低电感大电流场畸变开关的研制

论述了场畸变开关的工作原理、物理设计和结构设计,实验验证其能同时达到低电感(≤40 nH)、低抖动(约21ns)和大电流(峰值>500 kA)等指标,同时还讨论了开关的设计和实验的改进措施。

快放电直线变压器型驱动源用场畸变型低电感气体火花开关

快放电直线变压器型驱动源(FLTD)是组建大型脉冲功率源的新技术,作为其中的关键器件,气体火花开关的动态工作特性对FLTD驱动的负载电流参数有重要影响。为了减小开关电感,简化开关结构,设计了一种三电极场畸变气体火花开关。根据开关内部充电过程和触发过程电场分布的数值计算结果,优化了开关结构,并对开关的静态充电特性和动态触发特性进行了实验,获得了开关电感的估算值。不同气压下开关静态击穿电压稳定,分散性小;±80kV充电电压下,开关工作稳定,触发特性良好;电压工作系数>70%情况下(充气压力<相应自击穿电压下气压的130%),触发击穿延时<40ns,抖动<2.5ns。实验结果表明,设计的低电感气体火花开关结构简单,动态触发特性能够满足FLTD对气体开关的要求;更小的开关电感有望提高FLTD感应腔的输出电流参数。

一种低输入电流纹波高增益软开关DC-DC变换器

针对新能源发电系统输出电压低、电压稳定性差等问题,提出一种非隔离型低输入电流纹波高增益软开关直流变换器。该变换器结合有源钳位技术和耦合电感与二极管-电容倍压结构,提高了变换器的电压增益,降低了开关器件的电压应力。耦合电感自身漏感有效缓解二极管反向恢复问题,并通过有源钳位网络回收利用了漏感的能量,开关管无关断电压尖峰。利用耦合电感漏感,所有开关管均实现了零电压软开关,提高了变换器的效率。详细分析了变换器的拓扑结构与工作原理,并对电压增益、器件电压电流应力、软开关等电路性能进行了分析。最后,搭建了一台40 V输入、400 V输出、额定功率为160 W的试验样机,实验验证了该变换器具有低输入电流纹波、高电压增益、高变换效率和低电压应力等优点。

低气压直流转换开关开断能力研究

直流转换开关被广泛应用于特高压直流输电工程,用于系统运行方式的切换。其多采用无源自激振荡的技术路线,具有结构简单、性能可靠等优点。该文以直流转换开关为研究对象,通过SF6气体低气压特性分析,结合直流转换开关开断过程灭弧室的气流场仿真分析结果,优化气流通道,设计出适用于低气压环境的大容量开断装置。采用了低频振荡电流法等效直流电源进行直流转换开关的电流转换能力验证,分别在不同电流、不同气体压力时进行电流转换试验。由试验结果可知,随着开断装置充气压力的降低,电流转换的能力下降率达到10%~25%,且燃弧时间较长。通过仿真和试验研究,为低气压条件下直流转换开关的设计和电流转换能力评估奠定了基础。

200kV/100kA低抖动环轨式场畸变开关

研制了一种 2 0 0 k V/10 0 k A环轨式场畸变开关。该开关以 Ar、N2 、SF6 及 SF6 /N2 、SF6 /Ar混合气为工作介质 ,试验结果表明 :开关自击穿电压最大偏差 <4 % ;欠压比≥70 %时 ,抖动极差 <2 ns,标准方差抖动≤ 1ns;通道数≥ 3;开关工作范围极大 ,欠压比≥ 2 0 %时抖动极差 <5

场畸变火花开关控制100kA冲击电流发生器

介绍一种紧凑型 4/ 10μs冲击电流发生器用于氧化锌电阻片的大电流耐受试验。用充气式场畸变火花开关控制 ,可适应 2 0～ 110 k A的电流要求而不调节间隙距离。开关噪声小 ,工作稳定。

200 kV小型低电感气体开关

为减小脉冲功率源装置的体积,对场畸变三电极轨道气体开关和两电极轨道气体开关结构进行了小型化低电感设计,采用电磁场仿真软件对局部结构进行优化,对初步设计的触发开关和自击穿开关在不同气压（0～0.3 MPa）和不同气体介质（N2,SF6,以及二者混合）条件下的击穿电压及导通电感等进行了研究.研究表明：小型触发开关和自击穿开关在0～0.3 MPa气压范围内自击穿电压随气压具有较好的线性关系;相同气压下SF6气体的自击穿电压约为N2气体的两倍;N2与SF6压力按3∶2混合的自击穿电压约为纯SF6气体的0.8～0.9倍;内部充入0.25 MPa气压的SF6气体时,触发开关和自击穿开关均可在190 kV左右正常工作.根据实验中出现的开关沿面击穿现象,对开关的沿面绝缘能力进行了优化设计,并得到了实验验证.另外通过短路放电测试,得到触发开关电感约22 nH,自击穿开关电感约20 nH,开关导通电流大于20 kA,多次放电后电极烧蚀痕迹分布均匀.

