单管逆变拓扑结构感应加热电源IGBT保护系统研究

阐述了单管并联逆变准谐振拓扑结构感应加热电源谐振系统的工作原理,分析了单管逆变感应加热系统IGBT主要失效模式及现有浪涌保护系统及其缺陷,提出了两级阶梯式IGBT保护系统的概念,即系统实时监测电网交流电压,根据电压变化的幅度和变化率对IGBT进行保护。最后设计了保护系统电路硬件和软件,并进行了相关测试验证。

单管逆变ICPT系统两种补偿网络的对比研究

针对无尾果蔬机在使用过程中电机负载不断剧烈变化容易造成单管感应耦合电能传输ICPT(inductively coupled power transfer)系统中开关管和副边整流管损坏等问题,系统研究了单管逆变ICPT系统拓扑及其并联-并联PP(parallel-parallel)和并联-串联PS(parallel-series)补偿网络电路特性。通过建立数学模型,分别分析了PP和PS补偿网络各个参数间的关系,给出了其对应的电压增益和输出电压特性曲线;并用电路仿真软件分别对PP、PS系统在负载动态切换时的开关管耐压与输出电压波形进行了仿真。分别搭建了PP和PS补偿下额定输出功率为1 kW的单管逆变ICPT系统样机,对理论分析和仿真结果进行了实验验证。

巷道LED灯用单管逆变无线供电系统研究

针对目前矿山井下利用有线方式给巷道LED灯供电时更换灯具存在的不方便以及安全性问题,本文研究了一种巷道LED灯的无线供电装置。设计了单管逆变无线供电主电路,基于互感等效模型详细分析了单管等效电路的工作模态,对输入补偿网络的瞬态电压进行了正弦拟合,分析了单管逆变电路的恒流特性。对电压增益以及电路软开关的实现进行了详细的分析,最后通过实验验证了单管逆变无线供电电路的恒流特性。

单管逆变拓扑结构感应加热系统损耗研究

详细阐述了单管并联逆变准谐振拓扑结构感应加热系统的工作原理,通过理论分析,结合实践测试,分析单管并联逆变拓扑结构感应加热系统电磁线圈和功率器件IGBT在三种工作模式下的主要损耗,分析出磁距和损耗之间的关系,并提出在实际设计工作中如何用简单的方法控制和调整磁距。

基于多线圈阵列的单管无线电能传输电路优化

针对多线圈的单管无线电能传输系统提出一种P#型LCC-S补偿网络和输入电流纹波抑制方法,以改善输入电流波形、降低输入电流THD及纹波,从而提高系统效率。该文首先分析P^(#)型LCC-S补偿网络的工作模态和波形,同时给出P^(#)型LCC-S补偿网络参数的计算方法;其次推导了三线圈在非均衡耦合情况下输入电流与输入电压、线圈互感、负载阻抗等参数间的解析关系,利用傅里叶变换分析了输入电流的构成,并对交流分量进行移相抑制;最后搭建实验平台并进行相关实验验证。实验结果表明,在额定传输功率下,纹波抑制后系统效率最高达88.2%,验证了该方案的有效性。

单管无线电能传输系统主电路参数的优化设计

常见的单管逆变电路只能在开关管开通或关断期间实现能量传输。本文提出了一种单管感应耦合式电能传输系统,该系统不仅可以实现零电压开通和零电压关断,而且在两种开关状态下都能传递能量。为了使该设计方案能够高效、稳定地传输能量,给出一种基于电压传输特性的主电路参数设计方法。在对主电路进行动态分析的基础上,对其谐振网路进行了等效变换,得出系统的电压增益函数。在优化原副边谐振频率的过程中得出了开关管实现ZVS的条件和系统实现最大电压增益的参数配置。完成了系统全局最优设计。最后通过仿真和实验验证了设计的正确性。

单管感应电能传输系统参数全局优化

针对单管感应电能传输系统参数优化中存在的设计参数约束少、参数非全局最优等问题,提出一种参数全局优化算法。将系统效率最高作为目标函数,以原副边电感、电容等关键器件的电压、电流大小为约束条件,将工作频率、原副边电感、电容作为优化变量,建立系统的非线性规划数学模型,采用智能优化算法进行模型解算。为避免算法收敛于局部最优,设计了"遗传算法+模式搜索"的混合算法,即在遗传算法求得最优解的基础上,采用模式搜索进行深度优化。仿真和实验结果表明,提出的方法能从全局角度对系统进行整体优化,单次优化得到所有最优参数,减少了工作量;求解时的混合优化算法具有较优的全局搜索能力,可用于其他约束优化问题。

基于SiC器件的单管无线电能传输电路研究

传统无线电能传输电路多采用全桥或半桥逆变拓扑,该拓扑电路及控制方式相对复杂、可靠性较低;单管LC谐振逆变电路具有结构简单、无直通问题、可靠性高、可实现零电压开通(zero voltage switching,ZVS)等优点。但是由于LC谐振的影响,该拓扑开关管耐压较高,普通Si器件无法满足需求。为此,该文研究一种基于碳化硅(silicon carbide,Si C)器件的单管LC谐振逆变无线电能传输系统。采用互感等效的方式,给出参数详细设计方法;搭建基于Si C器件的单管无线电能传输平台,通过实验比较电路采用Si C器件和采用Si器件在驱动特性、输出特性、负载特性和效率特性上的不同,验证将Si C器件应用于单管逆变无线电能传输电路的可行性。

