一种改进的基于电网幅值跌落的SWISS整流器协调优化控制方法

SWISS整流器因其优越的性能被广泛应用于充电桩、分布式直流电源等场合。其首要的控制目标是维持稳定的直流侧输出电压、正弦且对称的交流侧三相电流以及网侧单位功率因数。然而,当电网出现幅值跌落时,基于传统的控制方法很难同时实现上述3个控制目标。因此,该文分别提出适用于电网幅值跌落的输出电压恒定控制(constant output voltage control,COVC)方法和电流正弦对称控制(sinusoidal and symmetrical current control,SSCC)方法。前者可实现直流侧输出电压恒定无波动,但无法实现网侧电流的正弦且对称。后者可实现网侧电流正弦且对称,但无法实现直流侧电压输出恒定无波动。在此基础上,该文结合这2种控制方法的优势进一步提出一种改进的协调优化控制(improved coordination and optimization control,ICOC)方法,可实现网侧处于单位功率因数的同时,在直流侧输出电压恒定无波动和网侧电流正弦且对称之间进行协调优化,实验结果证明ICOC方法相较于COVC和SSCC具有显著的优势,与该文的理论分析一致。

三相多负载无线电能传输系统建模与特性分析

为了提高无线电能传输系统单体容量和整体传输能力,提出采用基于三相逆变器的多负载无线电能传输系统,发射端采用电压型双极性正弦脉冲宽度调制(SPWM)控制桥式逆变器,接收端为3个采用并联谐振电路的独立单元。通过耦合电路理论推导了系统传输效率公式,分析了传输效率与负载、互感系数的关系。在此基础上,提出了传输系统恒流输出自适应PID控制方案和负载切入切出控制方法。最后通过MATLAB仿真和实物实验平台验证了所提及拓扑和控制方案的有效性和可行性。三相传输系统每相的输出功率达到60 W左右,传输效率分别达到90%以上,与单相无线系统输出功率和传输效率相当,有效提高了传输系统的单体容量和传输能力。

一种多波长激光器的多模式驱动研究

介绍了一种多波长半导体激光器驱动系统的设计,该系统采用了压控电流源与PicoLAS模块混合驱动的方法,具有效率高、体积小、电路简单可靠、易于系统集成等优点,为半导体激光器的驱动设计提供了一种选择和参考。

浮选液位测量用高精度差分恒流源设计与优化

矿浆浮选液位测量作为选冶生产的关键环节,其测量系统中恒流源的准确性和稳定性直接影响最终产品质量。针对现有恒流源电路输出精度低、高频特性及带负载能力差等缺点,设计了一种新型高精度差分恒流源电路,通过在反馈回路和负载两端引入补偿电容,优化电路的高频特性,减小输出信号相移,并采用浮地接入负载,优化电路的负载特性,据此提高电路输出阻抗和带负载能力,最后完成对电路的仿真和实际测试。实际测量结果表明,所设计的新型恒流源在0~4 kΩ范围内实现100 Hz~50 kHz可调、0~20 mA恒流的效果更好,电路频率特性和负载特性显著提高,最大相对误差分别为0.513%和0.378%,满足矿浆浮选工业现场液位高准确测量的实际需求。

基于频率切换的S/LCL补偿恒流恒压型WPT系统研究

由于传统的插入式系统结构繁杂且频繁插拔容易发生电火花等危险,因此无线电能传输(wireless power transfer,WPT)系统凭借其固有的优势得到了广泛的研究,逐渐融入各种工业应用中.为了确保电池的性能及使用寿命,有效地为电池提供所需的恒定充电电流和恒定充电电压是非常必要的.然而在充电过程中,电池的等效电阻会发生显著变化从而导致系统很难在近似零相位角(zero phase angle,ZPA)运行下同时实现与负载无关的恒流输出和恒压输出.鉴于此,提出1种基于S/LCL补偿的WPT系统,该系统可以在2个固定频率下实现具有ZPA运行的恒流和恒压输出.最后,搭建了1台恒流充电为3 A和恒压充电为80 V的验证性实验样机,验证了所设计的WPT系统的正确性和可行性.

