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。     

基于IPOS双LLC谐振变换器的恒压恒流充电研究

针对充电拓扑存在开关工作频率范围过宽的问题,提出了一种适用于蓄电池充电的IPOS双LLC谐振变换器,并针对其恒压恒流输出特性展开了研究。所提变换器包含两组LLC谐振腔,通过辅助开关管S的开闭改变其中一组谐振电容参数,从而实现变换器的恒压和恒流输出转换。恒压恒流模式下所提变换器均定频工作：在恒压模式(S闭合),两组谐振腔工作在LC串联谐振点处;在恒流模式(S断开),一组谐振腔工作在LLC谐振点处实现恒流输出而另一组仍恒压输出。所提变换器实现软开关的同时实现了原边开关管和副边整流二极管的复用,并详细介绍了其工作原理、电压电流增益、设计方法和控制方案。最后,通过实验和仿真验证了所提变换器的可行性。     

基于LCC谐振变换器的锂电池充电电路

针对以LLC谐振变换器为主电路的锂电池充电器开关频率变化范围较大,恒压涓流充电时调节特性差的问题,提出了以电容输出滤波的半桥LCC谐振变换器作为主电路的锂电池充电电源设计方法.分析了电容输出滤波半桥LCC谐振变换器的恒流和恒压输出特性以及恒流恒压模式的转换过程,给出了变换器精确的参数设计方法.搭建了160 W的实验样机,实验结果验证了该方法是可行的.恒流模式下,当输出电压在20～80 V变化时,变换器的工作频率变化仅有3.33％,并且通过调节工作频率,可以实现空载恒压输出.变换器的开关管能在全范围内实现软开关,最高效率94.5％.     

高压变压器寄生电容对串联谐振变换器特性的影响

高压串联谐振变换器广泛应用于电容器充电、静电除尘等系统中。然而,高压变压器寄生电容的存在,使得客观上并不存在理想的高压串联谐振变换器。定量分析了高压高频变压器的寄生电容对工作于断续谐振电流模式(discontinuous current mode,DCM)的串联谐振变换器特性的影响,这些特性包括临界断续谐振频率、归一化输出电流和软开关。当考虑高压变压器寄生电容后,串联谐振变换器实际上已经演变为LCC串并联谐振变换器。通过对DCMLCC谐振变换器在不同工作阶段的数学分析、推导和归一化处理,得到了具有封闭形式的电路特性的表达式。通过分析发现,随着等效电压增益的增加,DCM LCC谐振变换器的正向和反向谐振过程均由两元件谐振向三元件谐振过程转变,临界断续频率升高。以图形曲线的方式给出了量化的分析结果。通过比较两类典型的控制方法可知,第二类典型控制方法具有更高的电流输出能力和能量传输效率,是一种优化的控制方法。所得分析结果可为工作于断续谐振电流模式的高压串联谐振变换器的设计提供参考,特别对电容充电和静电除尘电源具有工程应用价值。     

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。     

SLR式软开关充电电源的设计

设计了一种以串联负载谐振变换器为主电路拓扑的充电电源,介绍了串联负载谐振变换器的工作原理和软开关特性。分析了在电池负载条件下电路的电流特性,设计了控制电路,通过定脉宽调频控制实现对负载的恒流充电。针对输出电流纹波较大的问题,设计了电源模块交错并联的解决方法,仿真验证了该方法的可行性。研制了一台电源模块样机,实验结果表明...     

LCC谐振充电IGBT开关Marx发生器

为满足Marx发生器的充放电脉冲工作要求,提出采用恒导通时间-恒频率控制策略的LCC串并联谐振变换器作为IGBT开关Marx发生器的充电电源.利用Pspice软件和等效模型模态方法对断续模式工作的LCC变换器实现软开关的原理进行分析,给出设计原则.仿真结果表明变换器能够以较高效率满足Marx发生器从短路到开路的宽范围变动工作特性的充电要求,实现高达1kHz重复频率变频变脉宽稳定运行.所提出的方法为研发制造紧凑型一体化高重复频率Marx发生器式功率脉冲电源开辟了一条新路.     