同轴型场畸变气体火花开关的研制

介绍了为DPF-300型脉冲电流源同步放电系统研制的同轴型场畸变火花开关。通过电场数值计算,对场畸变火花开关的设计进行了验证,对开关的自击穿特性及触发特性进行了实验研究。试验表明,所设计的同轴型三电极场畸变气体火花开关与原DPF-200型所用开关相比,具有电感小、触发特性好等优点。

磁集成开关电感低纹波高增益Cuk变换器

为提高变换器电压增益,减小变换器输出电流纹波,在Cuk变换器中引入开关电感并对开关电感及输出滤波电感进行磁集成.利用电路理论对引入磁集成开关电感的Cuk变换器进行模态分析,并分析了变换器输入输出电流纹波与磁集成耦合系数的数学关系,给出了变化关系曲线和磁集成耦合度最优设计区域及设计方法.利用电路仿真软件对引入磁集成开关电感的Cuk变换器进行了电路分析仿真验证;设计了变换器实验样机,并进行实验测试.电路模态分析表明引入开关电感后Cuk变换器的电压增益提高了(1+D)倍,且开关电感磁集成耦合度不影响变换器的电压增益.磁集成耦合系数的数学关系分析结果表明合理的耦合度设计可以同时使输入输出电流纹波减小,仿真和实验结果验证了理论分析的正确性,表明Cuk变换器引入磁集成开关电感后能够提高电压增益,同时减小电流纹波.

基于耦合电感的对称式交错并联低输入电流纹波高增益DC-DC变换器

针对高电压增益、大功率应用场景,提出一种基于耦合电感的对称式交错并联DC-DC变换器。该电路拓扑结合了交错并联与耦合电感的优势,一方面扩大了变换器的容量,降低了输入电流纹波;另一方面可以利用耦合电感的匝比来调节电压增益,提高了变换器的灵活性。由于两相电路耦合在一起,且完全对称,可以实现自动均流,因此,不存在功率失衡问题。通过集成开关电容单元(SCU),并将其扩展至n个,进一步提高了电压增益,避免了耦合电感匝比过高的问题,同时还降低了功率器件的电压应力,因此,可以采用低电压等级、高性能的半导体器件来提高变换器的工作效率。分析该变换器的工作原理、稳态性能,并制作一台额定功率为1kW的样机,实测变换器的最高效率为97.34%,满载时(1kW)效率为94.64%。实验结果验证了理论分析的正确性,以及所提变换器的可行性。

适用于三电平逆变器的电流谐波最小脉宽调制策略

受限于散热条件,大功率牵引传动系统中逆变器开关频率通常很低,三电平逆变器由于在低开关频率下具有较小的输出谐波、较低的dv/dt等特点在中高压大功率领域中被广泛应用。以三电平中点钳位型逆变器为研究对象,提出一种电流谐波最小脉宽调制策略(CHMPWM),基于加权总谐波畸变最小的优化目标求解不同开关角个数下的开关角曲线,与目前应用较为广泛的特定次谐波消除脉宽调制进行谐波性能对比。该方法不会完全消除特定次数的谐波成分,但是总体电流谐波可以达到最小。针对电流谐波最小脉宽调制策略在实现过程中存在的困难,设计全速度范围基于电流谐波最小脉宽调制的多模式调制策略。仿真和实验结果表明,提出的调制策略具有良好的谐波性能,与理论分析结果一致。

两开关伪连续导电模式Buck-Boost功率因数校正变换器

提出两开关伪连续导电模式(pseudo continuous conduction mode,PCCM)Buck-Boost功率因数校正(power factor correction,PFC)变换器及其控制策略。利用两开关PCCM Buck-Boost PFC变换器电感惯性模态所提供的一个额外控制自由度,可实现单位功率因数控制,并明显改善传统单开关Buck-Boost PFC变换器、两开关连续导电模式(continuous conduction mode,CCM)Buck-Boost PFC变换器和两开关不连续导电模式(discontinuous conduction mode,DCM)Buck-Boost PFC变换器的性能。与两开关DCMBuck-Boost PFC变换器相比,两开关PCCM Buck-Boost PFC变换器减小了电感电流纹波。仿真与实验结果表明,两开关PCCM Buck-Boost PFC变换器的负载动态响应速度明显快于传统的两开关CCM和DCM Buck-Boost PFC变换器。

1/10μs冲击电流发生器的研制

介绍了研制的 1/ 10μs冲击电流发生器设计原理和基本参数。放电稳定、工作范围宽的充气式场畸变火花开关控制放电 ,工作电压 13～ 4 4 k V。

1200RS／1200LRS系列电感器

Murata Power Solution推出新的1200RS和1200LRS系列电感器，适用于中低电流开关电源电路的电源线滤波。整体的铁氧体屏蔽使其适用于易受电磁干扰（EMI）的设计中。通孔、径向引脚器件具有紧凑尺寸，直径为10.5mm，高度为8.5mm，支持PCB受限空间设计。1200LRS系列的电感值范围为6.8μH-22mH，

DPF能源装置的研制

介绍了由脉冲电容器、开关组成的DPF能源装置及其调试,详述了场畸变火花开关、接插口及传输线的设计要点。该装置储能12.5 KJ,回路电感约57 NH,在工作电压为25 KV、负载为50 NH时,输出冲击电流峰值>400 KA、击穿延时<80 NS、击穿时间分散性<15 NS、周期约12.5ΜS。