智能功率模块驱动的反激式开关电源优化设计

为了实现智能功率模块(IPM)驱动电源的高效化与低成本化,利用反激式变压器的特点,设计了一款应用于IPM驱动的隔离型多路输出反激式开关电源,对控制芯片供电电路转换时电压进行稳定性优化。仿真及实验结果表明,优化后控制芯片供电波形稳定,反激式开关电源输出在5 ms时达到稳定,误差小于2%,波纹系数小于2%。

改进反激拓扑模式下远端稳压电源控制方案

为提高远端稳压电源的供电质量,最大限度的在高可靠性前提下保证发射设备输出电压快速、平稳地达到设定值,提出一种改进反激拓扑模式下远端稳压电源设计方式,并建立相应数学模型。设计了前置论域整定的模糊比例积分微分(PID)控制算法,通过论域整定模型将模糊PID参数直接映射到模糊规则下,消除试凑法偶然性的同时消除了量化因子对误差的放大作用,有效地避免了过度调整的现象;引用模糊逻辑来实时处理远端稳压电源的动态参量值,并根据反模糊映射函数将生成的量化值映射到控制元件。仿真环境模拟结果表明:与模糊PID控制相比,前置论域整定的模糊PID控制算法具有优良稳态性能,调节时间缩短48.1%,响应时间缩短了28.6%并降低到1.4 ms;与此同时,该控制方案能够有效地抵抗突发性干扰,稳压输出时间缩短了45.5%,响应时间缩短到37.5%。实验结果表明:前置整定模糊PID控制算法可以运用到实际工业环境中,与工业环境下传统控制算法比,前置整定模糊PID控制算法可以大幅提高远端稳压电源的供电质量,具备优良的鲁棒性。

一种同步整流Buck-flyback拓扑的研究

随着数字控制芯片DSP/FPGA在模块电源中的广泛应用,其待机静态工作电流大、功耗高的问题也日益突出。采用传统的辅助电源方式难以满足设计要求。提出了一种同步整流Buck-flyback拓扑,分析了其工作原理,并推导了其稳态工作基本关系。通过构建实验样机平台,证明了理论分析的正确性。

一种双管反激级联式高位取能电源设计

在柔性直流输电系统中,高位取能电源为模块化多电平换流器(MMC)的子模块控制电路供电。随着直流输电系统电压的提升,子模块直流侧的电压也随之升高。为使高位取能电源适应更高更宽范围的输入电压,设计了一种基于双管反激的级联式拓扑。首先,介绍双管反激电路的工作原理、电流控制模式及工作模态;其次,基于变压器初级电流中位值,重新推导变压器AP值公式,与传统AP值方法进行比较;然后,基于南澳柔性直流输电换流阀的相关参数,对电源主电路进行设计。最后,搭建了一台输入电压为350~4 000 V,输出为一路400 V、两路15 V的电源样机,通过实验结果验证了设计的有效性和分析的正确性。

一种基于变压器集成的高位取能电源设计

在柔性直流输电系统中,高位取能电源为模块化多电平换流器(MMC)的子模块控制电路供电。目前普遍采用多路输入串联结构来使高位取能电源承受更高更宽范围的输入电压,因此存在电路中磁性元件过多及多路串联是否均压等问题。针对此类问题,设计了一种基于变压器集成式的双管反激拓扑。首先介绍双管反激拓扑结构及其工作模态;其次分析磁集成变压器自均压工作机理并推导磁集成变压器面积乘积(AP)计算公式;然后针对南澳柔性直流输电换流阀相关参数,对电源参数进行设计;最后搭建了一台输入电压为350~4000V的实验样机,实验结果验证了设计的有效性和分析的正确性。

基于UC3842反激式AC-DC开关电源设计

基于传统的反激开关电源使用二极管整流,开关电源损耗较大。设计了一种多路输出反激式AC-DC同步整流开关电源,输出分别为12 V和6 V。采用导通电阻极低的MOSFET代替二极管。介绍了开关电源的工作原理、UC3842内部结构、反激闭环控制以及同步整流。使用PSIM仿真软件搭建开关电源整体闭环模型,对电路进行仿真。结果表明,电路同步整流相比于二极管整流电路输出电压精度更高,同步整流输出电压、电流特性好、纹波小。

基于改进鲸鱼算法优化模糊控制的开关电源

针对反激式开关电源的控制策略问题,传统的模糊PID控制下的电源输出稳定性低,同时出现负载突变时的控制效果较差。利用鲸鱼优化算法对模糊PID控制系统进行优化,并且使用Tent映射对鲸鱼算法中初始种群进行混沌化,通过混沌鲸鱼优化算法对模糊PID控制系统中的论域进行优化,使得该控制系统下的反激式开关电源输出稳定度和抗干扰能力得到提升。基于Matlab软件完成反激式开关电源建模进行仿真研究。仿真结果表明,CWOA-FPID下的反激式开关电源的稳定性优于鲸鱼算法和粒子群算法优化下的控制器,当负载从10Ω变到5Ω时,本文下的控制策略相比较其它两个算法在电压恢复时间和电压输出突变都有显著优势。验证了改进鲸鱼算法优化的模糊PID控制器能够更好的满足反激式开关电源的控制要求。

基于同步整流控制器的ZVS反激开关电源技术分析

与准谐振电源相比,传统的零电压开关(ZVS)反激电源可进一步降低开关损耗,但其不利之处是线路复杂,成本上升。本次提出的基于同步整流控制器的ZVS控制策略可实现零电压导通,无需额外附加辅助开关和辅助绕组,具有很好的应用前景。在介绍其工作原理的基础上,给出了仿真结果,并分析了其各时间阶段的工作过程。最后,通过实际系统电路的测试验证了该方法可显著降低开关管的损耗,实现较高的工作效率,并具备成本优势。

