一种三相双输出有源中点钳位型三电平变换器

该文基于有源中点钳位型三电平变换器(ANPC-TLC)结构,通过每相增加两个开关管形成一种具有两组三相交流电压输出端口的双输出有源中点钳位型三电平变换器(DOANPC-TLC)拓扑。该文详细介绍DO-ANPC-TLC的拓扑结构,对其工作原理进行分析,研究其不同开关状态下的电流路径、输出相电压电平和各开关的电压应力。针对DO-ANPC-TLC结构特点及工作原理,应用一种双输出虚拟空间矢量脉宽调制(DO-VSVPWM)方法,能够独立控制两组交流输出,并保持直流链路电容电压平衡。为了进一步简化控制过程,研究一种基于载波的简化双输出虚拟空间矢量脉宽调制(CB-VSVPWM)策略,在器件损耗和总谐波畸变率(THD)方面,对所提出DO-ANPC-TLC的性能进行分析。实验结果验证了所提拓扑的可行性和调制策略的有效性。

面向残差评价的中点钳位型逆变器开路故障诊断方法

在基于解析模型的故障诊断系统中,为了显化残差信号所包含故障信息的能力,提出一种面向残差评价的中点钳位型三电平三相逆变器快速开路故障诊断方法。首先,构建诊断观测器获取三相电流观测值并通过观测矩阵计算电流残差;其次,通过引入基于范数的标准评价函数,计算残差性能指标与阈值,将残差转换为可用的特征信号并与阈值相比较实现高效实时的故障检测;再次,推导不同功率开关器件开路故障状态下的电流残差特性,并依据此特性实现精准的故障隔离;最后,在仿真平台及半实物实验平台上验证了该文所提算法的有效性与可行性。仿真与实验平台结果表明,相较于传统基于信号与知识的诊断方法,残差性能评价的引入使得诊断速度提高80%以上。针对NPC型三电平三相逆变器常见的四种开路故障情况,均可实现快速且精准的故障检测及定位。

一种基于电容主动钳位式混合式直流断路器

混合式直流断路器兼具机械式直流断路器的静态特性与固态直流断路器的动态特性,具有较快的开断速度和较低的通态损耗,是应用于中高压直流输配电系统的优选技术方案。然而,基于模块级联的混合式直流断路器存在投资成本较高、避雷器吸能较高、不具备故障性质判别能力等问题,限制了断路器的工程化应用。该文在现有结构的基础上进行一定的改进,提出一种基于电容主动钳位式混合式直流断路器。主要利用电容电压钳位换流站侧电压,避免了换流站电压迅速跌落的同时降低了换流站侧的故障电流峰值。此外,电容电压还可作为线路故障和重合闸时的辅助判据。针对所提结构进行了详细的理论推导和分析,在PSCAD/EMTDC中建立四端直流环网对所提结构进行验证,并与原有方案进行对比。仿真结果证明所提结构可行且相对原有方案具备一定优势。

谐振方式对有源钳位反激变换器工作状态影响的研究

传统有源钳位反激变换器依赖变压器漏感和原边钳位电容之间的谐振实现软开关,消除了开关损耗,但传导损耗大,输出整流器存在电流振荡现象。为解决上述问题,选取变换器最佳工作模式,建立不同谐振方式下的等效电路模型,探究不同谐振方式对变换器性能的影响,以副边谐振方式为基础制作实验样机。由实验结果可知:副边谐振方式有源钳位反激变换器可实现功率器件软开关,降低原边电流有效值,消除副边电流振荡现象,所设计的变换器最大满载效率达94.06%,整机效率高于原边谐振方式。