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。     

新型谐振式开关电容变换器及其潜电路分析

针对传统三电平开关电容变换器存在硬开关或软开关实现较苛刻的不足,提出一种恒流充电谐振放电的新型1/2降压式开关电容变换器,谐振电容的谐振电流脉冲数减半,增大了电流占空比,降低了谐振电容的阻性损耗。以电路谐振和能量变换的规律,分析了输出电压、充电脉冲平均电流和变换效率等数学表达式,并得出一种简单的减少潜电路产生的新方法。这种谐振型开关电容变换器在一定范围内可通过调频方式调压,是一种谐振电感量小且效率高的直流变换器。最后通过仿真和实验验证了电路及其分析过程的正确性。     

LCC谐振变换器电流输出特性研究与软开关实现

高压充电变换器是电磁发射脉冲成型单元的重要组成部分,为储能电容提供高质量能源。为满足脉冲成型单元对充电速度、线性度和电压重频稳定度要求,对电流断续模式下LCC谐振变换器电流输出特性和软开关进行研究。提出基于数字控制器的脉冲电容储能方案,该方案利用双脉冲模式下的恒流输出特性实现快速线性充电;利用单脉冲模式下的涓流输出特性实现恒压充电,提高电容电压的重复稳定度。采用新的调宽调频控制算法,在全电压增益范围内,利用分段线性函数拟合法对临界断续开关频率进行在线跟踪,最大程度地提升变换器断续模式下的电流输出能力,获得近似恒流特性;提升充电速度的同时,实现全程软开关。通过变换等效电压增益,由恒流充电切入涓流充电,依靠电压闭环获得恒压输出。实验数据验证了控制算法的可行性。     

脉宽调制器SG3525及其在变频电源中的应用研究

脉宽调制器SG3525具有欠压锁定、系统故障关闭、软起动、延时PWM驱动等功能,因而得到广泛应用.介绍了SG3525的内部结构和控制特性,给出了变频电源的总体结构,并对基于SG3525和单片机的逆变电源控制器的软、硬件进行了设计,实现了变频电源的调压调频功能和谐振频率跟踪控制,通过SG3525实现了变频电源由他激到向自激转换的起动控制.实验室测试表明,变频电源输出电压波形好,满足性能要求.     

串联谐振式高压直流电源设计

提出一种采用全桥串联谐振变换和倍压整流的高压直流电源设计方案,分析了串联谐振变换器对小电容负载进行等台阶恒流线性充电的特性,当馈入源为非严格正弦波时,通过倍压电路的级数选择,可以避免高次谐波与倍压电路构成谐振回路激起很高的谐振电压产生打火或击穿电容、二极管等倍压整流器件的危害,给出了电源的设计分析,并给出了一种提高高压直流电源输出功率的方法。     

小功率气体激光器软开关电源的研究

介绍了全金属结构小功率气体激光器的电源系统,电源采用高频变流技术设计,主回路为串联谐振负载并联输出的方式.为了实现激光器工作方式的多样化及激光器功率的精确控制,设计了有效的调制电路;同时为了适应气体激光器的工作特性,设计了可靠的预燃电路.实验结果表明:电源工作在谐振状态,实现了过零开关,减少了开关损耗,提高了电源效率;实现了对激光器工作方式和功率的调节,满足了激光器工作的要求.     

