一种固态开关的多路高压隔离驱动电源

描述了脉冲功率固态开关驱动电源需解决的问题,介绍了一种采用电流母线形式和半桥串联谐振电路设计的高压隔离驱动电源,详细分析了该隔离电源主回路、控制电路和采样电路,并以一台功率500 W,输出电压DC 20 V的样机进行实验验证。实验证明,该形式高压隔离驱动电源开关管实现了软开关,功耗低,纹波小,较好地实现了高压电位隔离和多路输出,为固态开关较为理想的驱动电源。     

混合式直流断路器的多路隔离驱动电源设计

驱动电源是保证混合式直流断路器稳定工作的关键设备之一。为此提出了一种新型的多路隔离驱动电源系统结构,驱动电源采用全桥LCL谐振网络保持电流输出特性,以高压电缆线和光纤作为电气隔离介质,通过磁环实现多路输出。分析了多路隔离驱动电源的系统结构中的各个模块作用以及全桥LCL谐振变换器的工作过程。设计了变压器和磁环、LCL滤波器参数。通过Simplorer和Maxwell仿真软件对多路隔离驱动电源进行了仿真研究,结果证明变换器可获得良好的恒流特性,输出更加稳定。最后搭建了一台每路输出3 W、0.6 A的多路隔离驱动电源的实验样机,验证了可行性和有效性。     

分布式高压隔离辅助电源供电装置

针对传统辅助电源存在高压隔离性能差、安装方式不够灵活、成本高等问题,提出了一种新型的分布式高压隔离辅助电源供电装置的设计方案,介绍了该装置的硬件电路、软件设计。并且对该装置的主回路进行了仿真分析,并且和实际的实验结果做了对比说明。该装置可实现多路高压隔离输出,可以根据需要输出不同的电压等级,具有输出稳定性好、电气绝缘性能可靠且易于实现、抗干扰性能优异、安装方式灵活、成本低的特点。     

新型中高压隔离驱动电源的架构

研究了一种应用于中高压电力电子装置的新型隔离驱动电源架构。驱动电源以电流型串联交流母线为基础,以高压电缆线和光纤作为电气隔离介质,实现多路输出和高压隔离的性能。文中分析了新架构的系统结构及其特点,对组成模块逐个做了详细分析,给出了模块的功能需求和设计准则,提供了各模块的几种实现参考方案并做了比较和评估,发展了电流型串联交流母线获取方案。最后,制作了一台400W的样机,以验证方案的可行性。理论分析和实验表明,按文中所述新架构参考标准设计的驱动电源具有结构简单、可靠性好、变换效率和传递效率高的优点,能够满足各种半导体器件的驱动需求。     

高功率因数谐振式无桥型LED驱动电源

针对传统LED驱动电源交流输入侧整流二极管导通损耗大的问题,提出了一种高功率因数谐振式无桥型LED驱动电源。该驱动电源利用谐振网络实现了正负极性增益,即无论是正电压输入还是负电压输入,负载端均可以实现正电压输出,进而实现了无桥输入。同时,利用谐振电容电荷平衡实现了各输出支路均流,解决了并联LED串的均流驱动问题。该驱动电源中的双向有源开关仅采用一个控制信号,简化了控制电路。对该LED驱动电源的工作模态及工作特性进行了理论分析。该驱动电源具有结构简单、输出升降压、电气隔离等优点。最后,搭建了一台98 W的实验样机,验证了理论分析的正确性及可行性。     

高压隔离的多路低压直流电源

提出了一种基于高频电流互感器的多路低压直流电源设计方案,它实现了高低压电路的隔离。在低压侧采用电流型定频PWM控制器UC3842控制的单端反激电路产生稳定的脉冲电流,通过高频电流互感器传递脉冲能量和实现隔离高压,高压驱动供电电路之间的隔离由多个电流互感器实现,并且该电源可以实现输出不同等级的电压和电流以满足驱动电路的要求。试验结果表明,该方案能为大功率电力半导体器件提供足够大的驱动电压和驱动电流,提高高压控制系统的可靠性和稳定性。     

新型多路输出高压隔离IGBT驱动电源

本文介绍一种新型的可以解决中高压场合IGBT供电问题的电源结构。采用电流型串联交流母线系统,利用高压电缆线和光纤达到电气隔离要求,实现多路隔离输出的目标。文中分析了这种新的系统结构及其特点,对主要的组成模块做了详细分析,给出了模块的功能需求和设计准则。结合理论分析和仿真结果,按文中所述采用新架构的驱动电源,具有结构简单、扩展性强、可靠性好和传递效率高的优点,能够满足作为IGBT驱动电源需求。     

