基于反激变换器的电池充电系统设计

以具有结构简单、电气隔离等优点的反激变换器为电池充电电源,分析反激变换器电路的连续和断续模式工作原理,通过设计电压电流双闭环控制方法,实现电池的恒流充电模式和恒电压充电模式,也可实现两种充电模式的切换。实验结果证明了反激变换器的连续工作模式和断续工作模式的正确性,验证了应用于电池充电电源的可行性和有效性,切换时间小于1 ms,电压波动小于1 V。

锂电池双向均衡及模型预测控制优化

为了解决锂电池组内部单体不一致导致的能量利用率低、电池容量衰减等问题,提出了一种基于模型预测控制的双向均衡控制方法。首先,以锂电池单体的荷电状态(SOC)为均衡控制目标,采用带遗忘因子的最小二乘法和扩展卡尔曼滤波法联合估计电池SOC;接着,通过设计双向反激式电路,形成可升降压的均衡结构,并采用模型预测控制优化双向反激式电路的正反向均衡控制状态;最后,通过占空比控制双向反激式电路的均衡电流,实现不同锂电池单体之间的SOC均衡。研究结果表明:采用双向反激式电路和模型预测控制,不但降低了均衡电路控制的复杂程度,避免了传统均衡方法的电池组内部均衡消耗,而且有效提高了均衡可靠性和均衡速度;在动态工况下,基于模型预测控制的锂电池双向均衡控制方法,能快速实现锂电池单体之间的SOC均衡,与传统的比例均衡控制方法相比,均衡时间缩短了68.3%。

基于模糊控制的锂电池组分层均衡研究

传统的电感式均衡电路中要实现电池组均衡,能量只能通过相邻电池慢慢传递而不能在任意电池间转移。这种均衡方式效率低,均衡路径、时间长。为此,提出一种Buck-Boost电路与反激式电路相结合的新型分层拓扑。组内均衡采用双向Buck-Boost电路,使能量仅在相邻两节电池之间转移,因而均衡路径短。组间均衡采用双向反激式电路,通过控制原副边绕组开关管状态,使能量在模组与电池组间相互转移,从而达到电池组均衡。在均衡过程中加入模糊控制策略,动态调节开关管的占空比,以输出合适的均衡电流、提高均衡效率。搭建Matlab仿真模型进行分析。仿真结果表明,所提出的均衡电路相较于传统的Buck-Boost电路在静置和充、放电状态下均衡时间分别缩短约18%、17%和20%。均衡效率的提高对未来电动汽车等多锂电池串联设备的发展有着重要意义。

实现二次升压功能的Forward和Flyback变换器

为了克服光伏/燃料电池发电系统前级输出电压低,确保光伏/燃料电池在并网前实现高电压增益,介绍了2种组合设计的直流变换器(Boost-Forward和Boost-Flyback)的设计原理。通过Or CAD Pspice软件对其进行建模和仿真,证明了这种设计原理的准确性和用于提高太阳能电池输出电压的可行性。通过对降低输入电流纹波、输出电压纹波和开关管电压应力进行仿真分析,实现电路参数的最优化设计。

一种双向无桥有源箝位反激三端口LED驱动电路

面向光伏发电等新能源发电和电网供电等多能源联合供电的发光二极管(LED)照明应用场合,为进一步减小电路器件应力和开关损耗,提出一种有源箝位抑制漏感电压尖峰缓冲的多端口双向LED照明驱动电路,实现网侧供电与光伏发电等多能源供电以适应多种照明场景。详细分析所提电路的工作原理和工作过程,以及所提电路在各种工作模式下的稳态工作特性,设计电路关键参数和进行计算机仿真分析,研制1台交流电网输入电压范围为AC 185~265 V、输出电流为2 A、输出功率为96 W的电路实验样机。所提电路在交流电网供电工作模式下,功率因数可达0.998,总谐波失真最小为4.7%,电源效率满载时最高达87.2%。计算机仿真结果与实验结果验证了所提电路有源箝位方法的有效性。

一种反激式无电解电容LED驱动电路

针对电解电容制约LED驱动电源寿命的问题,提出一种反激式无电解电容LED驱动电路。该电路拓扑由反激电路和辅助电路组成,反激电路用于实现高功率因数及输出恒流,辅助电路由辅助开关管、储能电容和辅助二极管组成,用于平衡脉动形式的输入功率和平直输出功率的差值。详细介绍了所提电路的工作原理,给出了电路关键参数的设计过程,并对电路进行了仿真与分析,最后研制了一台30W的无电解电容LED驱动电源原理样机,实验结果验证了所提电路的可行性。