电容电压平衡的四电平有源中性点钳位逆变器的改进模型预测电流控制

多电平有源中点钳位(ANPC)逆变器具有功率器件电压应力小、电流谐波低和器件损耗可调控等优点,被广泛应用于工业驱动中。针对四电平ANPC(4L-ANPC)逆变器的控制与调制研究相对较少,现有的调制方案实现复杂,中点电压(NPV)控制难度较大。因此,该文针对三相4L-ANPC逆变器,提出一种改进的有限集模型预测电流控制(FS-MPCC)算法,避免了复杂的调制过程。首先,使用仅包含电流误差的代价函数对位于六边形顶点的6个大电压矢量进行寻优;其次,对参与第一步寻优的大矢量划分扇区,使用包含电流误差和电容电压误差的代价函数对最优大矢量所在扇区的所有电压矢量滚动寻优,得到目标电压矢量并作用于逆变器;最后,仿真和实验结果表明,与传统的FS-MPCC相比,所提方法在降低系统计算负担的同时,还具有较好的控制性能和电容电压平衡能力。

基于钳位电路的LCC-S补偿型感应电能传输系统抗偏移方法

在感应电能传输(IPT)系统中,线圈错位难以避免,造成的耦合变化会导致系统的传输功率不稳定。为了保证IPT系统的供电灵活性,系统需具有容忍线圈宽范围偏移的能力。为此,该文借鉴模态切换的思想,提出一种基于钳位电路的LCC-S补偿型IPT系统,用于增强系统抗偏移性。与传统多模态切换的IPT系统相比,该系统中的钳位电路可根据耦合变化自适应地导通或关断,以调节工作模态,从而实现近乎恒定的功率输出,该方法无需耦合识别、输出检测及反馈通信等辅助手段。该文对系统不同工作模态的功率传输特性进行了推导和分析,并结合系统设计相关约束条件,提供一套参数化设计方法。最后设计并搭建一套500 W的实验装置,验证了理论分析的正确性与可行性。实验结果表明,该方法在耦合度为0.205~0.42的情况下,输出功率稳定在470~505 W之间,效率为83.29%~90.21%。

一种基于有源钳位正激拓扑的砖模块电源设计与实现

针对军用电子元器件国产化的应用要求,对标美国SynQor公司MCOTS-C-28型1/4砖电源产品,设计了一种基于有源钳位正激的高效软开关DC/DC变换器。采用有源钳位技术,提高了磁芯利用率,缩小了产品体积,同时降低了电压应力对开关管的影响,减小了导通损耗;采用外驱动同步整流技术,有效降低了输出端的整流损耗,提高了变换效率。仿真和试验结果表明,主电路实现了ZVS软开关。在-55℃~100℃工作温度下,输入电压在16 V~40 V宽输入范围内,输出电压基本稳定在28 V,纹波噪声为34 mV,满载时转换效率高达94.8%。产品所用元器件均由国内厂商自主研制,完全满足国产化使用需求。

软开关有源钳位逆变器逐波限流控制策略研究

软开关有源钳位逆变器能够实现功率器件的软开关,有利于提升逆变器功率密度和动态性能。但在发生过流故障时,若采用传统的逐波限流策略,即过流时封锁功率器件的方法,将使直流母线电流由流向逆变桥变为流向直流侧。由于软开关变换器谐振电感的存在,直流母线电流与谐振电感电流叠加流过辅助开关器件,使辅助开关器件承受大电流应力。针对上述情况,提出1种改进逐波限流策略,通过改变逐波限流发生后的逆变桥开关状态,减少流向直流侧的直流母线电流,从而显著抑制电流应力,并通过3 kW软开关有源钳位逆变器实验进行了验证。

一种触发型ESD电源钳位电路

ESD电源钳位的应用始于20世纪90年代中期,到现在它已经成为半导体芯片设计及ESD设计综合的典型应用。将ESD电源钳位综合应用到半导体芯片结构中的发展已经成为ESD设计规则的组成部分,同时也是ESD设计艺术的基本组成部分。在CMOS工艺中,MOSFET型ESD电源钳位在芯片设计中已经成为一种标准的ESD设计实现。触发型MOSFET ESD电源钳位电路能够弥补栅极接地的NMOS(GGNMOS)在经受二次击穿时的ESD保护缺陷。

