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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

一种高压脉冲电源充电技术的研究

介绍一种以串联谐振变换器为充电电路的高压脉冲电源充电技术，分析了电路的工作原理，给出了电路设计时各主要参数的选择方法以及几个关键点的仿真波形。实验结果表明该电源具有体积小、精度高等特点。     

新型高压直流电源的研制

研制的电压连续可调的高压直流电源,电源主要由两部分构成,第一部分为高频AC/D C变换单元,设计实现过流、过压保护和输出电压调节的功能;第二部分为高频D C/D C变换单元,主要由全桥串联谐振变换器组成,其工作在谐振状态,可以改善电路的高压打火问题。两部分都引入高频变换,能够减小系统体积和降低输出直流电压的纹波,最后给出了设计实例以及相应的测试结果。     

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。     

基于高频谐振变换器的高压充电电源设计

研究了一种高压电容器充电电源的原理、总体结构和软硬件的设计及其特点。该装置由逆变主电路和以TMS320C240DSP为核心的测控系统组成,可与计算机进行实时通信。主电路采用串联谐振软开关的控制方式,提高了变换器的工作效率,实现了对电容器充电的精确控制和恒流充电,具有良好的应用前景。     

利用基波分析法的串联谐振电容充电电源建模

为进一步研究因具有电流源特性而已广泛应用于电容器充电电路中的串联谐振变换器,利用基波分析法分析了串联谐振变换器,建立了串联谐振变换器基波分析法的稳态模型并在适当修改后用于串联谐振电容充电电源的研究。用搭建的30 kW、1 kV电容充电电源样机验证的结果表明,实验与理论结果在特定条件下非常符合。利用该模型可更快地确定电路工作在给定条件下的谐振参数,使电源的整体效率和器件的应力都取得最优,使用稳态模型仿真可大大地节省仿真时间,从而使系统的设计更快捷,工作更稳定。     

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。     

一种基于量子控制模式的压电高压电源设计

压电变压器(piezoelectric transformer,简称PT)具有高功率密度、低电磁干扰和高隔离度的特点,使其在许多领域成为替代传统电磁变压器的一个极具吸引力的解决途径.针对高压脉冲电源充电这一应用领域,设计了一种基于量子控制模式的压电高压变换器.该变换器拓扑结构简单,能够吸收电路中开关器件的寄生电容,并具备零电压开关等优点,能工作在高频状态.给出了方案的设计实例,实测结果和计算结果一致,实际运行稳定可靠.     

高效功率变换器设计与损耗建模

绿色节能是开关电源、功率变换器的一大发展趋势,如何设计出高效的电源系统,也是电源设计关注重点之一。以3相UPS系统为例,从功率拓扑、半导体器件、磁性元件及辅助电源中的风扇调速等系统角度出发,阐述了功率变换器高效系统设计;同时针对系统进行损耗分类和各类损耗建模,从而导出系统损耗模型;最后,通过对额定电压230 Vac、额定功率50 kW三相UPS的损耗/效率仿真数据与实际UPS损耗/效率测试数据对比,验证了损耗模型的准确性。     

基于LCC谐振变换器的脉冲等离子体推力器优化充电技术

针对脉冲等离子体推力器(pulsed plasma thruster,PPT)高压储能电容充电技术,研究了LCC谐振变换器的输出特性.为了满足充电电源需要足够大恒流输出能力的需求,分析了LCC谐振变换器在电流断续模式下的工作原理,并着重解析了双脉冲输出的工作模式,将电流输出能力最大化.为了优化充电电源的效率,研究了变换...     

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。     

蓄电池组与高频逆变器阻抗匹配特性研究

分析了采用串联谐振电路的高频高压充电电源的工作原理;对锂离子蓄电池组与采用高频全桥逆变器结构的高频高压充电电源之间出现的匹配问题进行了分析,并给出了解决方案;分析了高频逆变器直流段引线电感和逆变开关寄生电感对高频逆变器开关过程的影响,给出了解决方案,并在40kW/10kV/20kHz的充电电源上进行了实验.     

高频高压脉冲电源充电软开关技术

提出了一种用于高频高压脉冲电源充电系统中的软开关技术。该技术利用L-C谐振原理,使开关管在零电流下关断来降低关断损耗,无需附加有源辅助开关和谐振网络,使开关管能可靠运行在高频状态,避免了在高频高压脉冲电源充电过程中出现的半导体开关器件过流、过压问题。实验结果表明,软开关技术能使整个电路高效、可靠运行,并且能在较宽的负载范围内实现软开关充电,结构简单,容易控制,对高频脉冲电源的高频化具有指导意义。     

光纤隔离变换器在高压充电电源中的应用

为了将高压充电电源的负载地与控制电路地进行电气隔离,使充电电源安全稳定工作,介绍了基于电压/频率,频率/电压转换原理的光纤隔离变换器在高压充电电源的高压测量单元中的运用。论述了电路的结构、工作原理、硬件设计等,并重点分析了隔离变换器的传输延时情况;给出了利用数字信号处理器(DSP)进行频压转换的一种方法。实际运行表明:该变换器线性度好,满足最高电压上升率为360V/s的充电电压测量要求。此隔离变换器隔离电压等级高,传输精度高,调试简单,可用于需要高压隔离的中低速控制系统中。