高压直流LCC谐振变换器的分析与设计

设计了一种基于LCC串并联谐振电路的高压直流电源。通过对LCC谐振电路的详细分析 ,绘出了电路工作于主模式的状态轨迹图 ,并推导了其稳态时的解析表达式 ,根据此解析表达式画出了LCC谐振电路的负载曲线 ,为LCC谐振电路的参数设计提供了一种有效的设计方法。最后 ,根据此曲线设计了实验参数 ,给出了实验结果。

高压大功率场合LCC谐振变换器的分析与设计

具有电容型滤波器的LCC谐振变换器十分适用于高压大功率场合,由于具有三个谐振元件,变换器在工作中呈现出多谐振的过程,使得分析与设计繁琐复杂。本文分析了其工作原理,采用基波近似法得到了该变换器的等效交流电路,在此基础上推导了它的数学模型,提出了一种详尽的设计方法,该方法简单、直观并且准确,可以保证所有开关管在全负载范围内实现零电压开关,减小电流应力、轻载环流和开关频率的变化范围。通过一台输入100V,输出16.5kV/230mA,采用变频控制的样机验证了设计的正确性。

倍压整流型LCC谐振变换器轨迹控制启动策略

倍压整流型LCC谐振变换器兼顾了串联和并联谐振变换器的优点,具有高电压增益、抗负载短路、兼容变压器寄生参数等能力,已成为医用X光机高压发生器的优选拓扑。然而,倍压整流器中的电容参与谐振,增加了谐振元件数量,导致变换器的动态特性更复杂,进而对建模和控制提出更高的要求。传统的基波近似法和线性控制难以实现精确建模并跟踪控制指标。对此本文采用状态平面分析法,通过分析变换器的工作原理建立各模态归一化状态轨迹方程。在此基础上,提出一种状态轨迹控制启动策略,通过设置谐振电流限幅值,根据输出电压变化规划最优路径,使状态变量在最短时间内跟踪谐振腔最优轨迹,以此计算最佳开关频率。最后,在50 kW/140 kV的样机上验证所提建模方法的准确性和控制策略有效性。实验结果表明,所提方法有效提升了启动速度,实现了不同电压等级之间的快速切换,抑制了谐振腔电流、电压过冲。

串并联谐振倍压变换器高压电源的设计与研究

为了满足高电压小电流特别是小体积的要求,设计了一种软开关变换器(串并联谐振倍压变换器)的技术方案。该变换器的优点在于利用谐振元件吸收了电路寄生参数,消除了电路寄生振荡。并实现开关管的零压开通。同时利用倍压整流技术,解决了传统高压电源方案中升压变压器升压倍数大、体积笨重、制作难度大的问题。与传统的串并联谐振变换器相比,该变换器采用容性滤波模式,使串并联谐振变换器在高压小电流的应用中得以实现。简要分析了该变换器在工作负载时的工作原理,并利用正弦交流法建立了系统数学模型,绘出了变换器的输出特性曲线图。提出了一种适用于LCC谐振倍压电路的参数设计方法。实验结果证明了该新型变换器原理和理论分析的正确性。

LCC谐振变换器的优化设计与实现

LCC谐振变换器是电除尘高频高压电源的核心器件,十分适用于高压大功率场合;因此研究一种方法使LCC谐振变换器的设计更加方便准确,更好的增强电源性能,提高电源工作效率非常重要的;针对连续模式应用于电除尘高频高压电源的不足,采用LCC谐振变换器断续模式进行优化设计;首先分析了带RC负载的LCC谐振变换器断续模式(简称DCM)的工作原理及拓扑结构,采用状态空间法推导了其数学模型,研究并建立了新颖的LCC谐振变换器断续模式下的损耗模型;在此基础上提出了一种基于遗传粒子群算法的LCC谐振变换器优化设计方法;这种优化设计方法使得系统实现了软开关技术,电源损耗得到了有效抑制,设计过程直观、准确;并在现场通过一台72KV/85KW的电除尘高频高压电源样机验证了其正确性。

用于直流电网的高压大容量DC/DC变换器拓扑研究

随着世界范围内大力发展直流电网,作为直流电网中关键器件之一的高压大容量DC/DC变换器的研究尤为重要。针对目前关于DC/DC变换器研究主要集中于中低压小功率场合的现状,该文首先从多个角度对直流电网用的高压大容量DC/DC变换器进行了需求分析;其次,对现有文献中提出的适用于直流电网的DC/DC变换器拓扑进行了研究,并将输入端串联输出端串联(input-series output-series,ISOS)结构和低压DC/DC变换器相结合,提出了用于直流电网中输入端和输出端均为高电压场合的ISOS型DC/DC变换器。比较分析了不同拓扑变换器的电压变比、开关器件的电气应力和故障处理能力等,为选择合适的高压大容量DC/DC变换器拓扑提供了依据。

