基于DSP的大功率感应加热电源设计

分析了负载串联谐振的工作过程,根据流过直流母线的电流极性变化情况,提出了一种串联谐振式感应加热电源频率跟踪和输出功率调节的方法,设计了基于DSP的大功率感应加热电源。试验结果表明,所设计的电源可以完成频率自动跟踪,且工作稳定可靠。     

串联谐振逆变器最优锁相角度研究

详细分析了串联谐振逆变器的不同工作状态,得出功率器件的最佳开关过程,并从理论上计算出了最优锁相角度。采用负载电压、电流双反馈的定角锁相控制策略来实现最优相角锁定功能。搭建了一台串联谐振逆变器试验样机,试验结果表明所得结论的正确性以及所提控制策略的可行性。     

谐振负载全桥逆变PSPWM & PDM软开关控制研究

针对逆变器在串联谐振负载条件下,移相脉宽调制(PSPWM)中移相角变大时电流波形三角畸变严重,脉冲密度调节(PDM)轻载时电流断续的缺点,将PDM与PSPWM结合起来,组成移相密度复合调节(PSPWMPDM),对逆变器进行功率控制,逆变器始终工作在零电流开关(ZCS)状态。详细分析了PSPWMPDM的工作模式和控制原理,给出了仿真和实验波形。     

负载不对称三相串联谐振逆变器电流平衡控制策略

为实现对三相无线电能传输系统功率传输的有效控制,对一次侧采用串联谐振逆变器的三相无线电能传输系统进行了详细的分析。基于PR控制器可有效实现对某一频率的正弦信号进行跟踪控制,针对负载不对称工作模式下三相电流不平衡导致功率传输控制困难问题,在??坐标系中采用PR控制器,对一次侧三相电流进行电流平衡控制。仿真和实验结果表明,PR控制器能够对三相串联谐振逆变器的负载电流进行追踪控制,较好地解决三相电流不平衡问题,为三相无线电能传输系统的功率传输控制研究奠定了基础。     

感应加热电源PDM-PSM复合功率控制策略研究

提出了一种负载串联谐振感应加热电源的脉冲密度-移相复合调制(Pulse Density Modulation-Phase Shift Mmodulation,简称PDM-PSM)功率控制策略,逆变器承担逆变和功率调节两个任务,并始终工作在负载谐振状态,开关管工作在零电流或零电压开关状态.采用该控制策略的逆变器,功率调节范围宽,与采用脉冲密度调制的逆变器相比,具有输出电流平稳、电流连续、功率调节连续等优点;与单独采用移相控制的逆变器相比,具有移相角小,输出电流基本无畸变等优点.     

1 MHz并联型谐振逆变器锁相环设计号性能分析

提出一种实用的固态兆赫级感应加热电源锁相环设计电路,对其锁相时间、捕捉时间以及系统的稳定性能进行了验证,并利用该电路对并联谐振逆变器进行控制,使得功率MOSFET实现零电流零电压开关。逆变器的工作频率跟踪系统固有谐振频率,使该电源始终运行在负载功率因数近似于1的准谐振状态。     

基于移相调制的无线供电与信息协同传输技术

该文提出一种基于移相调制的无线供电与信息协同传输技术。通过控制全桥逆变器的频率和移相角，将工作状态分为两种：当系统仅需要无线供电时，移相全桥逆变器的工作频率等于系统一次和二次线圈谐振频率f_p，实现无线电能的高效率传输；当系统需要同时进行无线供电与信号传输时，移相全桥逆变器控制频率采用f_p/3作为低频通信频率，通过调制移相角实现信号传输，利用其3次谐波频率f_p进行高效率无线电能传输。理论上，通信时所选择的工作相位点仅影响基波频率点幅值分量以实现解码，而对实现无线供电谐波频率点幅值没有影响。该技术采用二次侧双谐振回路构造能量接收电路和信号解调电路，可在同一套硬件装置上实现信道复用，实现低频通信信号的传输和无线电能的高效率传输，在海洋等对通信频率敏感的介质条件下具有明显优势。     

