进行仿真分析,仿真试验数据验证了理论分析的正确性,表明该分支单元能够满足海底光缆远程供电系统的需求。     

Ka波段20W连续波宽带固态功放设计

采用空间功率合成与电路功率合成相结合的功率合成方式,设计了一款工作于Ka波段的连续波宽带20W功率放大器。采用分支波导电桥组合双探针波导-微带转换结构作为基本功率分配/合成单元,然后通过低损耗的4路波导T型结外合成,借助HFSS软件进行仿真优化,依托精密的机械加工技术,进而实现高效率的16路功率合成。测试结果显示：在Ka波段f0-5GHz到f0＋5GHz的频带范围内,该功率合成放大器带内最大饱和输出功率为29.5W（44.7dBm）,最大合成效率达92%。     

一种能储互补多端口电源变换器系统实验平台

直流微网技术促进了分布式能源、储能以及电力电子技术的快速发展,使得多能互补、能源互联系统应用越加广泛。本文以燃料电池发电源、超级电容器储能及其DC-DC变换器为基础,开发了一种能储互补多端口电源变换器系统实验平台。实验系统采用单元模块化结构,分别设计了燃料电池及单向DC-DC变换器单元、超级电容模组及双向DC-DC变换器单元、集合驱动采样的DSP控制器单元。通过搭建的系统平台,开展了相应的实验研究和分析,能够促进学生掌握电力电子技术知识,强化动手实践和产业化训练,提高电力电子系统综合设计分析能力。     

一体化集成结构的中高压变频器设计

本文介绍了荣信电力电子股份有限公司的两种中高压变频器结构设计,重点闸述了荣信第四代和第五代中高压变频器结构特点及主要性能对比。荣信第五代中高压变频器为一体化集成结构,即控制单元、切换单元、抽屉式功率单元和变压器单元集成一体化。使整体结构大为缩小,便于运输。抽屉式集成结构是一种模块化设计,便于制造,安装和维修,更便于大批量生产。实现了串联通风,省掉大量通风机,使变频器自身节能。经过批量生产和实际应用证明,一体化集成结构的中高压变频器设计是中高压变频器结构的重大创新。     

基于MSP430F5438的数字低频功率放大器的设计

本文提出了一种新型的传统低频功率放大器的数字化设计方法——利用高性能OCL功率放大电路及信号处理电路、MSP430F5438单片机、液晶显示器等模块组成智能低功耗功率放大器,采用单片机自带的12位ADC功能模块,实时检测功率放大器输出功率和整机效率等参数。电路结构简单,所选器件价格合理,并给出了测试结果。实验结果表明,该功率放大器在带宽、失真度、效率等方面具有较好的指标、较高的实用性。     

Spiral-shaped electromagnetic bandgap structure for simultaneous switching noise suppression

A spiral-shaped electromagnetic bandgap (EBG) structure is proposed to suppress simultaneous switching noise effectively when the power plane drives high-speed ICs. The new EBG structure is locally or periodically utilised on the power plane. Even with reduced unit cell size, its port-to-port transmission characteristic shows a much wider stopband than other conventional EBG structures.