间歇式工作的大功率有轨电车充电模块热设计

随着新型储能式有轨电车的推广,大功率充电装置的功率密度越来越高,为解决间歇式工作模式下充电模块散热系统评估手段缺乏的问题,介绍了一种间歇工作模式下大功率有轨电车充电模块的散热系统设计方法.通过计算充电模块工作的功率损耗、热阻需求来进行风扇和散热器选型,阐述了针对间歇式工作的大功率充电模块的散热系统设计方法,采用Flotherm软件进行了热仿真,最后通过试验验证了热设计方法的可行性.     

基于LLC谐振变换器的蓄电池充电控制策略设计

LLC谐振变换器开关频率高,具有较高的控制准确度和功率密度,加上拓扑结构简单,是适合蓄电池充电控制的一种有效拓扑。蓄电池充电控制需要多种充电模式且各模式之间能自动进行切换,输出的电压电流准确度、纹波大小要满足一定要求。针对此要求,通过理论分析、仿真和样机测试进行专门研究,主要工作:①设计了恒压充电、恒流充电和浮充电等充电模式,并实现快捷平滑切换;②采用双单环PI算法,控制策略考虑并机工况;③对浮充电(空载/轻载)进行专门设计,提高全程性能。搭建了仿真模型和一台800 W实验样机,仿真和实验结果均表明,LLC谐振变换器在15 ms内输出即可达到给定值,可自动切换模式对蓄电池充电,空载时仍可稳定输出电压,并机均流度较好。     

全桥LLC谐振变换器实现高压充电技术研究

为了提高氙灯电源充电模块中DC/DC变换器的效率及功率密度,设计了一款高压输出全桥LLC谐振变换器,研究了电路的拓扑,并对主变压器进行了详细的设计及计算。为降低电源整体高度同时减小漏感影响,设计了变压器串并联结构。通过研制一台4 kW原理样机,验证了设计方案的正确性和有效性,实现了全桥LLC软开关,并获得了较高的整机工作效率。     

基于GaN功率集成电路的有源箝位反激电源

随着人们对便携式电子产品充电速度要求不断提高和便携性能需求的提升,快速充电适配器行业正面临着越来越大的挑战。同时,在能源利用率被逐渐看重的今天,全球重要的规范机构对AC/DC外部电源制定了越来越严格的能效标准。而当今快充电源适配器主要存在体积过大、功率密度和充电效率较低的问题。首先,从拓扑入手详细阐述了有源箝位反激（ACF）变换器的工作原理。接着,针对功率密度的提高,以氮化镓（GaN）器件为应用背景,对比了两种不同方案的功率密度与效率,理论计算对比了上述两种应用方案的损耗。最后,制作了一台基于NV6117功率集成电路的49 cm³（带壳）65 W的样机,在90 V AC满载效率可达92.8%,230 V AC满载效率可达94.7%,裸样机功率密度高达2.24 W/cm³,带壳功率密度达1.33 W/cm³。     

电动汽车辅助DC/DC变换器输出侧PCB的热设计

电动汽车的辅助DC/DC变换器具有低压大电流输出和高功率密度的特点,但其工作于密闭空间时,需要其进行合理的热设计。以一个1.5 k W辅助DC/DC变换器样机为平台,通过实验分析了变换器输出侧PCB的温升特性,在此基础上探讨了降低温升的方法,最后进行了初步的实验验证。     

一种考虑开关暂态的电容器充电电源仿真模型

串联谐振式充电电源工作在高频开关状态,由电源主电路传导至测量电路、控制电路的干扰不仅要考虑开关频率干扰,也要考虑开关暂态干扰。提出了一种利用输出电流波形幅值计算谐振回路中集总参数的方法;通过列写高频变压器简化二端口网络入端阻抗方程,改进并建立了包含分布电容的高频高压变压器模型;验证了一种可模拟半导体开关反向恢复过程的数学模型,该模型通过计算器件反向恢复过程中的p区多余存储电荷,来判断反向恢复过程中的不同阶段并进行过程拟合。利用所建电源模型对工作频率为20 kHz的40 kW/10 kV充电电源开关暂态过程进行了仿真,并和充电电源样机实测数据进行了对比。模型仿真结果可良好吻合实验结果,为分析和减小高频高压充电电源传导干扰提供指导作用。     

