无线电能传输系统全桥逆变器性能优化研究

针对无线电能传输系统中全桥逆变器开关管的开通和关断存在振铃,能量传输波形纹波大,导致逆变器温升大和工作不稳定的问题,进行了电路建模分析,开展了全桥逆变器性能优化研究。首先,对逆变器开关管驱动电路进行了简化,建立了RLC串联谐振电路模型,分析了驱动电路结构参数对逆变器性能的影响规律,得出了优化方法;其次,分析了逆变器纹波大的问题,给出了优化方法;最后,搭建了300 W无线电能传输系统并进行实验。实验结果验证了优化方法的正确性和有效性,逆变器性能得到了改善,温升得到了有效控制,系统传输效率提高了5.3%,整机效率达到了89.3%。

基于格拉姆角场与并行CNN的并网逆变器开关管健康诊断

针对并网逆变器开关管实际运行中易出现缺陷状态而导致电压/电流波形异常的问题,提出了一种基于格拉姆角场与并行卷积神经网络(CNN)相结合的逆变器开关管健康诊断方法,以实现对逆变器进行监测及预测性诊断。采集逆变器输出端电压与电流信号,设定并计算虚拟电阻参数再将其转化为一维时序序列;利用格拉姆角场对其进行变换,提取出与逆变器开关管缺陷相关的格拉姆角和场与格拉姆角差场2组图像数据;将生成的2组图像同时送入CNN进行并行学习训练。实验结果表明所提方法及训练模型能及时有效地对逆变器异常状态进行诊断,且诊断准确率高,鲁棒性好。

基于混合式调制的矩阵变换器谐波抑制方法

矩阵变换器在通过输入电压高频调制合成输出电压过程中不可避免地会出现高频谐波,该谐波不仅影响输出侧性能,也会通过矩阵变换器双向开关的切换降低输入侧性能。针对上述问题,提出一种混合式调制方法用以改善矩阵变换器输出侧性能。首先,详细分析了抑制幅值最大相频繁开通调制方法的工作原理及在抑制输出侧高频谐波方面的不足;其次,提出通过对输入输出扇区的判断,在不同扇区内分别采用减少开关管切换次数和避免幅值最大相频繁切换的混合式调制方法,分析并推导该调制方法下的开关序列分布规律及作用时间表达式;最后,搭建样机进行试验验证,试验结果表明利用所提混合式调制方法来进一步抑制输出侧高频谐波是可行且有效的。

一种高速SRG功率变换器及其CCM风电控制

提出一种无主开关管的新型开关磁阻发电机(SRG)功率变换器拓扑,在高速运行和连续导通模式(CCM)下分析其励磁和发电两阶段工作过程,并与通过开关角控制的经典不对称半桥功率变换器进行对比,发现两者的励磁和发电工作过程基本相同。进一步通过仿真和实验,获得新型功率变换器在高速CCM时的相电压、相电流等结果与理论分析相吻合,并获得转速、励磁电压、发电电压、功率四者的约束关系,从而优化输出功率时可采用调节励磁电压和发电电压的方式,相比于不对称半桥功率变换器,两者的发电输出能力相当。最后,以变速风电应用为例,给出控制策略,无需转子位置检测和风速检测,基速以上无桨距角调节,证实了所提新型功率变换器及其控制策略在高速CCM运行时的有效性。

基于GaN器件的有源箝位正激变换器设计

有源箝位正激变换器因为开关管的软开关控制,可以降低高频下的开关损耗,已是中型功率隔离变换器实现高效率、高功率密度的主流解决方案。文中基于有源箝位正激变换器设计一款输入28 V、输出3.3 V/30 A的电源样机,开关频率为700 kHz,原边主开关管采用低栅极电荷、低输出电容、零反向恢复损耗的氮化镓(GaN)器件,再结合平面变压器技术及次级同步整流(SR)技术,使样机峰值效率达到95.13%。最后通过对样机测试结果分析来验证方案的高效率和高功率密度。

一种两级式宽范围输入的高位取能电源设计

介绍了一种用于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的宽范围输入高位取能电源设计方法,根据电源高电压、宽范围输入和多路小功率输出的特点,电源采用两级式结构。第一级源变换器采用输入串联输出并联(Input-Series Output-Parallel,ISOP)的反激拓扑,主要实现降压功能;第二级负载变换器采用三路单独的反激电路,保证精准调压。在此基础上,设计了一台输入电压DC 400~3 500 V、输出电压DC 15 V/15 V/400 V的高位取能电源样机。通过最高输入电压下开关管源漏极电压波形和不同负载下输出电压波形,证明了该设计方案可在宽输入范围内可靠运行,有效地减小了单个开关管所承受的电压应力并且具有优良的带载性能。