LCC谐振倍流整流DC/DC变换器的研究

针对传统直流变换器在硬开关下的开关损耗大及整流二极管电流电压应力、反向恢复等问题,提出了一种采用倍流整流方式的串并联谐振DC/DC变换器。在低压大电流应用场合下,该拓扑可以提高变换效率,简化变压器及滤波电感的设计。论述了变换器主电路的工作过程,在基波近似的基础上进行变换器的交流稳态分析,最后得出仿真及实验结果。

多电平均压型直流变换器输入电流纹波抑制策略

多电平均压型直流变换器(MVBDC)在中高压直流变换领域具有良好的应用前景,然而随着电平数的提高,MVBDC中谐振单元数目增加,易引起较大的输入电流纹波,进而影响变换器效率和器件寿命。该文以常见的耦合型和解耦型MVBDC为例,在分析MVBDC输入电流纹波与各级谐振电流之间关系基础上,提出一种输入电流纹波抑制策略。通过调整各谐振电流之间的相位,可有效降低MVBDC输入电流纹波、提高变换器效率。最后,通过搭建仿真模型和实验平台验证了上述理论分析的正确性和有效性。

基于国产嵌入式芯片的全数字控制轨道交通高压直流LLC电源研究

[目的]采用高效率LLC(电感、变压器、电容)拓扑结构的高压直流电源在轨道交通领域应用广泛。但由于LLC电路的变频控制特性,难以实现全数字化,且国产化研究滞后,故有必要开展相关研究。[方法]基于上海先楫半导体科技有限公司(以下简称“先楫”)HPM6300系列的全数字控制LLC高压电源电路,采用一次谐波近似法分析并建立电路模型;分析了电路系统程序的控制流程;通过搭建功率为1.5 kW的原理样机,进行试验验证。[结果及结论]证实了采用国产先楫嵌入式控制芯片HPM6300 MCU(微控制单元)来搭建LLC试验样机,并通过PFM(脉冲频率调制)+PWM(脉冲宽度调制)混合控制能够实现宽范围输入,能快速稳定电压输出,后续可采用不同的控制方式,在结构上进行改变,以实现宽范围输入。

大功率高压LCC谐振电源重要参数研究与设计

LCC谐振变换器克服了单一的串联谐振变换器(SRC)或并联谐振变换器(PRC)的缺点,同时具备二者优点,还具有很多传统谐振变换器以外的优点,如较小开关频率范围实现宽线性和负载调制,同时能保持很好的效率,实现全调频范围内的软开关。这些优点让LCC谐振变换器十分适合大功率高压电源。针对大功率高压电源中的LCC谐振变换器参数提出详细的分析和设计过程,并通过Saber仿真进行验证分析。

大功率高压LCC谐振电源重要参数研究与设计

LCC谐振变换器克服了单一的串联谐振变换器(SRC)或并联谐振变换器(PRC)的缺点,同时具备二者优点。还具有很多传统谐振变换器以外的优点,如较小开关频率范围实现宽线性和负载调制,同时能保持很好的效率,实现全调频范围内的软开关。这些优点让LCC谐振变换器十分适合大功率高压电源。针对大功率高压电源中的LCC谐振变换器参数提出详细的分析和设计过程,并通过Saber仿真进行验证分析。

应用于下一代数据中心高压直流配电系统中的高频软磁铁氧体器件

作为数据中心大国,我国数据中心建设飞速发展。与数据中心节能、安全密切相关的高压直流(HVDC)配电系统研究成为热门课题。基于氮化镓(Ga N)、碳化硅(SiC)的第三代半导体器件,是HVDC配电系统LLC谐振变换器的首选电路拓扑,降低高频铁氧体变压器的功率损耗对该电路的效率提升起着极为重要的作用。介绍了国外应用于该电路的高频铁氧体磁性材料的研发状态,及降低变压器绕组导线损耗的研究成果。

新型高压直流电源的研制

研制的电压连续可调的高压直流电源,电源主要由两部分构成,第一部分为高频AC/D C变换单元,设计实现过流、过压保护和输出电压调节的功能;第二部分为高频D C/D C变换单元,主要由全桥串联谐振变换器组成,其工作在谐振状态,可以改善电路的高压打火问题。两部分都引入高频变换,能够减小系统体积和降低输出直流电压的纹波,最后给出了设计实例以及相应的测试结果。