引信高压反激变换器升压时间动态特性

直列式引信高压电路的升压时间决定了引信的三级解保时间,是引信全电子安全系统的关键指标。通过对引信高压电路中反激变换器的工作过程进行动态分析和建模,推导出输出电压的动态模型,揭示了升压时间的变化规律,为引信高压电路的参数优化设计和闭环控制提供指导。通过Simulink建立引信高压反激变换器的模型,通过仿真验证了动态模型的正确性和升压时间的变化规律,并通过闭环反馈控制来达到升压目标。

多路隔离升降压输出的反激电源设计

随着能量路由器终端设备的发展与应用,需要辅助电源具有升降压和多路隔离输出功能,结合反激拓扑结构的优势,提出了一种多路隔离升降压输出的反激电源.首先,给出了基于准谐振技术的多路隔离升降压输出的反激拓扑结构,阐述了所提变换器的工作原理.其次,阐述了控制电路实现准谐振的方法,给出了升降压高频变压器的设计步骤.最后,研制了实验样机,实验验证了理论分析的正确性和可行性,满足了实际应用的需求.

反激变换器潜电路分析与研究

反激变换器在使用中存在多种寄生参数,极大地降低了其电路性能。从潜电路角度分析了带有寄生参数的反激变换器,研究了其工作模态及工作方式,并通过仿真进行理论验证。研究表明,反激变换器电路中的寄生参数会导致其潜电路模态数量增加,通过调控寄生参数可以降低潜电路的影响,使电路工作在正常模态。

一种一次侧控制的Buck-Flyback单级功率因数校正变换器LED驱动电路

本文提出一种一次侧控制的Buck-Flyback单级功率因数校正(FCP)变换器LED驱动电路,分析其主电路的工作原理和一次侧恒流控制策略的原理。它由共用一个开关管的前级Buck变换器和后级Flyback变换器级联而成,前级Buck变换器实现PFC功能,后级Flyback变换器实现DC-DC恒流输出。该LED驱动电路无需使用光耦和二次电流采样电路,仅使用一个开关管和一个控制器,就能够实现高功率因数、高效率、低成本和无频闪。最后设计了一台36W的实验样机验证了理论分析的正确性。

环形激光器电源激励技术研究进展

激光陀螺仪因其在转速测量中高精度、高灵敏度的特点,被广泛应用于惯导、地震测量等领域,而大型激光陀螺仪具有更高精度,常被用于测算地球参数。在大型激光陀螺仪或测地激光陀螺仪中主要使用主动式环形He-Ne激光器来实现高效率单模激光输出。He-Ne激光器为陀螺仪提供光源的质量与电源激励的状态有较大关系,因此对激励电源的研究意义重大。论文首先阐述了陀螺仪中He-Ne激光管相关工作要求及其高压直流放电和射频放电两种激励方式的发展概况;然后分别研究了He-Ne激光管的高压直流电源电路和射频激励源电路的构成、基本工作原理及其阻抗匹配网络的作用与实现过程,引入反馈控制思想,提高稳流、稳压能力;之后对两类激励方式的优缺点进行了论述,为未来大尺寸高精度激光陀螺仪激励源的研究提供了建议。

单级无电解电容LED驱动电路及控制策略研究

为了消除电解电容对LED驱动电源使用寿命的影响,提出一种基于反激结构的单级无电解电容LED驱动电路拓扑及控制策略。该电路拓扑是在反激变换器的输入端串接辅助储能电路,通过控制辅助储能电容的充放电,实现瞬时输入输出功率的平衡,从而抑制输出电流的低频纹波。详细介绍了该电路拓扑的工作原理;结合输出电流低频纹波产生机理,分析了辅助储能电容充放电的控制规律,给出具体的控制实现方法,并对电路关键参数进行设计,最后研制出一台30 W数字控制的单级无电解电容LED驱动电源样机。实验结果表明,所提电路方案辅助储能电容和输出滤波电容均可降至6.8μF,输出电流纹波可降至16%。通过使用薄膜电容代替传统的电解电容,提高了LED驱动电源的使用寿命。

基于级联双管反激拓扑的HVDC供电电路研究

高压直流(HVDC)输电系统常采用高压变换器进行高电位就近控制取电。然而模块内的高母线电压及其大范围波动对取电电源的高可靠性设计形成挑战。针对该问题,基于串联双管反激拓扑电路提出了一种高压模块取电系统。该系统以多输入、单输出形式的直流变压器为变压载体,并利用在同步控制信号下的各级联单元的自均压特征实现了输入各串联电路的动态自均压控制,主动降低了各模块中半导体开关的电压应力;另外,该方法具有漏感能量回馈效率高、开关管最大电压应力钳位到输入电压优点。最后,借助系统仿真与半实物仿真平台实验验证了所提自供电电路系统的可行性以及理论分析的正确性。