一种用于双GM计数管的量程控制测量方法

实现双盖格-米勒(Geiger-Müller,GM)计数管量程扩展测量的关键是双GM计数管量程切换控制技术,该技术可使探测器自动选择合适量程的GM计数管进行测量。但是由于两种不同测量量程的GM计数管存在性能差异,传统的将测量量程分成两个区域的方法会导致双GM计数管在量程交叠区域内线性拟合度较低。为了提高双GM计数管在测量量程交叠区域内的线性度,提出了一种量程控制测量方法。该方法将测量范围划分为低量程、中量程以及高量程三个区间,并且还可在三个测量量程之间进行快速自动切换,其中在中量程测量中,分别将两个GM计数管获得的数据进行加权处理。采用^(241)Am源和^(60)Co源进行双GM计数管探测器电路测试,初步测试结果表明:设计的双GM计数管探测器可实现在三个测量量程区间内快速自动切换。同时,双GM计数管在剂量率交叠区域1000~10000μGy·h^(−1)中的线性拟合度得到改进,使得在251~25130μGy·h^(−1)的测试范围内,双GM计数管的测量线性度提高至0.9991,有效地提高了双GM计数管的整体测量线性度。

一种全固态高压脉冲调制开关的设计与实现

针对某雷达线性脉冲调制器电路故障率高的问题,通过计算和测量电路主要参数,分析实际电路特性,总结了影响线性脉冲调制器电路稳定性的主要因素。在此基础上,提出了一种基于固态开关管为主要器件的调制器电路,给出了电路器件的选配标准和计算方法,并设计了具体电路,为有效提高线性脉冲调制器电路平均无故障时间提供了具备可行性的方案。

基于推挽电路的大功率直流电源设计

基于PWM控制的推挽式DC-DC直流升压电路的系统结构,设计了一款2 k W大功率直流升压变换器。该推挽拓扑结构采用2组高频变压器并联的升压方式,用1组驱动信号同时驱动2个开关管,转换效率高,对器件的参数要求不高。最后研制出了额定直流48 V输入,直流310 V输出,2 k W功率的DC/DC变换器。通过实验证明该变换器具有较高的效率与实用价值。

双G-M计数管量程切换控制技术

宽范围γ剂量率监测一般需要多个G-M计数管,而多管量程自动切换是保证探测器正常工作的关键技术。双G-M计数管量程切换控制技术采用串联在G-M计数管阴极处的三极管作为开关管,控制计数管通路的开合,从而控制计数管的高压通断,达到选择不同量程计数管的目的。该技术具有控制简便,切换平稳,工作可靠等优点。

开关管电压浪涌的产生机理分析

在一些功率变换器中，由于寄生电感和寄生电容的存在，使得功率变换器中的开关管在工作过程中，产生较大的电压浪涌，不仅产生噪声，而且会增加开关管的功率损耗．本文以一种具有PFC功能的单级。隔离式AC－DC功率变换器为例，利用开关管关断时的等效电路模型，分析了功率变换器中的开关管在关断时产生电压浪涌的机理．为提高功率变换器工作的可靠性、降低功率变换器的体积和重量、减小噪声污染，文中给出一种简单有效的的抑制措施．

150kV脉冲X光机

介绍了基于Marx发生器原理设计的脉冲X光机,在设计Marx发生器时选择了正负极充电,极间电容耦合为Z形回路的Marx发生器线路,采用低抖动场畸变开关和固体低感电阻为结构元件,低感陶瓷电容作为储能元件。Marx发生器通过高压电缆和X射线管连接,得到脉冲X光机特性为：输出电压100-150kV;0.25 m处的X射线剂量约为90.3×10^-7C/kg;脉冲宽度约为70 ns。具有性能稳定、结构紧凑、使用方便等特点。

高压开关管使用可靠性技术研究

高压开关管是脉冲功率装置中的关键元件 ,在使用过程中主要存在触发失败和触发管自击穿 2种失效模式 ,若不妥善地解决高压开关管存在的上述技术问题 ,将严重影响脉冲功率装置的正常工作。笔者主要讨论解决上述问题的技术途径与措施 。

基于D类放大的高效率音频功率放大器设计

为提高功放效率,以适应现代社会高效、节能和小型化的发展趋势,以D类功率放大器为核心,以单片机89C51和可编程逻辑器件(FPGA)进行控制及对数据的处理,实现了对音频信号的高效率放大。系统最大不失真输出功率大于1 W,可实现电压放大倍数1～20连续可调,并增加了短路保护断电功能,输出噪声低。系统可对功率进行计算显示,具有4位数字显示,精度优于5%。

