应用于高性能延迟锁相环的占空比修正电路设计

设计了一款应用于高性能延迟锁相环的占空比修正电路。该电路主要由差分放大电路、占空比调整电路、缓冲器电路和占空比检测电路组成,采用TSMC 40 nm CMOS工艺和1.1 V的电源电压。仿真的结果表明,时钟频率2 GHz~8 GHz,占空比20%~80%的输入时钟信号,经过占空比修正电路调节后,输出时钟信号占空比变为50%±0.2%,可应用于高性能延迟锁相环中。

交流励磁脉冲电压占空比对双馈型变速抽蓄电机转子绕组放电特性影响研究

双馈型变速抽水蓄能电机是新型电力系统中极为重要的组成部分,其采用交流励磁低频PWM脉冲电压供电,其中占空比作为PWM技术的重要参数,对电机绝缘产生一定的影响,研究方波占空比对变速抽水蓄能电机转子绕组放电特性的影响规律,有利于变速抽水蓄能机组的绝缘性能评估。以某变速抽水蓄能机组为研究对象,建立转子绕组有限元模型,基于有限元仿真平台仿真并分析了不同方波占空比下转子绕组绝缘薄弱区域的电场电势特性,并搭建3 kV转子绕组局部放电试验平台,分析了不同占空比方波电压作用下绕组局部放电特性。

并联IGBT占空比的温度特性建模与分析

并联IGBT是解决托卡马克(Tokamak)装置中等离子体垂直位移快速控制电源容量逐渐增大问题的有效途径。而并联IGBT之间的结温平衡是并联系统安全稳定运行的关键因素之一。因此,研究结温对并联IGBT功率损耗差异的影响对提高并联系统的稳定性至关重要。然而现有的研究成果主要集中在单个器件损耗模型或者是并联IGBT的最佳工作频率范围而未涉及对并联IGBT最佳工作占空比范围的讨论。研究发现,当IGBT工作在正温度系数区间时,结温差异造成的通态损耗差异与开关损耗差异呈不同的温度特性。因此,提出零温度-占空比的概念来估计并联IGBT之间结温失配趋势。该文建立零温度-占空比模型,并以此来分析电路设计参数、IGBT器件参数以及结温差异对并联IGBT最佳工作占空比范围的影响。实验结果表明,通过零温度-占空比模型可以对并联IGBT的可靠性、电路设计参数以及器件选型提供可行的参考。

基于全扇区统一占空比函数的Ⅰ型NPC三电平SVPWM载波化算法

Ⅰ型中性点钳位(neutral point clamped, NPC)三电平变流器作为中大容量新能源发电系统的核心设备,其调制策略直接影响变流器的能量转换效率、谐波特性和运行控制特性等。鉴于Ⅰ型三电平变流器的传统空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation, SVPWM)策略在实施过程中包含大量三角函数运算,基于三相静止坐标系进行调制算法的大小扇区判断和矢量作用时间计算等,并通过归纳整理,按照单调制波双载波的载波化思路,获得了适用于全扇区的三相统一的占空比函数。借助该占空比函数,变流器的数字控制器仅需通过简单的关系运算和数值计算,便可获得变流器功率管的控制信号,省去了大量三角函数计算,节约了硬件资源。此外,将SVPWM与正弦波脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation, SPWM)+3次谐波注入调制算法进行对比,从调制波层面,揭示了这2种调制算法之间的内在差异。最后,通过仿真验证了该算法的有效性。

占空比传输机制下基于协同预测的时变不确定系统递推滤波

以工业互联网为背景,研究占空比传输机制下一类时变不确定系统的滤波问题,结合协同预测方法设计了新颖的递推滤波算法,解决了占空比传输机制下滤波性能降低的问题。首先给出描述占空比传输机制的数学模型,然后提出结合协同预测方法的递推滤波方案,设计基于占空比机制的递推滤波算法,推导了滤波误差协方差矩阵的一个上界,随后分析这个上界的有界性,实现了在稀疏数据情形下提高滤波性能的目的。仿真结果验证了所提算法的高效性和有效性。

