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。     

电除尘高压电源LCC变换器电流断续模式分析

为了克服串联谐振、并联谐振及LCC串并联谐振连续模式应用于高压大功率静电除尘电源方面的不足,采用LCC串并联电流断续模式进行设计。基于断续电流模式下的电路模型,采用时域状态法对串并联谐振变换器工作方式进行分析和数学描述,推导得出了变换器特性解析表达式,探讨了串并联电容比值对变换器输出电压的影响,深入研究了电流断续电流模式下变换器的电压增益以及效率特性。结果表明:电流断续工作模式实现了开关管的全时零电流开通及零电流/零电压关断;增加串并联电容的比值m,可以增大输出电压,但会降低效率;在一定的范围内增大开关频率可增大电压基准增益进而提高效率。仿真及样机实验表明:所做理论分析正确,将采用电流断续工作模式的LCC变换器在应用于电除尘高压大功率电源可行。     

一种低成本高压脉冲静电除尘电源的分析与验证

与常规高压直流电源相比,高压脉冲电源可显著提高静电除尘器的除尘效率并降低能耗。提出一种新型高压脉冲静电除尘电源拓扑,其低压侧采用对称串联结构,可显著减小开关器件、整流电路、钳位电路以及谐振电容的电压应力,从而大幅降低成本。论文分析了该高压脉冲电源的稳态工作原理以及电场发生闪络时工作情况,推导了变压器原边电流以及输出电压的表达式,并进行仿真验证,最后通过一台峰值电压达100k V的脉冲电源进行实验验证。     

具有最小电流峰值的电容滤波高频高压并联谐振变流器

建立了一种具有最小电流峰值的电容输出滤波高频高压并联谐振变流器分析设计方法.在保证电路等效输出电压与输入电压相等的条件下,输入电流波形接近矩形波,从而电路具有最小的电流峰值.本文在对电容输出滤波并联谐振电路工作原理分析的基础上,对电路不同工作模态进行了数学描述,并经过进一步分析推导了反映系统特性的表达式和曲线,可用于指导电路参数的设计和系统特性的分析研究.构建了一台24kV/10kW输出的实验样机进行了实验验证,结果表明在现有参数条件下电路具有最小的电流峰值,并且可以通过调整占空比实现全负载范围内的定频稳压功能.     

基于LCC谐振的高压充电电源研究与设计

研制了一种恒频恒导通时间控制方式的LCC串并联谐振变换器作为高压脉冲发生器的初级充电电源。通过分析电流断续模式(DCM)下工作过程,定量得出了DCM LCC变换器电压、电流、功率输出特性。利用仿真软件Pspice对LCC谐振电路工作过程和特性进行仿真分析,给出变换器设计依据。最后,搭建实验样机验证了设计的正确性。     

基于高频交流链接技术电容充电电源研究

提出一种新型的应用于脉冲功率技术的串联谐振高压充电电源,它采用了高频交流链接技术(HF AC-link),具有内部低储能、高功率密度和高功率因数等优点。电源工作在电流断续模式及零电流零电压开关条件下,分析了电源的工作过程,推出了各个模式下的电流特性及输出电压和三相交流电压变化对电流特性的影响,应用了一种新颖的电荷控制方式,并进行了初步的实验验证。实验的结果表明,所提出的控制方式相比传统技术显著地提高了输入的功率因数,使功率因数达到0.99,且切换角度和电流谐振周期随三相交流电压和输出电压发生变化。     

基于高频高压电除尘用LCC谐振电源特性的网侧整流方式比较

高频电除尘电源系统由网侧整流器和高压电源组成。高压电源采用LCC谐振变换器,其工作于双脉冲模式时更利于控制,基于该模式下电路模型,详细推导了各时间段解析表达式,确定了输出限制条件。通过建立功率平衡方程并定义电压传输系数、等效负载系数及频率系数建立三者间数学关系并绘出相应关系曲线作为后级参数设计依据。深入分析后级工作特性并证明在临界频率下调节母线电压的调压特性比断续模式下调频调压的更好,高压侧输出电压在最大值以下调节时谐振电流峰值大幅减小。为对比不同整流设备与后级特性匹配的差异并解决目前高频电除尘电源系统因普遍采用三相二极管整流器作为前级而给电网带来的谐波注入问题,分别设计了近正弦输入电流整流器及PWM整流器作为入网设备,用Saber仿真软件对2个具有相同额定输出功率、电压的整机系统特性进行对比分析,结果验证了特性分析的正确性并证明PWM整流器因其直流母线电压可控且可调从而能更佳地匹配电除尘电源系统后级工作特性。     