电流母线型多输出高压隔离IGBT驱动电源

针对中高压应用场合大量功率电子器件的驱动供电问题,研究了一种电流母线型多输出高压隔离绝缘栅双极型晶体管(IGBT)驱动电源。采用高频电流互感式结构取代传统电压型变压器,通过高压电缆线实现高压隔离,工艺简单;前级全桥串联谐振电路产生高频母线电流,后级稳压模块采用电流输入型Boost变换器,与传统Boost变换器相比,其控制策略简单、易实现自启动;分析了IGBT驱动电路消耗功率估算方法,根据负载功率需求给出后级稳压电路参数设计方法;对后级稳压模块进行损耗分析,提出效率优化方案;最后进行了实验验证。     

一种单级串联型N路输出电流独立控制LED驱动电源

在多彩LED环境照明、LED投影等应用场合,多路输出电流需要实现独立控制。针对此应用目标,提出一种单级串联型N路输出电流独立控制的LED驱动电源,单级结构保证自动实现功率因数校正功能,N-1个由开关管、二极管和输出滤波电容组成的有源输出单元AOU(active output unit)和1个仅由二极管和输出滤波电容组成的无源输出单元POU(passive output unit)串联构成串联型N路输出结构,通过对N路输出电流采样并进行闭环控制,保证各开关管工作占空比不同,即可实现N路输出电流独立控制。以3路输出为例,详细分析了驱动电源的工作原理及其闭环系统控制方法,并搭建了1台总输出功率为120 W的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。     

多路独立输出隔离直流电源的故障保护研究

随着电子设备的不断复杂化,多路输出电源需求加大,但传统的多路输出电源往往存在拓扑与控制策略复杂、辅路输出电压供电质量较差等问题。提出一种新型的两级式多路输出电源,并针对负载端的过载故障与输入端的掉电故障研究相应的保护电路。电源前级LLC谐振电路实现电压的隔离转换与输出稳压控制,后级多路功率开关电路实现输出通道的扩展,并实现每路输出的独立控制与独立过载保护。此外,研究励磁电感可变的变压器,通过变电感控制有效增长电源掉电保持时间。最后,设计一台28 V输入、5路15 V输出的75 W直流电源,搭建实验样机验证了理论分析的正确性。     

基于DSP的数字化高压直流电源的研究

为得到完全可控的直流高压,便于绝缘材料的耐压实验研究,介绍了一种以数字信号处理器(DSP)为控制核心的数字化高压直流电源。主电路采用全桥移相并联谐振的方式,通过控制逆变电路前后桥臂的相位差对输出电压进行准确控制。利用数字光纤完成隔离与高压反馈信号的传输,用DSP进行采集和数字比例积分(PI)算法计算相位差,对输出电压实时跟踪。从控制电路到主电路,完整地介绍了整套系统的工作原理并给出了具体参数和实验结果。结果表明,此套电源系统使得输出电压的幅值、上升沿、下降沿和电压维持时间等可以任意调节,给耐压实验带来很大的便利。     

基于PSM技术的70kV/90A高压脉冲电源的研制

在受控核聚变实验中,辅助加热系统采用高功率微波和高能粒子对等离子体进行加热或驱动。这些部件不仅要求为其供电的高压电源稳定度高,而且要求在它们发生打火现象时,保护时间短(<10μs),高压电源对其释放的能量小,否则这些关键部件极易受到损坏。基于脉冲步进调制PSM技术的高压脉冲电源是许多相同的脉冲电源串联并经过特定的调制方式控制,从而实现高压大功率输出。该高压电源有控制方式灵活、输出功率高、功率因数高、稳定度高、响应速度快、保护时间短、故障时系统对负载的释能小等众多优点。尤其保护时该电源系统储能小,时间短,满足各种高功率微波管和加速器的要求。本文分析了基于主回路的三种控制方式,并选取了PSM技术作为最终控制方式。在此基础上,设计并研制了一套基于PSM技术的高压脉冲电源,实验及运行结果表明该高压电源的线路简洁,控制方式灵活,且各项参数均优于现有基于晶闸管器件的高压电源,最高输出参数约为72kV/90A,能够满足辅助加热系统的要求。     