基于占空比波表的三相四线整流器控制

三相脉宽调制(PWM)整流器应用广泛。针对三相四线(TPFW)PWM整流器,提出了一种基于占空比波表的电压电流双闭环控制策略。该控制策略电压外环采用波表系数步进调节控制,电流内环采用离散比例积分微分(PID)控制叠加电容电压步进调节均衡控制。该方法能够提高系统功率因数,同时也能抑制整流器输出直流侧电压波动以及实现电容电压均衡。最后在硬件平台上进行实验验证,实验结果表明该控制策略具有抑制输出电压纹波、功率因数高、系统稳定性好等优点。与传统方法相比,该控制方法控制简单,易于工程实践.

LLC谐振变换器非对称变占空比软启动设计

LLC谐振变换器在传统启动方法中存在浪涌电流过大的问题,为解决此问题,提出一种非对称变占空比的软启动混合控制策略。通过使两个桥臂的对管脉冲保持一致,同时使上、下开关管占空比保持互补导通,得到一种非对称变占空比的软启动方法,再与降频控制方法相结合组成了软启动混合控制策略。搭建了一台LLC谐振变换器实验样机验证方案的可行性。实验结果表明,所提出的混合控制策略能抑制启动过程中的电流冲击,并能保持初级开关管的零电压开通(ZVS)特性。

定频变占空比控制的倍压型宽增益LLC谐振变换器

传统LLC谐振变换器在宽电压范围应用时开关频率工作范围过宽,且电压调节性能较差。针对上述问题设计了一种定频变占空比的脉宽调制策略,该策略基于倍压结构的全桥LLC谐振变换器,通过改变原边侧开关网络工作在全桥和半桥的占空比,调节谐振槽输入电压;同时,控制副边侧双向开关,可改变整流网络工作在全桥和倍压两种整流模式的占比,最终实现4倍电压增益的调节范围。与变频控制相比,该策略下变换器负载和励磁电感对增益的影响较小,可选用较大的励磁电感来减小循环电流。变换器原边侧开关管实现ZVS导通,整流二极管实现ZCS关断。最后,仿真与实验验证了该调制策略下变换器的可行性。

一种基于自由衰减振荡的固定占空比控制的无铁芯变压器

针对基于无铁芯变压器的DC-DC变换器工作频率过高的问题,提出了一种基于自由衰减振荡的无铁芯变压器的DC-DC变换器。首先,建立无激励源的串联型-串联型拓扑电路理论模型,讨论特征根的演化过程,分析系统自由衰减振荡的运动行为。其次,设计基于自由衰减振荡无铁芯变压器的DC-DC变换器。实验结果表明,该变换器的开关频率可明显低于无铁芯变压器的工作频率,且其输出功率与无铁芯变压器的工作频率可被自由衰减振荡系统的特征根所描述。最后,构建一个实验样机,该样机采用固定占空比控制,当无铁芯变压器的工作频率为206 kHz、开关频率为103 kHz和69 kHz时,变换器的最高整机效率为91.2%,变压器效率在任何工况下均高于96%。