一种双GM计数管切换方法的实现

该方法用于一种便携式辐射测量仪,仪器内部使用两个高低量程卤素计数管,测量过程中高低量程自动转换是其关键技术。常规方法采用阳极转换,需要高压继电器或其他高压开关器件,该方法采用阴极转换电路,电路由三极管、低压常闭干簧管继电器、阴极信号采集电路组成,该方法相比常规方法具有低压切换、切换可靠性高、低功耗的优点。

正极性操作冲击电压下流注发展过程中空间电场变化规律

流注放电过程具有弱发光、电离程度高等典型特征,定量分析流注发展过程中光信号和空间电场跃变规律,对于加深流注放电过程机理认识、提升间隙绝缘性能具有重要意义。利用电场传感器、光电倍增管、罗氏线圈等设备搭建光电联合检测系统,对正极性标准操作冲击电压下10 cm针–球间隙的放电发展过程中瞬时光功率、空间电场和接地极放电电流进行测量。试验结果表明:电晕起始时,流注产生紫外光并引起空间电场的畸变,针电极头部发光越剧烈,其附近出现的强电荷群在空间建立的电场也越大;间隙击穿时,空间电场畸变明显,流注发光先于间隙击穿被光电倍增管测量到,有负极性电流流过地电极。通过对不同电压下的瞬时光功率和电场进行对比分析可知,利用电场传感器可判断流注的起始时刻以及流注电离的剧烈程度。

含毛刺缺陷的球-板长空气间隙流注放电特性

换流站阀厅均压屏蔽球表面的毛刺缺陷会对其放电特性产生较大影响,为此搭建以光电倍增管、光电集成电场传感器为主要检测手段的光电联合测量系统,分别开展3 m棒-板、球-板、带毛刺球-板长空气间隙的正极性操作冲击放电试验,获得了放电发展瞬时光功率及空间电场信号。试验结果表明:3种间隙结构的初始流注起始时延、初始流注场强跃升幅值、畸变电场恢复时间等放电过程特征参数有较大差异。以球-板间隙为基准,棒-板间隙的上述3个参数降低幅度最为明显,而当球表面存在3 mm微小毛刺时,上述参数值分别降低了33.4%、68.7%、68.8%,并且与棒–板间隙参数值相近,表明毛刺的存在很大程度上改变球-板间隙的放电特性,因此应严格控制均压屏蔽球表面加工和安装工艺,避免毛刺及其他缺陷产生。该研究成果对于加深长间隙放电过程机理认识、提升间隙绝缘性能具有重要意义。

正极性长空气间隙放电先导梯级发展特性

先导放电是长空气间隙放电发展的主导过程,获得其放电通道光学形态和瞬时光功率幅值,对于分析先导发展特性具有重要意义。利用光电倍增管、高速相机等设备搭建了3m棒-板长空气间隙放电观测系统,对正极性标准操作冲击电压下放电发展过程中瞬时光功率进行测量,并同步拍摄了放电通道的光学图像,试验结果表明:在相同的操作冲击电压下,长间隙放电先导通道存在梯级发展的多个分支;利用光电倍增管响应速度快的特性,采集放电通道的瞬时光功率信号,结合高速相机拍摄的高速图像,获得了长空气间隙先导发展速度的时空分布特征,起始时发展速度较快,约为2.25×10^(5)m/s,随后先导头部流注受正电荷所形成的畸变电场的抑制,发展速度减缓至5.21×10^(4)m/s。试验观测数据进一步揭示了棒-板间隙先导发展的特征,可为后续棒-板长间隙试验以及物理模型研究提供参考。

延时可控高压脉冲发生器的设计

将数字延时及高压脉冲形成电路结合在一起构成高精度的高压脉冲发生器,用于触发Marx发生器及高压脉冲触发装置,也适用于高压雷管起爆装置以CPU 8031为控制核心,采用VE4137A型高电压、大电流、低抖动、快速氢闸流管构成高压脉冲形成级,MOSFET作为驱动级。延时可控,延时范围为10ns至99μs,连续可调,数显;高压脉冲幅度为5～30kV,前沿小于16ns,脉宽大于300ns,抖动小于10ns。

级联H桥光伏逆变器开关管开路故障诊断

多电平逆变器包含大量的半导体开关,以级联H桥光伏逆变器为例,针对开关管开路故障提出一种快速故障诊断和处理方法。在载波的顶端或底端采样每个H桥模块的输出电压,将其作为判断开关管开路故障的判据。诊断完成后,采取相应的措施降低故障程度。该方法可在一个载波周期内完成故障开关管的精确定位。实验结果验证了该方法的有效性。