准谐振Flyback开关电源的设计

为了减小开关电源的体积,其开关频率必须高,但频率高势必会带来电磁干扰,对此软开关提供了解决方案。STRF6672是为实现准谐振反激变换器而设计的一种专用开关电源芯片。首先介绍了专用芯片STRF6672,详细分析了其内部结构和工作原理,根据准谐振的原理和芯片特点设计了Flyback准谐振开关电源的主电路。最终的实验波形表明,该设计实现了功率管的软开关,减小了损耗和电磁干扰,具有稳定性好、可靠性高、电路简单等特点。

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。

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。

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。

多路输出反激式开关电源设计研究

三相变频器逆变环节IGBT的稳定可靠性,很大程度上依赖于其驱动模块供电电源性能。全面分析了多路输出反激式开关电源的设计流程和关键要点,重点分析了反激变压器和电压反馈电路的设计计算方法,给出了用于优化反射电压的匝比调整具体计算公式。基于UC3842电源控制芯片完成了4路输出反激式开关电源设计实例,为该类电源设计提供了理论指导和实际样例参考。通过Saber仿真软件验证了设计实例的可行性,并根据所设计电路制作了样机,进行了关键性能测试。实验结果表明所设计电路输出电压稳定,纹波小,达到了设计要求。

一种基于准谐振技术的反激电源设计

为了解决大功率电池充电机内部辅助电源损耗大、效率低的问题,设计了一种基于准谐振技术的反激电源。针对传统反激电源存在的开通损耗和干扰问题,介绍了准谐振反激电源谷底检测和触发功能的工作原理和实现方法。详细介绍了一种额定功率为65W的准谐振反激电源的电路设计,在此基础上利用仿真软件搭建准谐振反激电源的电路模型,通过仿真初步验证了谷底锁定和触发功能。最后,制作了一台电源工程样机,进行了实物验证。实测结果表明,该反激电源采用准谐振控制方式,实现了谷底锁定和触发功能,可根据负载大小自动切换触发谷底,在全负载范围内都可达到较高效率,最高效率可达85%。

高压宽范围辅助电源研究与设计

辅助电源作为电力电子功率变换装置中的重要组成部分,在直流输电、太阳能发电站、风能发电站等系统中面临高压宽范围的应用需求。针对高电压宽范围输入导致的开关管应力、成本以及效率问题,基于串联开关管反激变换器进行了原理分析和参数设计,设计了一台300~900 V输入、24 V输出的100 W辅助电源样机。相比传统方案,该拓扑通过稳压管钳位可以简单有效地降低开关管电压应力,拓宽选择范围,改善效率,实现高压宽范围输入内稳定运行。最后进行相关实验,结果验证了所设计的高压宽范围辅助电源方案的可行性和正确性,实现了低成本、宽输入范围、高应力的高效电能转换。

基于DK125次级反馈式反激开关电源设计

针对传统反激式开关电源PWM芯片控制环路设计复杂、外围元器件多的问题,设计了一种基于DK125芯片的反激式开关电源,输出电压12V电流2A。为了满足开关电源的安全性和电磁兼容性要求,设计了输入保护电路以及EMI滤波电路。本文详细介绍了变压器的设计过程,包括初级电感量、磁芯型号、绕组匝数以及气隙宽度的计算。利用PC817、TL431以及DK125的配合实现了输入/输出的隔离和电压反馈。测试结果表明:输出电压12V稳定,满足设计要求。

基于单端反激式变换器的矿用本安电源设计

煤矿井下恶劣环境对电源系统的可靠性和安全运行提出了要求。针对目前煤矿用本安型电源存在体积大、成本高且可靠性差等问题,通过分析研究,采用一种新型单端反激式变换器的全桥拓扑结构设计方法,并在此基础上对开关电源工作原理及硬件电路进行优化设计。该方案主要包括功率放大电路、驱动电路以及保护电路,其中功率放大电路将直流电压转化成所需电压信号,再经功率管放大后传输给驱动电路,从而使得直流母线能够正常工作,同时还要保证驱动电路与主控板之间的通信功能良好。最后,利用MOS管对电流进行采样处理以便后续运算,最终完成本安电源的设计。实验结果表明,所设计方案具有较好的可行性。

基于OB2263芯片的多路开关电源设计

为实现小功率开关电源的微型化、高效化和低成本,设计了一款基于OB2263的反激式开关电源,主要包括EMI滤波电路、整流滤波电路、开关管驱动电路、尖峰吸收电路、输出整流及滤波电路、输出反馈电路、过压保护电路等。对各部分电路所涉及的参数和设计过程进行分析并搭建电路验证设计的合理性。结果表明:设计的开关电源可以提供3路DC15V/9A输出和3路DC6V/3A输出,具有稳定性好、精度高、效率高、纹波少的特点,验证了设计的正确性。

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。

多路输出反激式开关电源的设计与仿真

在多路输出电源系统的研究中,多路的设计一般是通过增加高频变压器绕组来实现,通常只能对主路输出进行反馈调节,辅路往往达不到调节效果,会产生交叉调整率的问题。采用UCC28C43控制芯片设计了一款5 V/2 A、12 V/1 A、15 V/0.5 A的三路输出反激式开关电源,在输出电压发生改变时,通过调节PWM输出保证电源的稳定性。此外,为了改善负载的调整率,还对开关电源设计了零-极点补偿网络和基于加权电压反馈的双闭环反馈回路。在二者的共同作用下,负载调整率有了显著的改善。最后,运用PSpice仿真软件对开关电源的整体电路进行了建模设计,验证了本设计的正确性。