±800kV/4750A特高压直流输电换流阀研制

中国电力科学研究院成功研制了具有完全自主知识产权的800 kV/4 750 A特高压直流换流阀,并通过了型式试验。分析换流阀研制所涉及的基础理论和关键技术。从工作原理、运行工况、电气拓扑和宽频模型等角度完成对换流阀的物理解构;研究换流阀设计开发工作所涉及的暂态电磁特性分析技术、非线性组件协调配合技术、晶闸管反向恢复过程的解析逼近与动态仿真模型、抗震设计技术、换流阀系统热力场分析与冷却技术、自适应换流阀触发监控系统等系列关键技术。从关键零部件、阀模块样机及阀塔样机研制3个层面分析换流阀样机的主要设计理念、设计原则和技术特点。     

大功率中频变压器研究综述

在交直流混合配网、电力机车牵引及工业特种电源等电能变换领域,大功率中频变压器作为关键设备,因其体积与功率密度优势得到了广泛应用。目前国内对中频变压器的建模与设计已接近国际先进水平,但在制造工艺方面仍有一定差距。介绍了大功率中频变压器的应用背景,并回顾了近年来国内外的样机研制工作;分章节阐述了中频变压器的损耗计算与优化,寄生参数建模与控制、干式中频变压器绝缘以及新型热管理技术;最后,对大功率中频变压器领域目前存在的挑战与热点问题作了总结。     

高频AC-Link高压充电电源

提出了一种基于AC-Link技术的新型充电电源,在各个工作过程都能实现零电流开关。采用电荷量分配的控制策略,分析电网电压对换流相位的影响。对输入线电流、线电流谐波和开关电流进行了仿真,最后进行了实验验证。实验结果表明:电源平均充电速率为62.5 kJ/s,功率密度为0.6 W/cm~3;电流波形能够很好地跟随电压波形,实现高的功率因数,每相总的电压谐波含量小于2%,总电流谐波含量小于10%;矩阵开关工作在软开关条件且实现软切换过程时,能够实现高的效率;在阻性条件下,效率为93%。     

高温脉冲工况下钛酸锂电池热特性

钛酸锂电池具有可高倍率充放电特点,常用于一些需要快速充电的场景,比如大型电化学储能装置、需快速充电的电动汽车等.为避免钛酸锂电池在高温脉冲工况下容易因表面温度升高而引起爆炸等危险情况发生,研究钛酸锂电池热行为是很有必要的.按照不同充放电倍率(0.3 C、0.6 C、1.0 C)对钛酸锂电池进行实验,对高温脉冲工况下的钛酸锂电池热行为进行实时监测,以钛酸锂电池电化学过程为基础,对其生热机理、产热功率进行定性定量研究.实验结果表明,低倍率下充电生成热功率比较高倍率下充电要低些,且强制空气冷却比自然冷却降温效果好,冷板散热冷却效果最佳.     

一种DC/DC电源模块热阻模型建立和散热设计

随着DC/DC电源模块功率密度的不断提高,良好的散热设计是保证电源可靠工作的前提.首先对所用电路拓扑进行了介绍,然后建立了电源模块的热阻模型,通过对主要热源之间的耦合关系进行分析,对温升进行了计算,并利用Flotherm软件建立热仿真模型来验证热阻模型的正确性.针对热应力集中点,提出热性能优化设计方案,最后实验验证了仿真模型的准确性和优化方案的可行性.     