抗偏移混合拓扑恒流无线充电系统研究

针对电动汽车无线充电系统因偏移导致充电效率降低的实际问题,提出一种新型强抗偏移的恒流无线充电系统。首先,在磁耦合设计上,引入DDQD大解耦线圈有效减缓X、Y两方向偏移耦合系数衰减,通过与DDQ线圈的对比体现所提出的DDQD线圈在抗偏移方面的优越性。然后,在补偿拓扑设计上,通过DDQD线圈将随耦合系数呈不同变化趋势的LCC拓扑和LC拓扑进行串联,使输出功率变化平缓,进一步提高了系统的抗偏移能力,并且使系统具有恒流输出特性。最后,通过仿真实验验证了该方案的有效性,在磁耦合机构发生偏移时,减缓了无线充电系统的线圈耦合系数和传输效率的下降程度,具有一定的现实意义。

一种CC/CV平滑切换的宽输出电压充电电路

目前多种动力蓄电池凭借着能量密度高、续航里程长和可循环使用等优势,在新能源汽车领域得到了广泛应用。针对当前以谐振电路为基础构建复合变换器应用于蓄电池充电存在输出电压范围、模式间切换、效率等不同问题,提出了一种四开关Buck-Boost与电容钳位LLC级联复用式变换器作为充电电路。该电路增益曲线的容性区和感性区均可工作,宽调频范围的容性区具有恒流特性,感性区的最佳谐振点具有恒压特性,利于实现蓄电池恒流恒压充电控制。频率与占空比的解耦控制拓宽了变换器的输出电压范围,且负载阻抗连续变化下电压增益连续,利于实现蓄电池恒流恒压平滑切换及满足不同电池充电控制方案,宽增益下的宽调控范围可减少输出纹波。拥有桥臂间移相软开关、复用桥臂增强软开关能力和降低通态电流、变压器低磁链及最终移动于最佳谐振点工作等电路特性,利于实现电能高效传输。仿真与实验结果验证了充电电路全程满足ZVS、ZCS的恒流恒压控制及充电模式间平滑切换特性。

电动汽车无线充电系统恒流/恒压输出与抗偏移磁能耦合机构研究

在电动汽车无线充电系统中,负载锂电池的充电过程为先恒流再恒压,因此,无线电能传输(wireless power transfer,WPT)系统需要同时具备实现双输出的能力,且在双输出状态之间进行平稳切换。基于此,分析双边LCC(inductor-capacitor-capacitor)拓扑实现与负载无关的恒流/恒压输出条件,给出参数设计方法。针对系统可能会随机在不同方向上出现位移的情况,采用了双向同轴平面线圈的结构,即原边线圈由内外2个沿相反方向绕制的线圈串联组成。通过仿真和实验验证了本文提出的电动汽车无线充电系统具备同时实现恒流/恒压输出的能力,且在多方向偏移工况下实现稳定输出。

磁耦合无线电能传输系统宽范围零电压开关实现方法

在磁耦合无线电能传输(MC-WPT)系统中,由于磁性材料和金属材料的存在,气隙变化会导致线圈自感和互感发生变化,这在小气隙应用中尤为明显。该文提出一种考虑线圈参数和负载变化的宽耦合范围零电压软开关(ZVS)实现方法。该方法使用移相调制(PSM)实现了系统的恒流/恒压(CC/CV)输出。通过优化线圈结构和补偿参数,自感变化转变为有利的可变输入阻抗,从而显著地拓宽了ZVS运行范围。同时,系统无功电流降到最小。为了验证所提方法的有效性,搭建一套250 W的实验装置,实验结果表明,在气隙变化范围10~60 mm,最大自感变化范围32.88~23.84μH,最大互感变化范围19.13~6.05μH内,系统实现了最小无功电流下的宽耦合范围ZVS运行,且具备CC/CV输出特性,峰值效率达到92.5%。