一种基于双钳位技术的宽范围高精度电流匹配电荷泵设计

基于TSMC 65 nm CMOS工艺,设计了一款基于双钳位技术,实现在宽电压范围下,满足高精度电流匹配电荷泵电路。双钳位技术可以避免使用轨对轨运放所带来的电路结构复杂化的问题,并且通过增加调节开关管和互补开关计数,有效地优化电荷共享、时钟馈通以及电荷注入等非理性效应对电路的影响。仿真结果表明,与传统电荷泵电路相比,在电源电压为1.2 V、电荷泵电流为50μA时,双钳位电荷泵电路的电流匹配度在0.2~1.0 V范围内可以保持在0.03%以内。

基于占空比主动调节的钳位开关电容型DC/DC解耦控制策略

钳位开关电容型DC/DC(Clamping Switched Capacitors-based DC/DC,CSC)是构建具有直流故障自清除能力直流变压器的有效模块。由于传统控制策略下的CSC中直流电压与电容电压存在着耦合效应,直流电压的变化将直接引起电容电压与交流环节电压幅值的变化,使得CSC在两端直流电压不匹配时可能发生软开关丢失、电流应力增大、功率损耗增加等运行性能下降的现象。鉴于此,为改善CSC在直流电压不匹配时的开关及效率性能,提出了一种基于可变占空比的CSC电容电压解耦控制策略。该策略可以在CSC的整个运行范围内保证交流电压幅值的自动匹配,对于改善CSC的整体运行性能具有明显效果。基于试验样机,验证了所提控制策略的正确性与有效性。

基于自适应滑模观测器的中点钳位型三电平并网逆变器开关管和电流传感器故障诊断

为提高中点钳位型三电平(3L-NPC)并网逆变器故障诊断的准确性和可靠性,针对其开关管开路故障和电流传感器故障,提出一种基于自适应滑模观测器的开关管开路故障和电流传感器故障同时诊断方法。该方法首先针对3L-NPC并网逆变器,设计一种收敛速度快且能显著抑制抖振的自适应滑模观测器来精确估计正常状态下的三相电流值;其次,利用实际电流和估计电流设计了故障检测变量;同时,利用实际三相电流之和以及估计三相电流之和来区分开关管故障和电流传感器故障;在此基础上,构造开关管故障定位变量和电流传感器故障识别变量,实现开关管开路故障的准确定位以及电流传感器故障类型的快速识别。实验结果验证了该文所提诊断算法的有效性和鲁棒性。

准谐振与有源钳位反激变换器的性能比较和分析

高频、高效和高功率密度已成为AC-DC变换器重要的设计指标。传统准谐振反激变换器因其漏感能量多借助无源电阻元件以热能形式释放,不具备ZVS特性,限制了功率密度的进一步提升,而有源钳位反激变换器能弥补准谐振反激变换器的不足。先简述准谐振反激变换器与有源钳位反激变换器的工作原理,接着分析准谐振与有源钳位反激变换器主要性能指标差异,然后设计并制作两款48 W的准谐振反激变换器样机和有源钳位反激变换器样机以便获得相关的试验数据,作为性能比较分析的依据。

以双向可控硅为辅助开关的直流固态断路器关断过压钳位技术

基于传统金属氧化物压敏电阻的无源过压钳位技术仅能将过压峰值限制在母线电压的两倍以上,极大降低了固态断路器中半导体开关的额定电压利用率,进而降低了固态断路器的运行效率、功率密度和成本优势。为此,在对传统过压钳位技术分析的基础上,提出了基于双向可控硅的有源过压钳位技术。利用双向可控硅更易驱动、能够双向导通/阻断和在毫安级电流下自关断的特性,简化了关断过压钳位电路功率结构并设计了专用不控RC驱动电路,降低了电路硬件成本和体积,实现了较好的过压钳位效果。对过压钳位电路的工作过程、参数设计及器件选型进行了详细分析与举例说明。最后,进行了母线电压600 V下的关断过压对比实验,结果表明该方案在保证较好的过压钳位效果的同时其成本被进一步降低。