基于IGBT逆变器的静电除尘电源研究

针对传统静电除尘电源的缺点,提出一种简单、经济的改造方案,保留工频变压器和高压整流模块,仅将晶闸管相控调压模块用IGBT逆变器和三相整流器替代,IGBT逆变器采用高频PWM控制。改造后的静电除尘电源采用电流闭环控制和电压前馈控制相结合的复合控制策略,高频数字化控制使除尘器具有除尘效率高、响应速度快、控制灵活等优点。实验结果证明了改造方案的可行性和有效性。     

高功率密度宽增益CLLC谐振变换器的设计研究

设计了一种用于给蓄电池充放电的1 kW CLLC双向谐振变换器,该变换器高压侧为400 V母线,低压侧为蓄电池组,电压变换范围为35～50V。通过采用氮化镓器件和优化设计整个电路,该变换器的谐振频率为500 kHz,功率密度达到6.9 W/cm~3,最高效率达到96.24%。同时,为进一步提高该变换器调压范围,提出一种将移相调制与频率调制相结合的调制策略,该策略解决了谐振网络在空载或轻载环境下难以实现低增益的问题。另外,针对CLLC的双向工作特性及高压侧和低压侧开关管的不同工作特性,提出了一种利用数字信号处理器(DSP)对采集到的电压电流信号进行分析来判断整流管开关时间的同步整流策略,大大简化了电路结构。     

高压静电设备中倍压整流电路的工作状态分析

从电压、电荷、能量等各个角度详细分析了理想倍压整流电路中倍压电容上的电压关系。结果表明静电电源设备倍压整流电路正常工作下输出电压波动很小,但当除尘电场击穿放电时,其输出电流出现一浪涌,其幅值可超过正常电流的几十倍,引起高压除尘装置供电设备发生故障。     

无触点斩波式交流稳压器

无触点斩波式交流稳压器采用增强型脉宽调制EPWM控制策略,它主要由主电路和控制电路组成。分析了该稳压器的工作原理,给出了简化原理电路图。实验结果表明,无论输入电压怎样变化,均可以保证输出电压的稳定,提高了输出电压质量,保护了后端负载的安全、稳定。     

微网用分布式电源变流器下垂特性控制策略

分析了微网用分布式电源变流器的工作原理和基于基波电压的等效模型,提出了一种新的微网用分布式电源变流器控制策略。其中基于电压源输出特性的内环电压矢量控制策略,实现了变流器从并网状态到离网状态的无缝切换;基于下垂特性的外环功率控制策略,保证了微网内多台分布式电源变流器的无互联信号线并联应用;基于平移下垂特性曲线的电网二次同步控制策略,实现了变流器离网状态到并网状态的无缝切换。本文对所提出的这一控制策略进行了详细的理论分析,并利用多台容量为25kVA的微网用分布式电源变流器组成的微网系统实验电路,通过实验结果验证了这一控制策略的可行性。     

Output Voltage Control and Efficiency Improvement of Multistage Impulse Voltage Generator by Utilizing Inductive Energy Storage

In this paper, we propose two control methods of a static impulse voltage generator to lower the influence of dc voltage source fluctuations on the output voltage and to improve its efficiency by reusing discarded inductive storage energy. Introducing output voltage control adjusting the charging period of capacitive and inductive energy in accordance with the source voltage, the output voltage fluctuation by the source voltage decreased by 61.1%. Applying the reusing method, we estimated by circuit simulation that the amount of energy that could be recovered was 21.0% and the efficiency of energy transfer was improved from 60.4% to 76.7%.     