基于FPGA的Boost拓扑恒流输出控制设计

传统的Boost拓扑在输出电压稳定性方面存在着一定的局限性,特别是在负载变化时的响应速度和稳定性方面。为了解决这一问题,提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的Boost拓扑恒流输出控制方法。首先,对Boost的拓扑结构和工作原理进行了详细分析,以揭示其控制需求和挑战。其次,利用FPGA实时采集输入电压、输出电压和输出电流等参数,并通过比较器比较计算出反馈信号,实现了对Boost拓扑输出电流的闭环控制。最后,通过实验验证了所提出方法的有效性和性能优势。实验结果表明,基于FPGA的恒流输出控制方法具有较好的动态响应特性和稳定性能,在应对负载变化时能够快速调节输出电流,实现了高效稳定的电源输出。该研究对于提高Boost拓扑电路的控制性能,促进电力电子领域的技术进步具有重要意义。

基于GaN的恒流型无线电能传输电路设计

为提升无线电能传输(WPT)系统的效率,利用氮化镓(GaN)器件比传统硅(Si)器件开关损耗低的优势,提出了基于GaN器件的LCL-LCC型感应耦合式电能传输(ICPT)系统与负载无关的恒流输出电路设计方法。首先对LCL-LCC补偿电路建立互感模型,推导出系统零相位角(ZPA)运行和与负载无关的恒流输出条件,提出了优化初级补偿电感的参数配置方法及设计流程。通过微调副边补偿电容值,逆变桥能实现零电压开关(ZVS)。最后,搭建实验平台验证理论电路设计的可行性。实验结果表明,对于不同负载,基于GaN器件的系统效率明显高于Si器件。

一种双反激集成无电解电容LED驱动电源

电解电容是限制AC/DC LED驱动电源寿命的主要元件,因此,消除电解电容是长寿命LED驱动电源的关键。将两个反激(flyback)变换器集成(integrated dual flyback converter,IDFC),提出一种双反激集成无电解电容LED驱动电源结构。该结构具有较高的拓扑集成度,控制方式容易实现。通过将输入功率pin和输出功率po分为pin?po和pin?po两种情况,避免了整机能量的二次变换,通过储能电容的充电和放电,平衡pin和po之间的低频脉动功率。详细分析该拓扑结构的工作原理及开关模态,给出了主电路关键参数的设计思路,最后通过实验验证该方案的正确性和可行性。

一种高功率因数无电解电容LED恒流驱动电源

发光二极管(LED)的寿命可长达10年,而以电解电容为储能元件的LED驱动电源寿命通常低于5年。为此,本文提出一种无电解电容的LED驱动电源,与其他无电解电容的LED驱动方案相比,本文提出的拓扑不但去除了电解电容,提高了LED驱动电源的使用寿命,还可实现高输入功率因数和恒流驱动LED负载,并且详细分析了这种LED驱动电源的工作原理,最后给出原理样机实验结果。

一种单级式高功率因数无电解电容AC/DC LED驱动电源略

传统的发光二极管(lighting emitting diode,LED)驱动电源一般含有电解电容作为储能元件,其寿命成为制约LED驱动电源寿命的主要因素,并且会限制功率密度进一步提高。因此,提出一种在反激变换器变压器上增加一个绕组并增加全桥辅助电路的无电解电容的LED驱动电源,其不仅去除了电解电容,延长了LED驱动电源的使用寿命,减小了驱动电源的体积,并且实现了功率因数校正,减小了输出电流两倍工频交流分量,输出电流近似恒定。本文详细分析了这种变换器的工作原理并试制了一台样机给出了实验结果。