胶囊机器人的可展钳位锚定结构设计与实验

针对当今胶囊机器人缺乏肠道内锚定能力的现状,基于可展连杆机构,设计了胶囊机器人的钳位锚定结构,能够适用于不同直径的肠道环境并提供足够的锚定力。可展钳位结构主要由环形剪状结构及驱动模块组成,并通过前侧安装模块可适配于不同胶囊机器人。根据设计参数,进一步建立了锚定结构的展开性能模型,该结构展开至最大时的撑开面积相较于收缩状态时扩大了248%。最后,依据设计制作了样机,并搭建实验测试平台,分别在不同内径的橡胶软管和离体猪大肠环境中验证了其展开能力及锚定能力。实验表明:样机在展开钳位固定时的摩擦力是未展开时的2.2倍,固定后能够有效克服猪大肠内的蠕动力,验证了钳位结构的可行性,为未来胶囊机器人钳位设计提供新思路。

RCD钳位反激变换器的回馈能耗分析及设计考虑

对RCD钳位反激变换器的能量传输过程进行深入分析,指出为避免反馈电压Uf在整个开关管关断期间向RCD钳位电路提供能量而增大能耗,钳位电容电压UC必须大于Uf;推导得出反馈电压产生的回馈能量Wf的解析表达式,并指出Wf随着UC的增加而减小,且RCD钳位电路的总能耗等于Wf与变压器漏感储能Wlk之和。令Wlk与Wf相等,得出钳位电容的临界钳位电压UCK=2.6 Uf,并指出当UC大于UCK时,回馈电压产生的能量将小于Wlk,并以此作为确定钳位电容电压UC的依据,得出RCD钳位电路元件参数的设计方法。给出实例,通过仿真和实验结果,验证了理论分析的正确性和设计方法的可行性。

混合钳位式三电平逆变器新型调制策略研究

对高压、大功率混合钳位式三电平逆变器的结构、工作原理及相应的电压空间矢量进行了分析。并分析了4种电平状态下电流的流通路径,得到了开关状态切换应当遵循的原则。详细研究了电压空间矢量分别在能量馈出和馈入状态下对钳位电容电压和中点电位的影响特性,得出了相应的钳位电容电压平衡调制策略和空间矢量脉宽调制(SVPWM)策略。仿真和实验证明了所提调制策略的正确性和有效性。

基于二极管钳位式多电平变换器的静止无功补偿器拓扑研究

静止无功补偿器在实时动态补偿无功功率方面具有调节速度快,可靠性高,安全性高等特点,已经广泛应用在电网的无功功率平衡系统中,能够提高电网电能质量,保障电网电压稳定性,能够提高电网传输容量、传输效率以及传输可靠性。静止无功补偿器的核心之一为其主电路变换器的拓扑结构,介绍了以二极管钳位式的多电平变换器构成的静止无功补偿器的拓扑与其调制策略,介绍了该拓扑的工作原理,输出波形。该拓扑具有结构简单,便于接连,易于实现,但是其电平数不宜过多。然后本文还介绍了适用于该拓扑的PWM调制技术。最后,在仿真软件中搭建了仿真模型,反正结果表明:该拓扑能够实现动态实时补偿无功功率,提升电能质量。

有源钳位正激变换器的分析和设计

详细阐述和分析了用于正激变换器的有源钳位拓扑。有源钳位复位电路基本上克服了传统复位方法的缺点 ,省去了传统复位电路中所需的附加绕组或有能量消耗的RCD复位电路。详细说明了电路的工作原理。最后 ,通过仿真一个 5 0WDC

双管正激变换器的钳位电路研究

以双管正激变换器为拓扑,分别设计了原边开关管的LCD钳位和副边续流二极管的RCD钳位电路,并详细分析这两种钳位电路的工作过程。实验成功研制一台1kW的样机,样机工作稳定,整机效率达到92%。