基于OPA454的新型高压级联放大器优化设计

为获取频率可调的高线性度电压信号,提出基于OPA454的高压级联线性放大器的优化设计方案。首先,设计高压级联放大器的主电路、隔离电路和级联放大电路;然后,分析此线性放大器的负反馈特性和容性负载特性,保证输出电压信号的高线性度和带容性负载能力;最后,搭建两级级联放大电路模型,时域下测试输入电压频率分别为0.001 Hz、1.0 Hz、1.0 kHz、10 kHz时放大器的输入输出波形,在频域下对比一级电压放大电路和两级电压放大电路的频率响应曲线。结果表明:设计的新型线性放大器输出的电压波形可对输入电压线性放大40 n倍,并达到较高的线性度和低波形失真率,满足可调频率下电压准确放大的要求。     

DVR的不平衡浪涌和过电压控制

讨论无串联隔离变压器的动态电压调节器(DVR)在不平衡电压浪涌或过电压情况下的补偿问题。使用不可控整流为直流侧电容充电的DVR,在补偿时只允许其向系统注入有功功率。在浪涌或过电压发生时,DVR可能发生从系统吸收有功功率的情况,如果仍然使用传统的同相或相位不变电压注入控制方法,将导致直流侧电容电压迅速升高,可能损坏开关器件或储能单元。利用最小能量补偿控制方法也不能完全解决该问题,因而提出一种单向功率流动控制算法。该算法通过将参考电压旋转一定的角度,使DVR无论在3相平衡与不平衡浪涌或过电压的情况下,都不从配电系统吸收有功,同时能将负荷电压补偿为3相平衡且达到正弦的额定值。该算法加入对DVR最大补偿极限的考虑,以确保注入补偿电压不超过DVR的补偿极限。文中对直流母线电压不可避免的泵升问题提出了缓冲控制策略。最后,仿真结果验证了算法的正确性及有效性。     

高频补偿式交流稳压电源的研制

本文提出一种新型的适用于大功率的高频补偿式交流稳压电源结构拓扑，采用了高频交流斩波和交流电压补偿技术以及可控变压器技术，补偿功率小，所需功率开关器件容量小，控制简单，响应速度快，补偿范围宽，输出波形附加失真小。文中给出了理论分析和仿真实验波形。     

基于组合三相逆变器的孤岛微电网电压平衡控制策略

针对微电网孤岛运行时,微电网三相功率不平衡以及输出阻抗不同,导致三相电压不平衡的问题,本文提出了基于组合三相逆变器的孤岛微电网电压平衡控制策略.一方面,以组合式三相逆变器作为分布式电源的接口电路,从而实现对各桥的独立控制;另一方面,通过调整P～f和Q～U下垂曲线对传统下垂控制进行改进,得到三相平衡参考电压.此外,本文通...     

三电平半桥电压平衡器

微型直流电网是一种新型供电系统,通常采用两根直流线输送电能,可以采用电压平衡变换器构造一根中线,以满足电网中不同负载变换器对输入电压平衡的要求。为了降低功率器件的电压应力,本文提出了三电平半桥电压平衡器,分析三电平半桥电压平衡器拓扑结构;为了实现功率器件工作在三电平状态,同时提出了一种功率开关管提前开通、滞后关断的控制方案,并结合该控制方案详细地分析三电平半桥电压平衡器工作原理。最后在原理样机进行实验,实验结果表明三电平半桥电压平衡器不但能够降低功率器件的电压应力,而且能够实现输出电压平衡。     

链式STATCOM直流侧电压平衡控制策略研究

针对STATCOM电容直流电压不稳定问题进行了分析,提出了一种增加附加充放电电路方式的STATCOM电容电压控制策略。采用附加电路对链式STATCOM电容进行充电及稳压控制,其中附加电路多绕组变压器的使用,有效地隔离了附加电路各链节直接的电的联系,消除了附加电路和装置主电路同时投入时电压瞬时降为零的现象,使得附加电路的控制策略可以完全和主电路控制策略独立;附加电路既可以直接接到大电网中,也可以采用与电网分离的独立供电电源,甚至可以采用大容量的UPS,可以较好地实现装置启动、快速功率切换等。装置动态响应能力亦有所增强,同时当主电路出现较大电压波动时,仍可以保证STATCOM电容电压的稳定,正常地输出无功。     

半桥变换器与多变压器次级串联的超级电容均压

针对于超级电容串联储能系统中单体电压不均衡的问题,介绍了一种基于半桥变换器和多变压器次级串联的均压电路,可利用多次级绕组减小因变压器单元漏感误差而引起的超级电容单体电压不均衡。该电路结构简单,还可以均衡超级电容器的电压,恒定开关频率和占空比时不需要反馈控制环节。通过分析半桥变换器每个工作模态,建立了输出电压方程,推导了串联超级电容电压均衡方程。根据电路特性,分析了变压器匝比设计方程及实现软开关变压器原边漏感要求。仿真及实验结果表明此均压电路具有均压速度快且均压效果好的特点。