高压电容器充电电源的研制

为了满足电磁轨道发射系统中高压脉冲电容器组的快速充电需求,研制了一台采用串联谐振电路的高频-高压电容器充电电源。该电源的输出电压15kV,谐振频率32kHz,平均充电功率为15kJ/s。介绍了其工作原理,并进行了设计实现和仿真分析。实测数据,波形与设计指标一致。实验证明该电源在小型化,可靠性等方面,满足设计指标和实验要求。     

移相串联谐振高压电容器充电电源谐振参数设计方法及其电流控制策略

针对基于移相串联谐振全桥变换器(PS-SRC)的高压电容器充电电源,提出了谐振参数设计方法和充电电流模糊控制的策略。为了克服串联谐振高压电容器充电电源工作在欠谐振电流断续模式的缺点,通过移相控制使其工作在过谐振电流连续模式下。分析了PS-SRC三种工作模式的特点,推导了其边界条件,基于数值求解方法,对适用于高压电容器充电的工作模式进行了深入的分析,并根据高压电容器充电电源的应用要求,提出了谐振参数设计方法。针对PS-SRC精确数学模型难以推导的情况,提出了采用模糊控制的充电电流控制方案,给出了主要设计方法。最后,通过实验验证了谐振参数设计方法的正确性以及模糊控制实现恒流充电的可行性。     

20 kJ/s电容充电电源的分析与设计

采用开关变换技术的串联谐振电容充电电源是较为理想的电容充电方式。为此,先后对串联谐振电容充电电源进行了最小应力设计,对后级共振充电电源进行了分析与设计。前者主要根据谐振电感和电容峰值能量以及开关器件的最大功率建立了应力函数,通过求解应力函数的最小值确定了电路的工作点和器件参数。实验结果与理论计算结果相一致,电源在最小应力点工作时器件的综合应力最小,并且开关频率高于谐振频率工作时比低于谐振频率工作时应力更小。最后给出了一台应用于磁脉冲压缩系统的初级储能电容充电电源的设计实例,其电源的实验结果与理论计算结果相一致,负载电容在5~40μF之间变化时,系统可在100 Hz重复频率下稳定、可靠地长时间运行。根据最小应力公式进行谐振变换器和电容器充电电源的分析与设计可为设计者提供参考。     

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。     

20kV零电流开关的电容器充电电源

研制了高压脉冲电容器恒流充电电源。采用IGBT构成电源的软开关电路和闭环变频的充电控制方式。对输出负载大范围变化引起的谐振频率漂移,采用与之相对应的微调开关时间,保证了变换器开关的零切换,显著降低了导通、关断时IGBT的损耗。充电实验表明,该电源恒流效果好、重复充电精度高、效率高,在短路状态下也能安全可靠地工作。     

LCL-T半桥谐振式恒流电容器充电电源

为了实现电容器恒流充电,研究了基于LCL-T谐振变换器的恒流充电技术。首先,运用交流分析法详细阐述了LCL-T谐振变换器在一定条件下实现恒流特性的原理,分析了不同品质因数下开关频率的变化对谐振变换器电流增益和逆变器输出端电压电流相位差的影响;其次,对二极管钳位型LCL-T半桥谐振式电容器充电电源的充电过程和性能进行了分析,并在此基础上设计了一台样机。最后,通过在12 s内将2 370μF电容器充电至600 V的仿真与实验证明了LCL-T半桥谐振式电容器充电电源具有恒流特性,且控制简单,适用于电容器的快速、精确充电。     

电容器恒流充电电源的通用谐振电路模型

根据几种电容器充电用谐振电源的分析 ,得到统一的电路模型并以此说明电容充电电源实现恒流的机理 ,给出了实现谐振的条件。     

20 kJ/s高频高压充电电源

为实现脉冲电容器组充电系统的大功率、小型化、适合野外工作并具有较高安全性能,研制了一台采用全桥逆变器结构和串联谐振电路且输出电压为10 kV、输出平均充电功率为20 kJ/s的高频高压充电电源,介绍了其电源结构、工作方式和电源的系统参数以及实验波形,其中重点介绍了电源的软件和硬件保护功能。针对高压电源要求的高压隔离问题,还介绍了高压继电器和光电隔离系统两项安全措施。实验证明该电源在大功率、小型化、工作安全可靠等方面达到了设计指标。     

串联谐振式高压电容器充电电源的效率特性研究

高压脉冲电容器充电电源是强激光能源系统的重要组成部分,而串联谐振式高压电容器充电电源是其中的一种典型拓扑结构。充电效率是反映电容器充电电源工作特性的一个重要指标。提高充电电源的效率既是高效用电的要求,也是保证充电速度、设备安全和电磁兼容性的需要。变流环节损耗、谐振环节损耗、升压环节损耗、谐波畸变功率损耗和"T"形回路损耗等是其主要的损耗来源。因此,采用软开关技术、提高功率因数、减小谐波畸变、合理设计变压器和"T"形回路等是提高效率的主要措施。分析和试验表明,采用有关措施后,效率显著提高,整机效率达87%,同时,也促进了其他运行特性的改善。     

