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。

脉冲激励下介质阻挡放电负载的特性研究

脉冲激励能大幅度提升介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)负载的放电效率。针对传统的实验研究由于受到实验环境和材料等的限制,无法对脉冲激励下介质阻挡放电的放电特性进行更细致的研究的现状。文中以电压型脉冲激励下填充气体为氩气(Ar)的DBD型负载为研究对象,通过构建DBD负载的一维流体模型对该模型的放电曲线以及在不同脉冲参数和介质层参数的条件下DBD的放电特性进行研究。结果表明:DBD负载在一个周期内产生两次极性相反的放电,第一次放电强度比第二次放电强度要高。此外,通过对放电过程的电气量的时空特征研究得出,可以通过提高脉冲电压的幅值、缩短脉冲升降沿时间、选择相对介电常数高的材料以及减少介质层厚度的方法来提高DBD负载的性能。

一种适用于介质阻挡放电负载的简易型单极性正向脉冲式供电电源

针对常用的负载谐振型波形连续式的供电电源无法充分发挥介质阻挡放电负载的性能,以及现有脉冲式供电电源拓扑结构比较复杂的不足,提出了一种由1个功率开关管、2个二极管和1个耦合电感构成的单极性正向脉冲式供电电源。通过对该供电电源工作模态的分析得出,该供电电源不仅能为介质阻挡负载提供快速上升的脉冲电压,而且功率器件工作于软开关状态。仿真和实验结果验证了该供电电源的可行性,所提出的单极性正向脉冲式供电电源对现有的介质阻挡放电负载的供电电源的升级改造有一定的借鉴意义。

基于响应曲面中心组合设计的介质阻挡负载特征参数分析与优化

为了充分发挥介质阻挡放电(DBD)负载的性能,以高频脉冲激励作为介质阻挡负载的激励波形,以第一次放电时的负载电流幅值作为优化目标。基于响应曲面法中心组合设计建立数学模型,分析介质阻挡层厚度、脉冲电压幅值、脉冲升降沿时间和相对介电常数4个因素对高频脉冲激励下DBD负载第一次放电时负载电流幅值的影响,优化介质阻挡负载特征参数。结果表明,对DBD负载电流的影响强度从大到小依次为介质阻挡层厚度、脉冲电压幅值、脉冲升降沿时间、相对介电常数。在本文设定条件下,负载电流幅值的最大值8.692A在脉冲升降沿时间为200ns、脉冲电压幅值为4kV、介质阻挡层厚度为1mm、相对介电常数为8时获得。

一种适用于介质阻挡放电型准分子灯的双极性脉冲式供电电源

如何为介质阻挡放电(DBD)负载构建结构简单的高性能供电电源一直是DBD应用领域面临的难题。通过利用DBD负载呈容性这一特性,结合DBD负载对激励波形特殊需求的基础上,本文提出了一种适用于DBD负载的双极性脉冲式供电电源。该供电电源仅由一个直流电源、两个功率开关器件、两个二极管和一个升压变压器构成。为了在DBD负载上生成同时具有高上升率、下降率和间歇时间的高频高压双极性脉冲激励,本文设计了该供电电源的工作时序,并进行理论分析和以准分子灯为负载的实验装置来验证供电电源的可行性。实验结果表明,本文构造的供电电源不仅能在准分子灯上生成期望的脉冲激励,而且实现了所有功率开关器件工作在软开关状态。此外,本文构造的供电电源除了具有元器件少的优点,而且能实现准分子灯放电光强线性调节和充分发挥准分子灯性能的特征。

串联负载谐振式DBD型臭氧发生器电源的基波分析法

由于介质阻挡放电电路(dielectric-barrier discharge,DBD)存在放电和未放电两个模态,电路的模态和电源的模态相互组合使电路工作的模态很复杂。为了能在工程中便利地为DBD电路设计供电电源,在分析一种移相全桥脉宽控制下的串联负载谐振式DBD电路电流的基础上,利用串联逆变器供电的DBD电路电流接近正弦波这一特性,提出了DBD电路的基波分析方法,推导了DBD电路的基波等效电路,并采用实验和仿真的方法对基波分析方法进行了验证。分析表明采用基波分析法得到的计算值与仿真和实验结果之间的相互误差均小于8%,这就验证了该文分析方法的正确性。与一般的分析方法相比,提出的设计和分析方法具有简单和方便的特点,具有现实的工程意义。

一种具有自动均流特性的简易非隔离型多路LED串驱动电路

如何确保处于并联工作状态下各LED(发光二极管)串工作电流的均衡性,是制约LED在大功率场合下广泛应用的一项关键问题。本文提出了一种具有自动均流特性的简易非隔离型多路LED串驱动电路。该驱动电路由在开关电源中广泛使用的LLC谐振电路衍生出来,利用谐振时阻挡电容的阻抗远大于LED串等效的交流阻抗来实现多路LED串的均流。本文对驱动电路的工作原理和设计流程进行了分析,并以3路LED串作为研究对象进行了相关实验,实验结果表明了理论推导的正确性。

