一种混合耦合电感和开关电容的高增益变换器

为实现用于可再生能源系统的更高电压增益,传统的升压式结构常与相同模块级联以产生高的升压系数。针对此方案效率低和成本高的问题,提出了一种混合耦合电感和开关电容的高增益DC/DC变换器,可在较低的占空比下具有高电压增益;同时具有连续的输入电流、高效率以及输入和输出之间的共地特征。详细分析了新拓扑结构的性能,并与其他高增益升压变换器进行了比较分析。最后,实验结果证明了所提变换器的正确性和可行性。

基于MPC的耦合电感飞跨电容双向DC/DC变换器功率均衡解耦控制策略

耦合电感功率变换器因耦合电感阻抗、电感值等参数差异易导致功率不均衡。针对耦合电感飞跨电容双向DC/DC变换器,提出一种基于模型预测控制(MPC)的功率均衡解耦控制策略。通过对变换器原理进行分析,建立基于电感电流解耦的数学模型,得到包括电感电流和飞跨电容电压等6个控制变量的解耦控制方法。在此基础上,提出基于MPC的功率均衡解耦控制策略。同时,为降低MPC算法的运算负荷,根据解耦控制模型重构模型预测价值函数,实现各控制变量独立动态寻优,使系统能在稳定控制输出电压及飞跨电容电压的同时,实现两相耦合电感的功率均衡控制。最后,通过理论分析及实验对所提策略进行有效验证。

利用参考电压注入的Buck变换器电感电容估计

电路的元件参数,尤其是电感和电容值,严重影响着Buck变换器的控制性能。提出了一种参考电压脉冲注入法用于电感和电容的在线估计。为了提高Buck变换器中电感和电容值的估计精度,利用原稳态和新稳态构建满秩状态方程,在线推导算法所需寄生参数和负载电阻。研究基于电感伏秒特性和电容电荷平衡特性的精确离散时间变换器模型,为元件参数估计奠定了基础。通过给参考电压注入短脉冲信号,并使用PID控制器对电路中的电感电流和输出电压进行调节,建立了用于参数估计的瞬态和新稳态。利用瞬态中采样的电压和电感电流估计电感和电容值,避免了稳态时的收敛问题。基于提出的平均电感电流估计算法,电流采样频率降低至开关频率。最后,在Matlab/Simulink平台上进行了仿真验证,结果表明:即使在考虑实际噪声的情况下,电感和电容值的最大估计误差分别小于2%和4.2%;相较于其他参数估计算法,参考电压脉冲注入方法的引入有效提高了参数辨识的估计精度,有助于Buck变换器系统控制性能的提升。

并联电容器叠层母排寄生电感建模及测量方法

并联电容器母排的寄生电感是电力电子变换器换流回路总寄生电感的主要部分,寄生电感易导致电压过冲,因此需要精确提取和计算叠层母排的寄生电感。这里首先以一种5电容器并联的叠层母排为研究对象,建立了多电容器并联叠层母排的电感计算模型;在此基础上,提出一种可对母排寄生电感进行直接测量的实验方法,规避了在母排上连接电容器所产生的误差。最后,使用该方法对叠层母排寄生电感值进行实验测量,并将测量结果与有限元仿真计算结果进行对比,测量结果与仿真结果的偏差在2%以内,验证了所提方法的有效性和准确性,从而为叠层母排的低感设计提供了测量验证的基础方法。

基于矩阵磁结构的平面电感寄生电容优化设计

当平面电感的单层绕组匝数超过一匝时,外侧绕组间存储的电场能量会导致寄生电容偏大。为降低平面电感寄生电容,文中将一个电感拆分为多个分立电感以实现单层一匝的绕制方案,并分析分立电感方案与单磁心方案在铁损、铜损和体积方面的变化。针对分立电感体积增大这一问题,进一步提出矩阵磁方案,给出两电感、四电感磁集成结构。有限元仿真结果表明,相接近的体积下,矩阵磁方案降低了77%的寄生电容,并减小了69%的铜损。最后,搭建一台Buck变换器。功率实验结果表明,矩阵磁结构平面电感具有更优的性能。

基于开关电感/电容的直流升压变换器设计

针对传统直流升压变换器电压增益不高、能量转换效率较低的问题,结合开关电感、开关电容模块的优点,规避两模块独立使用的缺点,提出一种新型高增益非隔离型直流升压变换器。全文就该变换器的主要性能与一些常用高增益变换器进行了对比研究,证实了该变换器具有电压增益高、开关管/二极管电压应力低等优点。最终通过PSIM仿真及实物验证,证实了该新型变换器的有效性,可用于驱动需要高电压的传感器。

探究如何利用谐振电路准确测量电容和电感

当正弦波信号源的输出达到某一频率时,RLC电路的电流达到最大值,即产生谐振现象.目前大多数实验主要是通过描绘RLC串并联电路的相频特性、幅频特性曲线来研究RLC电路的谐振现象,进一步测定谐振曲线、电路品质因数Q值等.那么,能不能利用RLC电路的谐振特性反过来测量电路中的电容和电感呢?为此,本文首先通过谐振电路理论推导得出测量电容及电感的实验原理,然后进行大量的实验探究和数据分析,得出了准确测量电容和电感的条件.