PFM及PWM方式串联谐振CCPS研究

脉冲频率调制(PFM)及脉宽调制(PWM)方式是串联谐振电容器充电电源(Capacitor Charging Power Supply,简称CCPS)电路的两种工作模式.前者具有较强的抗负载短路能力,可开环控制,是较常使用的充电方式;后者是近年来研究的一大热点.为研究PFM及PWM方式串联谐振CCPS电路的工作过程,给出了其电路原理图及各阶段的等效电路,建立了该电路的数学模型.通过ORCAD仿真和数学仿真的方法,给出了输出电压变化情况下谐振电路的工作状态,并给出了该电路主要波形.实验结果验证了所采用控制方案的正确性和充电系统的有效性.     

高压电容器充电电源谐振变换器的定频控制

为有效控制高压电容器高频恒流充电电源谐振变换电路的开关频率,研制了定频控制(占空比为50%,开关频率在整个充电过程中保持不变)的20 kW高压电容器充电装置逆变电路开关电路。通过提出的充电电源电路的并联负载谐振(PLR)DC-DC变换电路的等效电路模型,研究了充电电源装置的恒流充电原理,找出了电容充电初始阶段谐振电流和开关频率的数值关系。实验研究结果表明,当谐振变换电路开关频率接近于等效电路固有谐振频率的奇数分之一时,产生较大的谐振电流;为了实现谐振变换电路开关器件的零电流开通和关断,开关频率的大小始终可控制在小于等效电路固有谐振频率的1/2的范围之内。     

35kV/0.7A高压变频恒流充电电源

介绍了一种适用于电容器快速充电的高压变频恒流充电电源,它采用智能功率模块IPM和全桥串联谐振式变换电路,依靠电流反馈信号来控制开关频率的升高以保持充电电流的恒定。实际运行表明该电源恒流效果好,工作稳定可靠。     

PWM方式串联谐振CCPS研究

PWM方式串联谐振是串联谐振电容器充电电源(CCPS)电路的3种工作模式之一。这种软开关技术是近年来研究的一大热点。为了研究PWM方式串联谐振CCPS电路的工作过程,给出了其电路原理图及各阶段的等效电路,建立了该电路的数学模型。结合数学表达式,通过数学仿真的方法,给出了输出电压变化情况下谐振电路的工作状态,并给出了该电路主要波形。实验结果验证了所采用控制方案的正确性和充电系统的有效性。     

100Hz重复频率开关电极磨损实验用可控硅控制恒流充电电源

本文针对１００Ｈｚ开关电极磨损实验，研制一种简单，稳定的恒流充电电源，它由交流Ｌ－Ｃ变换Ｃ－Ｌ－Ｃ谐振充电，升压整流及自动控制系统组成。电网电压通过Ｌ－Ｃ变换后转换为恒流源洪给升压变压器，储能电容器的电压随着时间的增长线性地升高。本文利用双向可控硅使Ｌ－Ｃ变换输出短路，方便的控制充电压。电源具有热损耗小，充电电流稳定的特点。除了开关电极磨损实验之外，它还适合用作脉冲激光，电容器寿命快速实验或静电除     

高压电容器充电电源的研究

为了研究电容器放电结束后的能量补充,推进电容器充电电源(CCPS)根据电容器输出电压的要求,对带电阻器的高压直流电源、谐振充电电源和高频变换器充电电源技术进行了讨论,并对其进行了验证和对比。带电阻器的高压直流电源电路简单,但是体积庞大,效率低下,适用于要求不高的场合;谐振充电电源对开关的耐压和电容容量要求很高,调整率很差;高频变换器采用电力电子和现代控制技术,使得充电电源运行起来更安全、可靠、易控,是目前采用的主要技术。另外,因三相谐振充电电源和并联模块充电电源是大功率充电电源的发展方向,故应根据需要选择充电方式和电路结构,以达到更高的性价比。     

一种晶闸管开关冲击电压发生器的工作特性

笔者设计了一种晶闸管开关的冲击电压发生器,它由脉动直流电源供电,增加晶闸管组合模块就可方便地扩展级数提高输出电压,晶闸管组合模块有对负载的单向、双向和续流三种放电工作模式。对充电拓扑电路设计的改进有效地避免了负载上的预脉冲,所给出的充电电阻计算方法能实现各储能电容充电电流的一致,有效抑制了环流,提高了充电效率,文中还给出充电电阻功率选取的计算方法。所进行的变负载放电特性分析表明:感性负载时,减小电感使输出电流脉冲幅值提高、脉宽变窄,特性曲线为设计和用户的使用提供了依据;容性负载时,储能电容的实际等效参数对小容量的电容放电参数有较大影响,为了获取陡前沿电压脉冲和窄电流脉冲,减小回路的总电感是必要的。感性及容性负载的实验放电波形与仿真结果吻合较好。所设计的冲击电压发生器既可用于产生较强脉冲磁场也可用于产生放电等离子体的工业应用中。