脉冲偏压占空比对电弧离子镀AlCrSiN涂层结构和性能的影响

为优化电弧离子镀AlCrSiN涂层的制备工艺,获得最佳的脉冲偏压占空比,采用全自动脉冲电弧离子镀技术,在不同脉冲偏压占空比下分别制备AlCrSiN涂层,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、划痕仪、球-盘式摩擦磨损试验机等对涂层物相组成、表面形貌、力学性能及摩擦学行为进行表征。结果表明:当脉冲偏压占空比从60%上升到80%时,制备的AlCrSiN涂层表面微坑缺陷和大颗粒数量逐渐减少,涂层结构变得更加致密;当脉冲偏压占空比增大到90%时,涂层表面粗糙度增加。当脉冲偏压占空比为70%时,AlCrSiN涂层硬度最高,约为11.35 GPa;当脉冲偏压占空比为80%时,涂层临界载荷Lc3达最大值98.5 N。当脉冲偏压占空比为80%时,涂层摩擦系数最低,约为0.50。涂层磨损率随脉冲偏压占空比增加,先上升后下降,当脉冲偏压占空比为60%时,制备的AlCrSiN涂层磨损率最低,约3.21×10^(-3)μm^(3)/(N·μm)。经比较,当脉冲偏压占空比为70%时,制备的涂层具有最佳的综合性能。

表面微结构的宽深比与占空比对马氏体不锈钢空化和空蚀的影响

目的探究表面微结构尺寸变化对空蚀过程的影响以及作用机制。方法根据点阵型表面微结构的截面形状,改变其宽深比和占空比,用Gambit对其建立二维平面模型。使用Fluent软件对不同尺寸下微结构模型的空蚀过程进行模拟计算,得到绝对压力、含汽率以及气泡运动速度等参数。最后根据模拟计算的结果,在样品表面加工出不同占空比的微结构,使用磁致超声振动空化设备,在与数值模拟相同环境条件下进行空蚀试验,采用失重法对模拟结果进行验证。结果数值模拟分析显示,微结构的宽深比和占空比对空蚀过程均有影响。当宽深比小于2.5时,微结构底面的含汽率降至0.1以下,沟槽内形成一层“液垫”,减缓了空蚀。相较于其他占空比,当占空比为0.91时,含汽率最小,保持在0.4以下,样品表面同样形成“液垫”,缓冲了气泡溃灭时作用在材料表面的冲击力。此外,随着占空比的增大,微结构表面的绝对压力与液体的饱和蒸汽压差距增大,降低了空化程度,同样起到了减缓空蚀的作用。不同占空比下的微结构样品和光滑样品的空蚀试验结果表明,微结构样品的空蚀质量损失均小于光滑样品的空蚀质量损失,且当占空比为0.91时,空蚀质量损失最小,为5.95 mg,远小于占空比为0.71和0.38时,微结构样品。同样证明了表面微结构占空比越大,材料的耐空蚀性能越好。结论微结构宽深比主要影响微结构底面的含汽率,而占空比影响样品表面的绝对压力和微结构顶面的含汽率。相较于光滑表面,微结构样品可以有效减缓马氏体不锈钢的空蚀损伤。当宽深比较小、占空比较大时,材料表面的含汽率保持在较低的水平,有利于减缓空蚀损伤。

计及占空比限幅环节的直流配电系统暂态稳定性分析

大功率扰动条件下,限幅环节容易造成占空比出现饱和现象,直流配电系统就会由闭环控制退化成开环响应并出现暂态失稳。为此,文中开展了计及占空比限幅环节的直流配电系统暂态稳定性分析。首先,文中利用Sigmoid函数模拟占空比限幅环节中的非线性特性,建立了更为贴近工程实际的直流配电系统大信号模型。其次,利用Takagi-Sugeno(TS)模糊模型法,刻画了计及占空比限幅环节影响的估计吸引域。然后,通过不同控制参数的估计吸引域变化情况,揭示了占空比饱和引发的直流配电系统暂态失稳现象。最后,针对占空比限幅环节导致已有暂态稳定性提升方法存在的局限性,提出了一种控制参数优化设计的方法,为提升系统暂态稳定性的控制参数选择提供了方案。RT-Box硬件在环实验验证了理论分析的有效性。