一种用于X射线测厚仪的高压直流电源

研制了一种用于X射线测厚仪的高压直流电源。电源主要由两部分构成,第一部分为高频AC/DC变换单元,设计实现过流、过压保护和输出电压调节的功能;第二部分为高频DC/DC变换单元,主要由全桥串联谐振变换器组成,控制其输出准正弦波电压,经高频升压变压器馈入到倍压整流电路得到直流高压,采用谐振变换器可以实现软开关控制,同时准正弦波相比于方波其含有的谐波成分少,可以改善由于电路分布参数引起的谐振过电压造成的高压打火问题。两部分都引入高频变换,可以减小装置体积并降低输出直流电压的纹波系数,最后给出了设计实例以及相应的测试结果。

医用小功率高压直流电源的数字控制研究

LCC谐振变换器克服了高压变压器寄生参数的影响,并能够在宽负载范围内实现开关管的软开关,逐渐成为高压直流电源主流拓扑。分析了该变换器的电压增益特性,给出一种数字变频控制方案,硬件电路简单,可以实现宽负载范围内的软开关。通过一台输入20 V,输出1 000 V/5 mA的原理样机验证了方案的可行性。

混合式直流断路器的多路隔离驱动电源设计

驱动电源是保证混合式直流断路器稳定工作的关键设备之一。为此提出了一种新型的多路隔离驱动电源系统结构,驱动电源采用全桥LCL谐振网络保持电流输出特性,以高压电缆线和光纤作为电气隔离介质,通过磁环实现多路输出。分析了多路隔离驱动电源的系统结构中的各个模块作用以及全桥LCL谐振变换器的工作过程。设计了变压器和磁环、LCL滤波器参数。通过Simplorer和Maxwell仿真软件对多路隔离驱动电源进行了仿真研究,结果证明变换器可获得良好的恒流特性,输出更加稳定。最后搭建了一台每路输出3 W、0.6 A的多路隔离驱动电源的实验样机,验证了可行性和有效性。

高压谐振型DC-DC变换器的调压调频控制方案

为解决高压开关电源高频化过程遇到的变压器分布参数对性能影响的问题 ,采用谐振变换器技术方案 ,通过调整回路参数 ,使变换器工作在谐振状态 ,减少了系统的损耗。建立了包含 Buck变换器、谐振变换器、高压变压器和倍压整流器的直流高压开关电源系统仿真模型。通过仿真 ,分析了谐振变换器工作过程 ,研究了主回路电气参数对谐振变换器的影响。仿真说明谐振变换器工作在感性状态开关损耗较小。实验结果验证了仿真分析的正确性。

采用三闭环控制的超低频高压电源设计

为了满足交联聚乙烯(XLPE)电缆对检测电源的要求,设计了一种采用两个高频高压变压器作为升压变压器的超低频高压电源。详细阐述了系统的硬件设计及软件控制策略,优化了变压器的结构及绝缘,大大缩小了变压器的体积及质量,减小了变压器的分布参数。并根据电路拓扑的特点,首次采用先进的三闭环控制技术,动态地对高频部分及低频部分的输出进行了监控与调整,减小了高频高压变压器分布参数对电源性能的影响。同时对采样数据采取了分段化的处理方法,大大减小了程序的计算量,使它能够应用于单片机控制。采用所设计的35kV/0.1Hz电源对电气特性等效于XLPE电缆的高压电容(1.5μF)进行了实验,其总谐波畸变率(THD)为2.76%,完全满足IEEE 400.2标准对总谐波畸变率<5%的要求。实验结果验证了理论的可行性与正确性。

大容量高频高压变压器的研究与设计

设计了一台可用于高压直流电源系统的,参数为10kW,20kV,40kHz的大容量高频高压变压器。磁心尺寸采用典型Ap法设计,副边绕组匝数较多,采用分段分层设计有效较小了分布电容;绕制完成后对其分布电容和漏感进行了实验测量,并采用有限元方法对分布电容进行仿真计算。将所设计的大容量高频高压变压器应用于LCC谐振变换器,借助电路仿真软件得到了理想的原边谐振电流波形和充电电压波形。电路仿真结果良好,证明变压器工作特性稳定,分布参数对电源系统影响较小,也由此说明高频高压变压器设计的合理性。