串联谐振式介质阻挡放电型臭氧发生器等效模型及电源特性分析

为了研究稳态工作时的介质阻挡放电(DBD)型臭氧发生器的等效模型,以采用串联谐振逆变电源供电的、所产生臭氧的质量流量为1kg/h的介质阻挡放电型臭氧发生器为研究对象,通过实验数据和曲线拟合相结合的方法对臭氧发生器的等效电阻、等效电容与发生器的放电功率进行了研究。研究结果表明,稳态工作时的臭氧发生器可由与放电功率成线性关系的电阻和电容串联构成等效模型来表示。基于这一等效模型,对移相控制下的串联谐振式DBD型臭氧发生器供电电源特性进行了分析。分析结果表明,由所提出的等效模型和供电电源特性分析方法得到的结果与实验结果具有较好的一致性,可用来解决臭氧发生器供电电源设计繁琐的问题。

一种快速的多电平空间矢量调制算法研究

针对电平数目较多的多电平逆变器在空间矢量调制时出现的空间矢量定位困难和计算量大的问题,提出了一种将坐标轴沿坐标原点顺时针或逆时针旋转45°的快速空间矢量调制算法。仿真结果表明该算法具有快速性,易于实现,电路输出的电压相量轨迹基本逼近标准圆,输出电压谐波较少。

介质阻挡放电电路参数测量的改进型Lissajous图形法

为了减少在介质阻挡放电电路参数测量中广泛使用的电压-电荷Lissajous图形法的测量误差,从介质阻挡放电电路的原始等效模型出发,对电压-电荷Lissajous测量法在未放电和放电两个阶段的约束关系进行了推导,得出了如忽略测量电容对测量过程的影响将使介质阻挡电容测量结果偏大和放电维持电压数值存在误差的结论。为解决这一问题,提出了一种改进型Lissajous图形法,该测量方法能使测量电容独立于主回路,减少了常规的李莎茹图形存在的固有误差并实现测量回路与主回路隔离。该方法具有参数测量准确、接线简单及测量工作量小等优点。实验结果表明,所提出的改进型测量方法是有效的。

移相控制串联谐振式臭氧发生器电源分析

对工作在一种移相控制下的串联负载谐振式全桥逆变器供电的介质阻挡放电(DBD)型臭氧发生器的供电电源进行详细的分析,通过结合逆变桥中开关器件的通断状况和DBD电路的放电、未放电状态,得出了DBD电路的供电电源在移相控制下的2种不同点火状况及其在不同点火状况下的电路工作模态。在模态分析的基础上,推导供电电源的工作频率、DBD电路承受的峰值电压、逆变电路输出电流峰值和电路放电功率的显性表达式,并通过这些公式对这4个主要参数的调节特性进行分析。最后给出理论计算和实验结果的对比分析,验证利用模态分析方法分析DBD电路的可行性以及理论推导的正确性。

典型调节方式下串联谐振供电的DBD型臭氧发生器负载调节特性研究

利用介质阻挡放电型(Dielectric Barrier Discharge,DBD)臭氧发生器的线性化等效电路,得出了串联谐振供电下DBD型臭氧发生器系统电路模型,并利用电路模型推导了DBD型臭氧发生电路的约束方程。基于这些约束方程对DBD型臭氧发生器在PFM(Pulse Frequency Modulation)、PAM(Pulse Amplitude Modulation)和CLI(Change Load Impedance)三种典型调节方式下的负载调节特性进行了理论分析和实验验证。理论分析和实验结果表明,在PAM调节方式下,DBD型臭氧发生器负载调节特性具有良好的线性特性,能实现DBD型臭氧发生器放电功率的平滑调节,是一种较为理想的调节方式。

拉伸αβ坐标系下的多电平变流器零序电压优化控制算法

为降低机电类负载共模电压,对多电平变流器零序电压优化控制算法进行了研究。首先,采用了一种将经典αβ坐标系中的α和β坐标值分别拉伸为原值的3和3倍的新型mn坐标系,推导了多电平空间矢量脉宽调制(SVPWM)在这种新型坐标系中的实现方法;其次,根据引入的零序电压约束条件,推导了多电平电路输出状态。实验结果表明,在mn坐标系中,所有基本矢量的坐标为整数,零序电压优化控制算法能确保零序电压的值在-E/3、0和E/3之间来回切换(E为单级电平),且该算法与多电平的电平数无关。