高压输入低压多路输出的两级式变换器

270V高压直流电源系统是先进飞机电源系统的优选方案。随着飞机供电容量的增加,要求航空二次电源能够提供不同等级的电压输出以满足各种机载电子设备的需求。在这种高压输入低压多路输出的应用场合中,传统的变换器常遇到占空比失控、绕组耦合不佳及交叉调整率较差等情况。提出了一种隔离式拓扑和非隔离式拓扑相结合的两级式多路输出结构,可以解决传统变换器在此类电源模块设计中存在的问题。在分析这种变换器稳定性的基础上,试制了一台200～330V输入,12V/2A、-12V/1A、3.3V/6A和5V/10A4路输出的DC/DC原理样机,给出了实验结果。     

等离子体高压电源的研究

针对等离子体高压电源的特殊要求,将SPWM脉宽调制技术用于该电源控制中,具有原理简单、控制和调节性能好,可消除谐波,调节和稳定输出电压等诸多特点。本文分析了等离子体高压电源中需解决的关键问题;提出了有效的解决方法。在此基础上,成功研制了一台多路输出电压可调、频率连续可调的等离子体高压电源。样机实验证明了分析和设计的正确性。     

基于可编程控制器的试品控制电源研制

大容量试验室频繁开断各种类型断路器、负荷开关等高压电器,其高压电器控制电源系统要求提高交直流多种试验电压。且根据试品的不同,其电源容量要也不同。为此开发了一种基于PLC控制的试品电源控制系统,能够提供交流可调输出,直流充电模块和整流电源输出等功能。分析了试品电源对试验的影响,设计了电源系统及电源控制系统,编写了相应的PLC程序和人机界面程序。     

Reliability and statistical lifetime- prognosis of motor winding insulation in low-voltage power drive systems

Today, more and more complex power drive system (PDS) applications are being used in which an arbitrary number of inverters with different, autonomous drive frequencies are connected to a single dc bus. If long feeder cables, different inverter output circuits, and unfavorable grounding conditions simultaneously occur, then electrical oscillations with high peak values of the voltage between the motor terminals and ground may be generated. Occasionally, these can exceed the peak values of the generally better known mechanism of traveling waves [1], [2]. The complex design of recent drive systems requires more knowledge about the interaction of the components being used in the system and of the resulting effects. This knowledge forms the basis for the design of reliable drive systems. One of the major reliability topics for variable-speed power drive systems has long been the lifetime of the winding insulation system. The winding insulation system may manifest partial discharge (PD) because the electrical stress is higher for these systems than it is for drive systems that are directly connected to the line supply [1]?[4]. In the classic approach (see Figure 1) [4], [5], it is assumed that the peak voltages stressing the insulation system of the motor winding would be more or less constant and the PD inception voltage of the winding insulation would also be a deterministic value. From this, it is derived that an adequate lifetime can only be achieved by ensuring operation without PD. In case of operation with PD, the lifetime would be reduced to an unacceptable level. The approach presented in this paper considers both the generation of peak voltages, which stress the winding insulation system, as well as the associated stochastic PD inception behavior. This results in a statistically-based insulation coordination and a reliability-based economic design of the complete drive system (see Figure 2).     

采用三闭环控制的超低频高压电源设计

为了满足交联聚乙烯(XLPE)电缆对检测电源的要求,设计了一种采用两个高频高压变压器作为升压变压器的超低频高压电源。详细阐述了系统的硬件设计及软件控制策略,优化了变压器的结构及绝缘,大大缩小了变压器的体积及质量,减小了变压器的分布参数。并根据电路拓扑的特点,首次采用先进的三闭环控制技术,动态地对高频部分及低频部分的输出进行了监控与调整,减小了高频高压变压器分布参数对电源性能的影响。同时对采样数据采取了分段化的处理方法,大大减小了程序的计算量,使它能够应用于单片机控制。采用所设计的35kV/0.1Hz电源对电气特性等效于XLPE电缆的高压电容(1.5μF)进行了实验,其总谐波畸变率(THD)为2.76%,完全满足IEEE 400.2标准对总谐波畸变率<5%的要求。实验结果验证了理论的可行性与正确性。     

脉冲高压电源的控制与分析

为解决环流器二号(HL-2A)装置的脉冲高压电源输出在投入负载速调管时存在的电压跌落和前级电源在其它负荷发生变化时其输出电压也会变化的问题,利用MATLAB数字仿真试验后对该电源系统采用了PID反馈控制与前馈补偿策略。仿真与实际应用结果均表明,该控制策略能很好地满足该电源电压稳定性的要求。