新型ZCS-PLL控制的大功率逆变电源的研究

提出一种基于数字锁相环(PLL)控制的零电流软开关(ZCS)新型中频感应加热电源。系统的主电路由三相AC/DC不控整流桥、Buck鄄DC/DC功率调节变换器和串联谐振DC/AC逆变桥构成。主电路的功率开关器件全部采用IGBT,并由一套TMS320LF2407数字信号处理器(DSP)控制。利用DSP丰富的硬件和软件资源,设计了智能数字功率调节器和数字锁相环,分别控制Buck变换器的直流输出功率和逆变器的工作频率,解决了感应加热电源中输出功率大范围地平滑调节和负载谐振电流、电压的同步锁相控制的难题,使逆变器IGBT在整个功率调节范围内均处于ZCS软开关状态。此外,逆变器输出电流始终工作于电流连续的CCM模式,功率转换效率高,开关损耗小,适应负载变化能力强。研制的实用电源功率调节范围为0.2～30kW,频率锁相跟踪有效范围为15～35kHz。     

谐振变换器中谐振电流-开关频率特性

为了研究介质阻挡放电(DBD)高压逆变电源中,串联谐振电路的谐振电流和逆变器的开关频率之间的关系,谐波分析了由高频高压变压器和DBD负载组成的分布参数电路,在基于数字信号处理芯片(DSP)的高压逆变电源上,研究了谐振频率跟踪的数字化实现方法。研究结果表明,当谐振频率为开关频率的1、3和5等奇数倍时,谐振电流(有效值)曲线上出现了幅值逐渐减小的不同的极大值点;通过跟踪不同的谐振电流的极大值点,可以实现谐振频率的跟踪控制。     

串联谐振逆变器最佳死区频率跟随系统

研究了以功率MOSFET为开关管的串联谐振逆变器的频率跟踪问题。针对逆变器运行性能与死区宽度存在紧密联系的特点,提出了根据负载运行的频率和功率实时调整驱动信号死区大小的方法,实现了基于数字信号处理(DSP)的最佳死区频率跟随系统,给出了硬件和软件实现方案。实验结果表明,提出的方法是可行的。     

基于DPLL的高频逆变电源建模与研究

采用基于DSP的数字锁相环(DPLL)对高频逆变电源输出频率进行实时控制,可实现逆变器工作频率对负载谐振频率的同步跟踪,确保逆变器开关器件工作在零电压零电流软开关(ZVZCS)状态,显著减小功率器件的开关损耗和提高装置效率。本文以负载串联谐振逆变电源为模型,针对负载参数变化引起的固有谐振频率变化,导致逆变器效率降低及开关器件应力增加的普遍现象,提出一种基于DPLL控制的逆变电源。结合锁相环的数学模型,讨论了DPLL控制的逆变电源的数学建模,在Simulink环境中该电源的构筑及串联谐振负载的模型,给出了相应的仿真波形和实用电源试验波形,为分析和设计逆变电源提供了必要的理论依据。     

静电除尘用大功率高压电源研制中的几个问题

本文研制的高压逆变电源采用串联谐振式全桥DC-AC逆变电路,以Hall电流传感器、电压比较器和CD4046锁相环对负载电流实现了频率跟踪,使逆变器工作在谐振状态,文中重点分析了相位补偿和启动问题。通过实验验证了该方案的可行性。     

一种直流微电网混合储能用多谐振三端口变换器

直流微电网内多采用具有高功率密度和高能量密度的混合储能系统维持微电网内功率平衡,并进行电压控制。针对该应用背景,文章提出了一种直流微电网混合储能用多谐振三端口变换器(采用LCLC多谐振结构)。该结构具有3个谐振频率,通过参数设计令3个谐振频率分别为:基频和三倍频的串联谐振频率以及二倍频的并联谐振频率。由于多谐振腔具有基频和三倍频2个串联谐振频率,使得谐振腔能够同时传递基频和三倍频能量,提高了功率传输能力,同时提升了轻载情况下的开关管关断电流,扩大了轻载情况下ZVS软开关范围。此外,提出了一种驱动频率最优化控制方法,根据变换器的输出功率调节驱动频率,以保证变换器的效率最优,同时通过调节移相角的大小和方向控制三端口间的能量传输。最后,设计了1台1.5k W实验样机,并进行了实验验证。     

磁耦合谐振式无线电能传输频率跟踪控制研究

采用频率为100~500 kHz的高频逆变器为无线电能传输(WPT)提供高频交流电源,并基于此研究了WPT的频率跟踪控制以解决频率失谐带来的不良影响。通过理论分析得出,当磁耦合谐振式WPT采用SS或SP拓扑时,可以直接跟踪发射端电流频率,而对于接收端电流,需先将其经过一定处理才可作为被跟踪的信号。经过仿真得出,即使起振频率偏离系统固有谐振频率,直接跟踪发射端频率后也能使电路的工作频率稳定在固有谐振频率,而直接跟踪接收端电流时,电路的工作频率偏离固有谐振频率较远。在理论分析和仿真研究的基础上,实验验证了直接跟踪发射端电流频率的WPT。     