旋转电磁致热器热功率与结构参数关系的研究

为了分析新型电磁加热装置—旋转电磁致热器的设计方法,对致热器的热功率进行了研究。首先分析了致热器的热功率分布规律,提出定子热功率透入深度的概念作为致热器设计的准则,给出了透入深度随转速变化的规律,分析了透入深度在致热器设计中的作用。以此为依据,为提高致热器的热功率密度,比较了闭口槽、半开口槽和开口槽三种不同定子结构的致热器在不同转速下的热功率密度。分析了开槽结构的致热器槽深和槽宽变化对热功率密度的影响,最后对开口槽和闭口槽样机的热功率进行了测试。实验结果表明了分析的正确性。     

一种新型超级电容模组充电电源设计

本文设计实现了一种新型超级电容模组充电电源及其控制方法,其功能包含两个方面:(1)针对目前各种超级电容模组对充电电压,充电电流的不同需求问题,采用先恒流后恒压的方式对超级电容模组进行充电,且充电电流和充电电压可调节;(2)该充电电源及其控制方法可以提供对超级电容的热保护,在充电过程中通过温度传感器监测超级电容模组的绝对温度和温升情况,如果超级电容模组的绝对温度过高或温升过高,就会自动关断充电过程。     

基于双模式控制全桥变换器屏栅电源技术研究

针对离子推力器电源处理单元(PPU)屏栅电源,提出了双全桥DC/DC变换器拓扑、移相/占空比控制结合的设计方法,优点是实现离子推力器屏栅电源大功率、宽范围输出电压调节,增大功率密度,以适应电推力器大功率小型化的发展趋势。此处分析了该变换器的原理及工作模态,利用Saber进行仿真分析,通过仿真波形验证了理论正确性。最后在一台1 kW/100 V原理样机上进行验证。结果表明此处所设计的双全桥DC/DC变换器能在双模式控制下实现输出电压宽范围调节(0～1 000 V),满足工作指标。     

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。     

电源控制器热设计方法

热设计是电子设备可靠性设计最主要内容之一.结合当今通信卫星发展趋势分析了空间卫星用电源控制器的工作热环境及热产生机理,阐述了电源控制器的热控制方法,指出通过元器件的选择、电路设计和结构设计等热设计方法可以减少温度对其可靠性的影响.结合了近来逐渐应用广泛的表面贴装技术,论述了电源控制器在表面贴装器件使用上的热设计方法.     

蓄电池快速节能充电系统的设计

通过研究密封铅酸蓄电池理论和电池充电技术,根据电动交通工具对电池充电技术的实际要求,设计并实现了新型节能铅酸蓄电池快速充电系统,并结合脉冲充电与间歇充电的快速充电技术特点,简化了充电开关电源的结构,减少了耗能元件的数量,使得电源效率得到提高;对于脉冲放电的能量,利用储能电容进行能量吸收并回馈到充电电路实现回充,进一步提高了能量利用效率,实现了快速充电与节能充电的双重目标。     

基于AC-link技术串联谐振充电电源实验研究

对基于交流链接(AC-link)技术串联谐振高压充电电源开展实验研究,验证了理论分析和仿真研究的正确性。分别对三相电网电压数字化信号,IGBT驱动信号,输入线电流,谐振电流和输出电压等进行了测试和分析。实验结果表明:电源平均充电速率为62.5 kJ/s,功率密度为0.6 W/cm~3;电流波形能够很好地跟随电压波形,实现高的功率因数,功率因数测量值为0.99,每相电压总谐波畸变率小于2%,电流总谐波畸变率小于10%;矩阵开关工作在软开关条件下,且实现软切换过程,能够实现高的效率,在阻性测试条件下,效率为93%。     

基于可控LC串联谐振的高重频高精度脉冲充电电源

针对集成电路光刻用准分子激光光源的高重复频率、高精度和高稳定脉冲充电应用需求,设计了一种基于可控LC串联谐振的脉冲充电电源,采用实时检测电路总能量、短路电感中断谐振过程和储能电容精准泄放的技术方案,实现了输出的高重频、高精度以及每脉冲充电电压精确可调。对该充电电源的工作过程进行了理论分析,研究了系统的要点和难点,完成样机并与高重频准分子激光系统联机运行。在激光器初级储能电容5.44μF的条件下,实现了最大充电电压1.92 kV、充电重复频率4 kHz、充电电压精度0.05%的输出特性,系统的能量传输率达到40 kJ/s,各项指标均满足集成电路光刻用准分子激光光源的实际应用需求。     

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。