大尺寸电力电容器杂散电感提取方法研究

变流器换流回路存在的杂散电感对于功率半导体器件的影响巨大,然而准确提取大尺寸电力电容器的杂散电感难度较大。目前,对电力电容器杂散电感标准的提取方法为放电法,但是该方法不适用于包含多谐振频率的电容器。由于积分法提取母排杂散电感的精度高,故将积分法推广到提取大尺寸电力电容器杂散电感,明确误差校正过程,将积分法结果作为准确结果。积分法虽然精度高,但是会占用大量试验资源,并存在高压安全风险,效率较低。因此,文章提出了一种基于阻抗分析仪的杂散电感提取方法,详细介绍了测试工装和阻抗补偿方法。将阻抗分析仪测量结果与积分法测量结果进行对比,其误差小于7.3%,证明了基于阻抗分析仪提取方法的准确性,并且该方法不存在高压试验风险,测量便捷、复用性强、效率高。

超导储能电感用于重接型电磁推进电源的研究

为了验证高温超导储能电感作为重接型电磁推进脉冲电源的可行性,采用Ansoft Maxwell 3D建立了重接型电磁推进器瞬态仿真模型,脉冲电源的设计结合了多模块储能电感串联充电和并联放电的模式,电路中采用转换电容器限制断路开关工作过程中的高电压。电感和电容参数都对最佳触发放电位置有一定的影响,即对驱动线圈电流脉冲的上升沿时间有影响。因为驱动线圈建立磁场的速度决定抛体感应出的涡流大小,抛体受到的驱动力与驱动线圈磁场大小和磁场建立的速度都有关。在多级推进系统的参数设计时,除了减小触发放电位置外,还需适当地减小驱动线圈的电感和减小转换电容的参数。

双电感集成LLC谐振变换器原理与设计

针对传统LLC谐振变换器输出电压增益低、开关频率远离谐振频率时效率下降的问题,提出一种双电感集成LLC谐振变换器。它将两个结构相同、谐振电感值不同的谐振单元进行结合,并将其集成在一个磁性元件上,采用辅助开关管控制辅助电感的工作状态实现电路模式的转换。将不同工作方式中影响增益的重要参数分别进行了可视化分析,选取两种模式增益曲线相交处作为模式最佳切换点,并搭建电路模型和集成电感3D模型进行仿真,验证理论的正确性。最后,进行合理的参数设计,搭建实验样机,验证了所提变换器的工作状态、软开关特性和增益特性等关键性能指标。与传统LLC谐振变换器相比,所提拓扑能在相同的频率范围内实现更高的增益,电感体积较集成前减小30%,变换器效率最大可达93.4%。

串联电池组电感电容储能主动均衡方法

提出一种基于电感电容储能的串联电池组主动均衡方法,利用一个电感实现高电量单体的放电均衡,一个电感电容串联电路实现低电量单体的充电均衡,均衡能量可以在任意单体和电池组间转移。首先阐述新型均衡方法的拓扑结构、均衡原理及参数设计过程,建立与拓扑结构相适应的控制策略;通过搭建仿真模型,与同样基于电感电容储能的均衡方法进行对比分析,验证新型均衡方法均衡速度及均衡效率的特点,并分析新型均衡方法拓扑结构较为显著的成本优势;最后以四单体构成的串联电池组为例,通过搭建实验平台验证了电池组充电过程、放电过程及动态过程新型均衡方法的有效性。

双面散热功率模块的低电感多端集成电容

双面散热功率模块能有效提升逆变器的功率密度,成为车用电机控制器的发展趋势。为了匹配双面散热功率模块的超低寄生电感,急需高性能的低电感集成电容。然而,现有集成电容存在构-效机理不明、基础模型缺失和设计方法匮乏等问题,成为限制双面散热功率模块性能的关键技术瓶颈。该文结合功率器件的开关工作机制,基于场-路映射分析方法,采用有限元仿真工具,揭示集成电容的磁场分布和电流路径规律,建立集成电容的寄生电感模型,理论模型和仿真结果之间的误差小于16%。为了降低集成电容的寄生电感,衍生了六种集成电容的设计结构,揭示端子布局与寄生电感之间的构-效规律,提出多端集成电容的概念,寄生电感约为32 nH,可以降低47%的寄生电感和21%的电压过冲。对标商业化集成电容产品,实验结果验证了所提多端集成电容在开关损耗、关断电压、能量密度等性能方面的技术优势。该文的研究,为低电感集成电容提供了新的模型方法,为高功率密度车用电机控制器提供了新的研究思路。

考虑频变特性的共模电感宽频段阻抗建模方法

共模电感由绕组和磁芯组成,锰锌铁氧体可以作为共模电感的磁芯,其高频参数的频变特性使共模电感的阻抗特性在150 kHz~30 MHz内呈非线性。针对传统共模电感集总电路模型与实测阻抗特性存在较大偏差,难以准确预测共模电感在高频段阻抗特性的问题,分析磁芯材料参数与绕组绕制方式对共模电感高频阻抗特性的影响;从共模电感分布电容特性的角度阐述磁性材料参数与绕组结构对分布电容大小的作用机理;提出考虑磁芯相关频变参数的共模电感宽频段阻抗仿真建模方法,结合阻抗测试验证所提方法的有效性。