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。     

多模块串联叠加的高压直流电源的研究

介绍了一种用于工业脱硫脱销、工业静电除尘等系统中的高压直流电源研制方案。利用全桥串联谐振变换器,产生频率单一的准正弦波,可最大程度地避免由变压器漏感和充电电容构成的谐振回路的影响,以增大系统的工作电流和功率。最后提出了一种采用多模块串联叠加技术来提高电流和功率的改进方案,通过样机实验证明了分析和设计的正确性。     

一种用于恒流充电电源的保护系统的研制

在大功率恒流充电电源给高压脉冲电容器充电时,由于高压电容的放电回路电流是一个几十kA的振荡电流,该电流反馈到充电电源会导致充电系统损坏。为解决此问题,研制了一个保护系统,该系统由大、小电感和高压硅堆等组成,结构简单,能够有效隔离大电流反馈到充电电源。介绍了该保护系统的保护原理后设计了其结构、材料和尺寸,并推导了空芯螺线管电感值的计算公式;用ANSYS软件对空芯螺线管和实际制作的电感的磁力线分布进行了模拟,算出其磁阻,从而得到了实际电感的理论计算值,该计算值与RLC精密仪器测得的电感值很接近,从而验证了该计算公式的正确性。用Pspice软件对系统的保护效果进行模拟计算的结果表明,该保护电路的存在对主放电回路几乎没有影响;当反向脉冲电流过大时,首先损坏的是反向保护硅堆,从而保护了恒流充电电源。     

电晕法烟气脱硫专用电源的研究

为了促进电晕法烟气脱硫的工业应用进程,本文设计了高可靠性的交直流叠加电源代替常规的火花隙脉冲电源。电源由交-直-交变频电路、全桥不控整流电路和串联谐振电路组成。本文重点分析了串联谐振电路的工作原理,提供了实验参数设计依据。在实验中,改变谐振电感值,得到最优的工作状态;通过加大反应器上的电压幅值,使反应器由流光放电向火花放电过渡,得出两种状态下电源的波形,将实验结果与理论分析进行比较,验证了理论分析,并对电源的可靠性进行了考核。     

输入并联输出串联LCC变换器的设计

LCC串并联谐振变换器较之其他形式的谐振变换器能更有效利用高压变压器的漏感和寄生电容实现软开关,并且能更大范围地调整输出电压,从而更加适用于高压电源.提出了一种输入并联输出串联LCC变换器的设计,分析了软开关实现的条件.所设计的变换器采用了主从控制方法,主模块采用脉冲频率调制,从模块采用脉冲频率调制结合脉冲跨周期调制,...     

Series resonant high‐voltage DC–DC converter with reduced component count

This paper proposes a novel zero‐current‐switching series resonant high‐voltage DC–DC converter with reduced component count. The series resonant inverter in the proposed topology has two power switches (insulated‐gate bipolar transistors, IGBTs), two resonant capacitors, and only one high‐voltage transformer (HVT) with center‐tapped primary windings. The power switches are connected in the form of a half‐bridge network. The leakage inductances of the transformer's primary windings together with the resonant capacitors form two series resonant circuits. The series resonant circuits are fed alternately by operating the power switches with interleaved half switching cycle. The secondary winding of the HVT is connected to a bridge rectifier circuit to rectify the secondary voltage. The converter operates in the discontinuous conduction mode (DCM) and its output voltage is regulated by pulse frequency modulation. Therefore, all the power switches turn on and off at the zero‐current switching condition. The main features of the proposed converter are its lower core loss, lower cost, and smaller size compared to previously proposed double series resonant high voltage DC–DC converters. The experimental results of a 130‐W prototype of the proposed converter are presented. The results confirm the excellent operation and performance of the converter. © 2016 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

采用新型负载恒流供电复合谐振网络的无线电能传输系统

针对传统LC谐振拓扑无线电能传输(WPT)系统在负载动态变化时,无法实现负载恒流供电及系统工作频率失谐问题,提出一种新型一次侧LCL、二次侧LCC复合谐振网络无线电能传输系统。首先,在基波条件下,依据漏感模型建立了磁路机构等效电路,得到了谐振频率和输出电流表达式;然后,通过系统参数优化设计,进一步推导出了复合谐振网络中实现负载恒流供电以及系统谐振工作频率稳定的条件。仿真结果表明,基于参数优化设计的新型复合谐振网络无线电能传输系统,能够实现负载无线恒流供电,并且系统工作频率稳定。实验结果验证了理论分析和仿真分析的正确性和有效性。