用单个开关管实现1000W感应耦合式电能传输

针对传统半桥或全桥逆变式感应耦合电能传输系统具有主电路及控制电路复杂等特点,提出了一种单管感应耦合电能传输系统,该系统可以实现零电压开通和零电压关断,且在两种开关状态下都能实现电能由感应线圈原边向副边传递。建立了该系统的等效电路模型,对其进行了谐振分析,得出了实现零电压开通的理论临界条件,给出了调频控制方法的流程图。实验结果验证了方案的正确性。

寻轨机器人用无线充电系统的研究

传统寻轨机器人的动力电池采用接触式充电方式,充电时容易因机械接触磨损而导致接触不良。为解决该问题,研究了一种单管感应耦合电能传输ICPT(inductively coupled power transfer)无线充电系统。该系统由前后两级电路组成,前级采用单管ICPT系统进行非接触电能传输,后级采用充电管理芯片LTC4020控制的Buck-Boost电路对锂电池进行快速充电。介绍了所研究寻轨机器人无线充电系统结构及原理,对前级主电路进行了四阶段电路等效、工作过程分析、电路建模、补偿网络设计和软开关设计;对后级充电管理电路进行分析和设计。设计了一台样机,对前级电路开关管耐压、流过电流和输出电压进行了仿真和实验,并通过充电实验验证了所研究充电方案的正确性。

一种ICPT系统松耦合线圈尺寸匹配的设计方法

传统ICPT系统中,松耦合变压器的发射线圈(Tx)尺寸与接收线圈(Rx)尺寸的最优匹配参数的求取,一般通过系统建模来推出Tx和Rx间的互感,并辅以大量实验来获得,既缺少理论依据又浪费人力物力。针对这一问题,提出了一种通过仿真观察Rx中电流密度变化规律来获得Tx和Rx尺寸最优匹配参数的设计方法。首先求取单管逆变ICPT系统之原边并联副边并联(PP)结构下的系统去耦等效电路模型,据此推导出Rx上的电流密度与互感、系统传输功率及效率的关系;据此利用有限元仿真软件对Rx线圈电流密度随Tx线圈内外半径变化的规律进行了仿真,对Rx线圈电流密度及磁耦合线圈互感值随Tx线圈内外径半径变化的规律进行了仿真,并对Rx电流密度与互感变化对应的规律进行了对比。综合仿真结果确定了松耦合线圈最优尺寸下,Tx与Rx外径比值,该参数与企业通过实验总结出的经验值相吻合。

一种ICPT系统松耦合线圈最佳径距比的设计方法

传统的感应耦合电能传输（ICPT）系统中，松耦合变压器接收线圈Rx的半径与发射线圈Tx到接收线圈Rx之间的距离h的最佳比例系数，即径距比），的求取，是通过系统建模来推出Tx和Rx间的互感值，并辅以大量实验来获得的。针对这种缺少理论依据并浪费人力、物力的问题，本文提出了一种通过仿真观察Rx中电流密度变化规律来获得Rx半径与h比例系数的最佳值的设计方法。首先求取单管ICPT系统之一次侧并联、二次侧并联（PP）结构下的系统去耦等效电路模型，据此推导出Rx上的电流密度和互感M、系统传输功率的关系；并通过公式分析，确定Rx电感L1与Tx电感三：的比值a和系统的耦合系数A的取值，来确定在不同频率下厶和三：的值，从而建立仿真模型，利用有限元仿真软件对），的最优值进行研究。相比于通过线圈互感值来优化线圈的方法，本文中的电流密度可以通过软件直接观测到，形象而且直观，节省时间和成本，有效提高设计效率。综合仿真结果确定了松耦合线圈最佳径距比γ，该参数与企业通过生产实践总结出的经验值相吻合。

机器人无线充电电路设计

传统机器人充电采用插拔式的充电方式,但由于多次的插拔导致接触的磨损而接触不良,造成机器人无法正常充电。本文针对机器人充电的特性研究一种基于单管耦合式的无线充电系统,利用单个开关管实现逆变,再经过耦合变压器将能量传输至副边再整流输出为机器人充电。本文对机器人无线充电系统进行了设计,分析了单管逆变器的工作模态,对单管逆变补偿网络进行了设计。

单管双端逆变感应耦合电能传输系统的研究

目前在几十瓦以上的感应耦合电能传输场合，电源主电路一般采用半桥、推挽及全桥电路拓扑，由这些电路拓扑制作的产品显得体积大、成本高，难以被广泛普及。然而现有单管电路拓扑受传输功率较小的限制，其应用局限于为手机、平板电脑等小功率电器充电的场合。本文旨在突破单管电源传输功率小的技术瓶颈，从单个开关管既可实现零电压导通又可实现零电压关断、系统在开关管导通和关断期间均可传输能量的思路出发，来研究用单个开关管逆变电路拓扑实现1．0千瓦感应耦合式电能传输系统及其控制方法。

用于EFIs的小型脉冲高压源设计

针对爆炸箔起爆系统(EFIs)用脉冲高压源体积大、电路转换效率低的问题,设计一种基于单管谐振逆变和倍压整流电路的两级升压拓扑结构的小型脉冲高压源。利用PSpice仿真对小型脉冲高压源电路关键参数进行优化设计,并对输出参数和关键波形进行仿真分析。在仿真分析基础上选择小型化元器件,对印制电路板(PCB)进行布局设计并调试。经过反复实验验证,结果表明,采用新拓扑的小型脉冲高压源能够满足EFIs对升压的要求,与现有的脉冲高压源相比,变压器体积减小50%,高压源体积减小35%,变压器功率大幅度降低,逆变效率得到了有效提升,该设计能够满足EFIs小型化的要求,对其适用于更广泛的武器平台有一定的指导意义。