基于占空比特征的高频水声信号粗分类方法

高频水声信号主要包含水声通信信号和主动声呐信号,频带范围通常在3~40 kHz之间,具有信噪比高、隐含信息丰富等特点。图像识别和机器学习类方法受无人平台能量供给限制,难以实现工程应用。针对测距类主动声呐信号与水声通信信号低复杂度分类问题,提出了一种基于占空比特征的高频水声信号粗分类方法,利用水声通信信号和主动声呐信号占空比差异实现两类高频水声信号粗分类。最后,通过仿真信号和实测数据验证了算法的有效性。

一种占空比连续可调的双极性准方波脉冲电源

提出了一种适用于介质阻挡放电(DBD)负载的占空比连续可调的双极性准方波脉冲电源,该脉冲电源采用电流源型变流电路与高频脉冲变压器结合的方案,通过调节脉冲电源中3个功率开关管的占空比,实现了双极性准方波脉冲输出。通过模态分析的方法对该电源的工作原理进行了理论分析,并以DBD型准分子灯作为负载搭建了实验样机进行了验证。实验结果表明:该脉冲电源实现了工作频率100 kHz、输出电压峰峰值0~12 kV和脉冲宽度1~3μs连续可调的双极性准方波脉冲输出。相比于传统的准方波脉冲电源,该脉冲电源能将DBD负载在一个工作周期内的放电次数由2次提升至4次。为了削弱变压器漏感引起的尖峰电压,在功率开关管上并联了吸收回路,并且测试了不同吸收回路参数对激励脉冲波形的影响。

占空比对脉冲电镀Ni-Co-Al_(2)O_(3)-WS_(2)复合镀层摩擦学性能的影响

为提高CrNi3MoVA钢的耐磨性能,用脉冲电沉积法在CrNi3MoVA钢表面制备了Ni-Co-Al_(2)O_(3)-WS_(2)复合镀层,利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析镀层的表面形貌和物相结构,用纳米压痕仪和往复式摩擦磨损试验机测试镀层的纳米力学性能与摩擦学性能。结果表明:Ni-Co-Al_(2)O_(3)-WS_(2)复合镀层表面呈结节状凸起,随着占空比的增加,镀层表面结节密度减少,(111)晶面择优取向更加明显。占空比为0.1的复合镀层拥有最高的硬度7.24GPa,最低的平均摩擦系数0.38和体积磨损率1.52×10^(-4) mm^(3)·(N·m)^(-1)。镀层中的n-Al_(2)O_(3)颗粒会支撑在摩擦面上减少摩擦副间的接触面积,同时与n-WS_(2)颗粒与在剪切作用下脱落形成润滑膜,发挥协同减磨作用提高镀层摩擦学性能。

脉冲占空比对316L增材件成形质量及性能的影响

脉冲占空比对于成形件的质量有着重要的影响,合理设置这一参数可以提高产品的成形质量。文章通过改变脉冲占空比的大小,利用316L奥氏体不锈钢焊丝制备电弧增材成形件,检测了成形件的成形质量,观察了增材件的金相组织,测试了硬度、拉伸以及电化学腐蚀等性能,分析了脉冲占空比对成形质量及性能的影响规律。结果表明:脉冲占空比对试件硬度的影响不明显,而对试件的力学性能和腐蚀性能表现出较明显的差异。在占空比为50%的条件下,试件的抗拉强度和拉伸总应变的最大值分别为462 MPa、35.0%。在占空比为25%时,最小自腐蚀电流密度为2.956×10^(-5)A/cm^(2),耐蚀性最强;而占空比为50%时,试件的最大自腐蚀电流密度为3.853×10^(-5)A/cm^(2),耐蚀性最差。

全占空比范围三电平功率因数校正控制策略

针对三电平Boost PFC变换器不同工作区域控制器参数难以整定的问题,提出了一种全占空比范围的控制策略。首先根据不同占空比区间,选取电感电流和输出电压建立全占空比下的统一状态空间方程;然后运用移相180°的交错控制方法,减小变换器输出电压和电感电流纹波;再设计比例型电压平衡控制器实现中点电位平衡;最后通过PSIM搭建TLBP变换器电路仿真模型,仿真结果表明相比传统平均电流控制,所提控制策略的输出电压纹波明显减小、电感电流波形无明显畸变,所提策略具备可行性和有效性。