一种斜率检测谷底导通控制一次侧反馈准谐振反激电路

针对准谐振工作模式的反激电路的开关管开通损耗高、开通时du/dt大导致EMI差的问题,提出一种斜率检测谷底导通控制方法。有效提高了谷底电压的检测精度,降低了开关管的开通电压,降低了开通损耗;减小了开通时开关管的du/dt,改善了电路的电磁干扰(EMI)性能。详细分析反激电路及所提控制方法的原理和工作过程,以及所提控制方法对电路EMI特性的影响,并设计了关键参数。最后,仿真和实验给出了样机在功率20~40 W,输入电压DC 430 V,输出恒流DC 1.05 A的效率曲线和EMI特性曲线,并与目前广泛运用的去磁检测法对比,验证了所提出控制方法的有效性。

基于阈值修正因子的锂电池动态均衡策略研究

磷酸铁锂电池具有能量密度大、电压平台高、无记忆性等优点,在电力工程中得到了广泛应用。但单体电池在容量、电压和内阻等方面的不一致性不容忽视。提出了一种基于阈值修正因子的锂电池动态均衡策略。对反激式均衡电路的拓扑及原理进行了分析,阐述了锂电池均衡电路原理。传统均衡技术以电池组SOC值均值为均衡中心来设置某固定值或比例的阈值,导致均衡效率不明显的问题,提出了一种带修正因子的均衡阈值动态调整方法,并通过能量转移矩阵稀疏度问题求解求得最优转移路径。最后通过搭建磷酸铁锂电池模组模型,验证了所提方法的合理性与高效性。根据仿真结果,验证所提方法能够优化磷酸铁锂电池组的均衡效果和提高锂电池组利用效率。

基于改进Buck-Boost的分层均衡电路研究

针对传统Buck-Boost均衡电路在电池数量增多时,会造成均衡时间长,效率低等问题,提出了一种改进Buck-Boost的分层均衡电路拓扑结构。该均衡电路在组内电池与电池或电池组与电池组之间采用双向Buck-Boost均衡器,利用电感储存和传递能量,在组间两电池包之间采用外加外部电源的反激式变压器进行不同程度的充电来达到均衡。以电池的荷电状态(SOC)作为均衡变量,在MATLAB/Simulink中搭建了8节串联锂电池组仿真模型,4节串联电池为一个电池包,两个电池包之间采用组间均衡,设置8节电池直接均衡为对照组。结果表明:在静置状态下,分层均衡所需时间比直接均衡快9.18%,且均衡后分层均衡的容量比直接均衡高1.1%。在外加电源下,能较快将电池组充满电,验证了所提均衡电路的有效性。

开关电源反激拓扑输出交叉调整率研究

对开关控制电源反激拓扑的输出交叉调整率进行分析。建立等效电路模型与理想数学模型,明确开环路输出电压跟随闭环路输出电压的理论基础是输出绕组间共享磁通变化率。根据电路实际阻抗情况,建立非理想的电压、电流、阻抗模型,给出绕组耦合系数、线路阻抗特性、功率器件压降是输出交叉调整率关键影响因子,就反激DCM模式、CCM模式两种工作模式,对交叉调整率的影响做出说明,CCM模式更有利于改善交叉调整率。通过实验数据,验证理论分析的正确性。

高压宽范围输入紧凑型辅助电源设计

为满足180~420 V高压输入和高直流降压比的要求,设计高压宽范围输入小功率隔离降压型小体积电源。分析反激变换器的工作原理,并结合模态比较反激变换器在不同工作模式下的输出电压增益特性,使实验样机在全负载范围内工作于断续模式。在恶劣的输入条件下,依据电磁感应定律和安培环路定律设计反激变压器,根据临界导电模式的特点确定变压器的变比。根据环路补偿准则,对反激变换器小信号建模,并设计补偿器,成功研制出一台高精度小型化的实验样机。

一种反激式开关电源的设计与仿真

为实现小功率开关电源的小型化、高效化和低成本,提出了一种基于电流型PWM芯片UC3842控制下双路输出的反激式开关电源。研究了电源的拓扑结构和工作原理,详细分析了EMI滤波器和整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制电路、反馈检测电路的关键参数和设计过程。利用Saber软件的仿真工具箱搭建了电路闭环仿真模型,模拟反激式电路的环路控制,实现两路直流输出5V/1A和15V/1A,效率高达90%。仿真结果证明了设计的正确性和可行性。

具有最大功率点跟踪功能的双输入反激DC/DC变换器

采用双输入反激DC/DC变换器实现了太阳能电池和市电两种能源对负载的稳定供电,根据各种太阳能电池的特点,提出了双输入反激DC/DC变换器的控制策略:一方面使太阳能电池工作在最优状态,实现输出最大功率点跟踪,提高太阳能的利用率;另一方面当负载变化以及太阳能电池输出能量不足时可以从市电获取足够的能量以保证输出电压的稳定。最后通过仿真与实验,验证了本方案的可行性。