介质阻挡放电型臭氧发生器的一种等效模型

介质阻挡放电(DBD)型臭氧发生器工作时存在放电和未放电两个模态,因而其电源的设计非常繁琐。本文分析大量试验数据后发现,DBD型臭氧发生器上电压峰值与流过发生器的电流峰值和逆变电路的输出功率基本符合线性变化规律。基于这一特性,本文提出了臭氧发生器的一种线性化的等效模型,将它等效为与功率相关的电阻和容抗串联电路。并用此模型对主回路进行了分析计算,给出其设计方法。与其他方法相比,本文提出的主回路参数设计方法具有设计步骤少、计算简单和无需考虑DBD电路参数变化等优点,可为工程中分析和设计臭氧发生器供电电源提供参考。实验结果验证了本文推导的正确性。

串联负载谐振式DBD型臭氧发生器电源

为解决DBD型臭氧发生器工频升压供电方案的效率低、设备体积庞大和对电网注入大量谐波的问题,采用串联负载谐振式供电电源的方案,通过结合电源开关器件的通断和DBD负载放电与不放电状态,详细分析了工作在完全谐振状态下的串联负载谐振式DBD电路,得出了整个电路在完全谐振状态下的各个工作模态;基于模态分析推导了一系列等式。由推导和分析得出了电路谐振时臭氧发生器承受的最高电压、每个周期的放电功率、与串接的补偿电感无关的特性、DBD负载放电功率、DBD负载参数的调节特性;最后给出了较为实用的工程设计公式。这些研究可供合理设计串联负载谐振式DBD型臭氧发生器的供电电源及分析不同控制方式下DBD电路的工作模态参考。

梯形激励下的臭氧发生器供电电源

利用能反映介质阻挡放电电路时空关系的等效电路,对常用的激励下介质阻挡放电电路的放电效率进行分析,得出了交变梯形激励是一种非常适合介质阻挡负载的一种激励源。根据交变梯形激励合成思路并考虑到电源实际的调功需求,构建了一种能够在介质阻挡负载上产生交变梯形波的双频谐振式逆变供电电源拓扑结构。基于这种拓扑结构设计了逆变电路中各个开关管的驱动时序,得到了逆变电源在不同模态下的约束方程,求解了臭氧发生器的主要电气参数数学表达式。仿真和实验验证了本文提出的逆变电路拓扑结构的可行性及理论推导的正确性。

介质阻挡放电电路的研究进展及展望

在对介质阻挡放电电路(DBD电路)负载特点进行分析归纳的基础上,综述了国内外在DBD负载特性与驱动电路上的研究现状,重点讨论了目前用于研究DBD负载特性的五类方法优缺点,对比分析了现阶段用于DBD型负载驱动的三大类拓扑结构的特性和不足。最后,结合DBD负载特殊性,提出了提升DBD型负载的放电效率和提高DBD系统性能的研究方法。

一种基于有限状态机的电力电子电路控制方法的研究

电力电子设备的控制主要是控制电力开关管的导通和关断顺序以及开关管导通和关断时间,根据这一特征和负载回路的具体结构,可以将电力电子电路的这些特定的工作模态划分为不同的工作状态,并可将这些工作状态组合成一个具体的有限状态机。因此当电力电子电路的控制电路中引入有限状态机的概念后,电力电子电路的控制就变成了对不同状态转移条件的控制。为说明有限状态机的电力电子电路的建模和应用方法,本文通过对脉冲密度调制(Pulse DensityModulation)的有限状态机建模、仿真和试验证明了采用有限状态机来实现电力电子电路的控制,具有实现方便、硬件回路简单、控制灵活的特点,是一种比较理想的电力电子电路控制回路建模方法。

容性负载谐振式DBD型臭氧发生器的供电电源

为精确设计工业臭氧合成装置的供电电源,分析了容性控制下的全桥串联负载谐振式DBD型臭氧发生器供电电路的工作,通过结合电源开关器件的通断状况和DBD电路的放电、未放电状态,得出了整个电路在容性状况下的各个工作模态。推导了一系列等式,得出了臭氧发生器承受的最高电压、逆变电路工作频率和阻挡介质放电电路的放电功率显性表达式,分析了电路调节特性并进行了误差分析,结果验证了理论推导的正确性及工作在容性控制下的DBD供电电源具有频率波动小和控制方案易于实现的优点。

并联负载谐振式DBD型臭氧发生器供电电源的研究

在建立并联负载谐振式逆变电源供电的DBD(Dielectric Barrier Discharge)型臭氧发生系统仿真模型基础上,给出了一种适合这类供电电源的控制策略,分析了DBD型臭氧发生器上电压的谐波组成,提出了采用正弦电压源供电下DBD型臭氧发生器的基波等效模型来简化电路分析.利用基波等效模型得出并联负载谐振式DBD臭氧发生器供电电源分析模型,探讨了由基波等效模型获得的基本分析法在DBD供电电源中的应用.