3种谐振式无线电能传输系统的电路法模型及其特性

针对无线电能传输(wireless power transfer,WPT)系统处于不同负载、耦合系数和频率的运行状况进行分析,基于T型等效电路和二端口网络,得到了SS、LCL和LCC3种谐振网络的传递函数模型。将3种谐振网络的传输特性进行分析,实验结果表明3种谐振网络均为恒流输出,其中LCC网络具有随负载和耦合系数变化呈单调增的关系,有效地解决SS和LCL网络中存在传输功率过小等问题,并抑制系统处于偏谐振或低耦合状态下出现功率过载的情况。最后搭建了一台基于移相全桥(phase shift full bridge, PSFB)控制的LCC型WPT实验样机,能适应宽负载变化范围,当逆变器处于不同的移相角下均能保持零相角(zero phase angle, ZPA)的条件,使得系统具有较高的传输效率。     

串联谐振型双重有源变换器在直流分布式系统中应用

为满足直流分布式系统间的能量调度需求,提出了一种新颖的双向DC/DC变换器--串联谐振型双重有源全桥变换器.通过对激励谐振、自由谐振和零自由谐振3种模式的分析,详细介绍了以高频谐振电流为基础传递能量的谐振变换器的工作原理.能量的双向传输是通过控制谐振电流来实现的.以不同母线间的电压差作为能量流动方向的判断依据,给出了基于谐振槽瞬时能量控制的双闭环控制方案.实验验证了串联谐振型双重有源全桥变换器工作原理分析的正确性,同时也验证了所提出的直流分布式母线问能量双向流动控制方案的可行性.研究结果表明,该变换器可双向传输能量,所有开关工作于定频、定宽状态,全程可实现零电流开关,能量传输效率高.     

4象限H桥功率单元PWM整流器的比例-积分-谐振控制

4象限H桥级联型多电平变换器的功率单元中,由于单相H桥逆变器的输出功率中含有2倍于输出电压频率的脉动分量,如果输入级的PWM整流器采用传统的控制策略,直流母线电压也将会含有该频率的脉动。在PWM整流器电压定向控制中,使用比例-积分-谐振(PIR)调节器控制电压环和电流环,抑制了直流母线电压的脉动,在小功率平台上的实验证明了该控制策略的有效性。     

基于DSP频率跟踪式串联谐振变换器的研究

在静电除尘过程中,常对粉尘比电阻有一定要求。受温度、湿度以及粉尘浓度等影响,谐振频率发生改变,除尘效率大大降低,故提出了一种可自动跟踪频率的串联谐振全桥变换器以克服其局限性。首先建立了放电端的负载等值电路模型,分析了负载等效后的串联谐振电路的特性;然后设计了基于DSP的自动频率跟踪算法。实验结果表明,频率跟踪控制能较好地跟踪谐振频率。     

电流型谐振逆变器负载调频调功方案

通过简化负载为CLC的电流型逆变器电路得到负载等效电路图,分析负载参数间电压、电流的关系,以及功率、负载谐振频率的关系,采用一种全解析的方法,推导出调整功率的公式。利用VBA开发出一套计算负载参数的小软件,以方便工程上对不同输出功率负载参数的设计。利用Matlab绘制了相应的负载曲线,理论证明了负载电压电流的关系。最后经由实验验证了通过改变负载参数和谐振固有频率,可以实现功率调节,与软件计算结果相符。     

基于优化移相的双有源串联谐振变换器前馈控制策略

传统的基于单移相调制的双有源串联谐振变换器（DBSRC）在非单位电压增益下循环功率大,导致谐振电流幅值大。针对此问题,采用基波模型分析DBSRC在多重移相调制下的传输功率和谐振电流特性,利用拉格朗日函数对谐振电流幅值进行优化解析,得到基于谐振电流幅值优化的多重移相调制策略。理论结果表明,优化调制可以显著降低DBSRC在中轻载下的谐振电流大小。基于优化移相的调制方法,为了提高变换器对负载变化的动态响应,提出一种输出功率前馈的电压闭环控制策略。最后,通过仿真和实验验证了优化移相调制和输出功率前馈控制策略的可行性和有效性。