HB-LED驱动用恒流Buck变流器控制方法研究

提出了一种适用于浮地输出Buck型HB-LED驱动器的恒流控制方法,详细分析了这种新型控制方法恒流Buck变流器的工作原理,通过控制电感峰值电流和电感电流纹波量恒定来达到输出电流平均值恒定的目的。以UC3843控制的75W Buck恒流变流器为例进行了实验研究,该变流器能够获得宽输出电压范围内约±3%的恒流精度,满足HB-LED驱动的性能要求。

电动汽车无线充电混合补偿拓扑电路分析

无线电能传输补偿方式直接影响输出电流、电压的增益特性,提出一种混合补偿拓扑电路,解决负载动态变化时输出电流、电压不稳定的问题,可应用于电动汽车恒流恒压无线充电电路。对拓扑电路原副边线圈建立等效松耦合变压器T模型,分析得出等效负载动态变化时可以实现恒流恒压输出的特性。构建仿真模型和试验台架,仿真验证电路分析的正确性。实验验证了在串/并补偿拓扑下副边稳流输出且原边逆变电流滞后电压,在串/串并补偿拓扑下副边稳压输出且原边逆变电流与电压同相。

低功耗单电源压控精密恒流源设计

设计了一种低功耗单电源压控精密恒流源,给出电路原理图,利用等效模型电路推导了电路传输特性,详细分析了转换电路的等效输出特性阻抗。仿真测试表明,电路的输出电流稳定度高,在220 kHz频率下,0--200Ω负载引起的电流波动相对误差〈1.6%。采用本文设计的恒流源电路自行研制的肉类水分快速测定仪已推广应用。

基于变补偿参数的IPT恒流恒压电池充电研究

为了简化感应电能传输(inductive power transfer,IPT)电池充电系统原边与副边电路的设计和控制复杂性,该文提出通过在原边电路加入一个附加电容和一个半导体开关的方法实现对电池恒流恒压切换充电,无需调节逆变器直流输入电压、原边移相控制及副边加入调压电路。恒流模式时,配置的补偿电容完全补偿原边线圈;恒压模式时,只需一个开关切出或者切入附加电容。该方法只需简单的通信(用于充电模式切换),没有复杂的控制策略,结构简单,成本低。实验表明,所提出方法输出的恒流和恒压随着电池等效负载电阻改变而轻微变化,但结果仍然满足电池充电要求。

一种恒定导通时间的开关电源过流保护电路设计

设计了一种适用于恒定导通时间Buck型DC-DC控制器的过流保护电路。采用两个不同限流门限技术,并对门限进行温度补偿。过流后,利用计数器对开关周期计数,当超过设定值持续过流时,实现门限降低,以达到更低的恒定输出电流。基于0.5μm BiCOMS工艺进行系统仿真验证,达到系统要求。

恒功率输入恒流输出的电容器充电电源

常规恒流充电电源输入端的功率随着输出电压的升高而逐渐增加,充电结束时输入端的功率由最大值迅速降为0,不仅需要电网能够提供近2倍于平均值的峰值功率,还会造成电网电压的波动,特别是在重复频率与工频接近的大功率应用场合时,可能造成电网滤波系统的振荡,影响供电可靠性和干扰其他用电设备。提出了一种带有储能环节的电路拓扑,使得在对负载恒流充电期间,输入端的功率保持在平均功率水平。充分利用了串联谐振电路断续工作模式的特点,无需辅助变换器,仅通过双向开关对电流的控制,可将充电初期多余能量存储到储能环节,并在充电后期逐渐将此能量向负载释放,在充电启停时刻储能环节的净增能量为0。将上述拓扑电路添加到基于DC-link的恒流充电电源中,进行了分析和控制参数推导,并在输出电流8A、最高输出电压5kV的电源上进行了实验,结果表明:充电期间直流母线提供的电流基本稳定,幅值为常规方案中最大母线电流的一半左右。