双开关二次型结构的耦合电感高增益DC-DC变换器

在能源危机和环境问题的背景下,高电压增益的DC-DC变换器成为利用可再生新能源不可或缺的环节。基于此,提出1种双开关二次型结构,使传统的二次型Boost变换器的电压增益得到有效提升,且降低了开关管的电流应力。结合开关电容和耦合电感,提出1种电压增益极高的双开关二次型结构耦合电感高增益DC-DC变换器。该变换器具有电压增益高、2个开关管同相、开关管和输出二极管电压应力低和多个二极管实现零电流关断的优点。详细分析了变换器的运行原理和稳态性能,包括电压增益推导、元器件电压电流应力等。制作了1款120 W样机,验证了理论分析的正确性和变换器的可行性。

基于SiGe工艺多抽头电感结构的紧凑型Wilkinson功分器

为了解决传统Wilkinson功分器损耗高、尺寸大的问题,从功分器的理论分析出发,将传统的微带线结构和LC集总式结构进行改进,在隔离电阻处引入频率补偿电容,设计一种新型的多抽头电感结构的紧凑型宽带二等分功分器。所设计的功分器基于0.18μm SiGe BiCMOS工艺。射频/微波电磁仿真显示,在8~16 GHz的频带范围内,功分器的分配损耗小于0.8 dB,隔离度大于20 dB,端口回波损耗大于15 dB,核心电路版图面积仅为0.30 mm×0.25 mm,可满足宽带功分器低损耗、小型化、高隔离度的设计要求。

改进型高增益耦合电感Boost-Sepic变换器

针对光伏电池输出电压等级低、稳定性差的问题,本文将Boost-Sepic变换器进行改进,并加入耦合电感与开关电容两种增益单元,提出一种高增益耦合电感组合Boost-Sepic变换器。首先将组合后的Boost-Sepic变换器中输入电感替换为耦合电感原边,保证输入侧电流连续并钳位开关管电压;同时将耦合电感倍压单元与开关电容进行串联以提高电压增益。采用无源钳位吸收回路回收耦合电感漏感的能量,抑制开关管两端产生的电压尖峰。详细分析了Boost-Sepic变换器的工作模态、电压增益、开关器件电压/电流应力及器件参数的选择,并与其他高增益变换器对比。最后,通过200 W实验样机验证了变换器的可行性与正确性。

基于紧耦合电感臂电桥的弱信号电容传感器检测电路设计

电容传感器作为信号检测系统的感知部件,在进行信号测量时,由于信号的微弱和寄生电容的干扰,将难以实现信号的精准测量.为解决这一问题,针对当前最新的测试系统提出了改进方案:在C-V(电容-电压)转换电路中,用相互耦合的电感替换交流电桥的两个固定电阻臂,再用差动式接入的电容传感器替换另外两个电阻臂,如此便构成了改进后的紧耦合电感臂电桥.通过改变紧耦合电感臂电桥中两个电容传感器的微小变化量,对所提的CV转换电路在Multisim仿真软件中进行仿真实验,实验结果表明:检测电容的分辨率可以实现至飞法级别,检测灵敏度可以实现至49 mv/fF.相比改进前的方案优势具有较大的提高,与理论分析一致.这样,使用所提的弱信号检测方法在灵敏度、分辨率方面均高于改进前的检测方法,达到对较弱信号的检测.同时,一些降噪措施被提出用来抑制寄生电容的影响,进一步提高了所提电容传感器检测电路的性能.

如何测量功率回路中的杂散电感

影响IGBT和SiCMOSFET在系统中的动态特性有两个非常重要的参数:寄生电感和寄生电容。而本文主要介绍功率回路中寄生电感的定义和测试方法,包括直流母线电容的寄生电感,直流母排寄生电感以及模块本身的寄生电感。

新型电容电感测试仪校准装置的设计与实现

针对使用电容器和电抗器对电容电感测试仪进行校准时面临的校准程序复杂、维护成本高、误差过大的技术问题,设计了一种新型电容电感测试仪校准装置。该校准装置包括档位自动切换模块、输出比例控制模块、移相切换模块、电流放大调整模块及控制模块,通过将测试仪需要测量的电容值与电感值转化为电压电流的相位关系实现标准值的溯源。设计中依据电流输出范围将标准值划分为7个档位且各档位间自动切换,可以有效提高校准精度。实验测试结果表明,电流放大调整模块输出电流的稳定度可达到10^(-4)量级,对其在2与20 V输入电压下电容量及电感量标准值的测量不确定度分别进行评估,校准电感量与电容量相对扩展不确定度均优于0.15%,证明其测量不确定度满足设计要求。

汽车电线电容和电感的数值计算

汽车电线的电容和电感是汽车电线束电磁兼容分析计算的重要基础参数,本文通过整理计算公式,给出数值计算示例,方便查表并快速应用。