基于可变电感器的不对称占空比DAB调制策略分析

探讨了在双有源桥式(OAB)变换器中使用可变电感器作为能量传输的元件,通过将受控可变电感器作为额外的受控量,可以扩展相移DAB操作中的最佳切换区域。与传统解决方案相比,可以在更宽的负载范围内实现高效率。该方法将可变电感和移相比作为主要控制参数,能够在宽负载变化范围下实现零电压开关导通以及减少回流功率等目标。其中,可通过对双E形电感器施加偏置电流实现可变电感器电感的变化。最后通过实验验证了所提方法的有效性和优越性,结果表明该方法能够在宽负载范围下实现零电压开关导通以及减少回流功率。

基于非对称占空比调制的DAB变换器优化策略

针对双有源桥(DAB)变换器在轻载及电压不匹配时损耗大、效率低的问题,此处提出了一种基于单侧非对称占空比调制(SSADM)的电感电流峰峰值优化策略,降低了损耗并且提升了变换器的效率。首先,分析了SSADM的工作原理及两种工作模态;然后,基于时域模型,推导了两种工作模态下的传输功率特性;接着,以电感电流峰峰值为优化目标,以传输功率为约束条件,得到了最优占空比及移相角;最后,基于StarSim硬件在环平台验证了所提优化算法的有效性。

脉冲偏压占空比对TiCrN薄膜微观结构和性能的影响规律

随着先进制造领域对高速钢材料切削性能和加工性能的要求越来越高,迫切需要利用氮化物薄膜来提高基体材料的硬度和耐磨性等综合性能,延长高速钢材料的使用寿命。通过TiCrN薄膜提升高速钢材料的使役性能,研究脉冲偏压占空比对TiCrN薄膜微观结构和性能的影响规律,实现薄膜沉积工艺的优化。采用电弧离子镀方法,通过改变脉冲偏压占空比在M2高速钢基体和单晶硅片上沉积TiCrN薄膜。研究发现,脉冲偏压占空比的增大有助于减少膜层表面大颗粒数量,改善膜层表面质量;占空比从10%增加到60%,TiCrN薄膜厚度先增大后减小,30%占空比时,TiCrN薄膜的厚度达到最大值623.8 nm,60%占空比时,TiCrN薄膜的厚度达到最小值517.4 nm。当脉冲偏压占空比为10%时,Cr元素含量为33.9 at.%,晶粒尺寸达到最小值12.692 nm,纳米硬度和弹性模量分别为29.22 GPa和407.42 GPa。当脉冲偏压占空比为30%时,Cr元素含量达到最小值33.07 at.%,此时TiCrN薄膜晶粒尺寸达到最大值15.484 nm,纳米硬度达到最小值25.38 GPa,稳定摩擦因数达到最大值0.9。所制备的TiCrN薄膜均以(220)晶面为择优取向,晶粒尺寸在12.692~15.484 nm,纳米硬度都在25 GPa以上,是M2高速钢的2.8倍以上。在脉冲偏压占空比为20%时,TiCrN薄膜摩擦因数最小为0.68,磨痕宽度为0.63 mm,自腐蚀电位达到最大值-0.330 V(vs SCE),自腐蚀电流密度达到最小值0.255μA/cm~2,腐蚀速率最低,耐腐蚀性能最强。与M2高速钢基体相比,Ti CrN薄膜的硬度、耐腐蚀和摩擦磨损性能都显著提升,Cr元素和离子轰击作用是影响TiCrN薄膜性能的主要因素。研究结果为硬质薄膜工艺优化提供了一定的试验依据,TiCrN薄膜在刀具材料性能提升方面有较好的应用前景。