一种CC/CV平滑切换的宽输出电压充电电路

目前多种动力蓄电池凭借着能量密度高、续航里程长和可循环使用等优势,在新能源汽车领域得到了广泛应用。针对当前以谐振电路为基础构建复合变换器应用于蓄电池充电存在输出电压范围、模式间切换、效率等不同问题,提出了一种四开关Buck-Boost与电容钳位LLC级联复用式变换器作为充电电路。该电路增益曲线的容性区和感性区均可工作,宽调频范围的容性区具有恒流特性,感性区的最佳谐振点具有恒压特性,利于实现蓄电池恒流恒压充电控制。频率与占空比的解耦控制拓宽了变换器的输出电压范围,且负载阻抗连续变化下电压增益连续,利于实现蓄电池恒流恒压平滑切换及满足不同电池充电控制方案,宽增益下的宽调控范围可减少输出纹波。拥有桥臂间移相软开关、复用桥臂增强软开关能力和降低通态电流、变压器低磁链及最终移动于最佳谐振点工作等电路特性,利于实现电能高效传输。仿真与实验结果验证了充电电路全程满足ZVS、ZCS的恒流恒压控制及充电模式间平滑切换特性。

一种多波长激光器的多模式驱动研究

介绍了一种多波长半导体激光器驱动系统的设计,该系统采用了压控电流源与PicoLAS模块混合驱动的方法,具有效率高、体积小、电路简单可靠、易于系统集成等优点,为半导体激光器的驱动设计提供了一种选择和参考。

基于频率切换的S/LCL补偿恒流恒压型WPT系统研究

由于传统的插入式系统结构繁杂且频繁插拔容易发生电火花等危险,因此无线电能传输(wireless power transfer,WPT)系统凭借其固有的优势得到了广泛的研究,逐渐融入各种工业应用中.为了确保电池的性能及使用寿命,有效地为电池提供所需的恒定充电电流和恒定充电电压是非常必要的.然而在充电过程中,电池的等效电阻会发生显著变化从而导致系统很难在近似零相位角(zero phase angle,ZPA)运行下同时实现与负载无关的恒流输出和恒压输出.鉴于此,提出1种基于S/LCL补偿的WPT系统,该系统可以在2个固定频率下实现具有ZPA运行的恒流和恒压输出.最后,搭建了1台恒流充电为3 A和恒压充电为80 V的验证性实验样机,验证了所设计的WPT系统的正确性和可行性.

基于GaN的恒流型无线电能传输电路设计

为提升无线电能传输(WPT)系统的效率,利用氮化镓(GaN)器件比传统硅(Si)器件开关损耗低的优势,提出了基于GaN器件的LCL-LCC型感应耦合式电能传输(ICPT)系统与负载无关的恒流输出电路设计方法。首先对LCL-LCC补偿电路建立互感模型,推导出系统零相位角(ZPA)运行和与负载无关的恒流输出条件,提出了优化初级补偿电感的参数配置方法及设计流程。通过微调副边补偿电容值,逆变桥能实现零电压开关(ZVS)。最后,搭建实验平台验证理论电路设计的可行性。实验结果表明,对于不同负载,基于GaN器件的系统效率明显高于Si器件。

变频控制LLC谐振恒流变换器研究

为探索LED(Light Emitting Diode)驱动的方法,以期提高LED输出亮度的稳定性,针对其控制恒流输出的问题提出了变频控制的LLC谐振变换器。设计的LLC半桥型谐振变换器具有开关工作频率高、掉电保持、允许输入电压范围宽、效率高、重量轻、体积小、 Electromagnetic Interference噪声小和开关应力小等优点,所以其是LED恒流输出很好的拓扑选择。采用变频控制方法,结合Power Simulation软件进行了仿真分析,仿真结果表明,变频控制的LLC谐振变换器具有良好的稳态性能和瞬态性能,对工程应用具有实际意义。

一种新型双向三电平倍流LCL-T谐振直流变换器

随着蓄能锂电池恒流充电方式的普及,针对双向车载充电机中传统电压源直流变换器不具备自然恒流输出问题,提出一种新型双向三电平倍流LCL-T谐振直流变换器,其由LCL-T谐振结合三电平级联中性点箝位有源桥构成。由于耦合变压器级联的特殊方式,有源桥各子桥臂可独立或并行工作,据此可设计不同的调制方式控制谐振腔输入电压,建立变换器一倍、二倍准恒流模式。为实现双向功率传输特性一致,谐振腔器件参数采用对称设计,进而研究了一种受归一化频率fn、品质因数Q控制的LCL-T谐振准恒流输出,并考虑无功功率控制和实现开关管零电压开通,设计满足给定准恒流输出精度的输出工况筛选算法。最后通过所搭建的仿真平台和实验样机证明所提变换器在各模式下均能实现给定精度内的准恒流输出。

并联混合拓扑的抗偏移恒流输出无线充电系统

为了抑制耦合线圈偏移导致系统输出电流的波动,设计基于参数优化的LCC-S并联混合型抗偏移恒流无线充电系统。首先建立LCC-S混合补偿拓扑的电路模型,总结分析系统输出电流与耦合线圈间互感和负载的关系。利用DDQ(double-D quadrature)线圈结构解耦特性,消除混合型电路的交叉互感。其次提出混合电路参数优化设计方法,实现系统最大偏移范围内稳定输出。实验结果表明,在耦合线圈的0%~50%的偏移范围内,接收端可实现变负载条件下10 A恒流输出,且电流变化率均不超过5%。

基于频率切换的LCC-S型IPT系统恒流/恒压输出研究

为实现感应电能传输(Inductive Power Transfer,IPT)系统在变负载条件下的恒流/恒压高效输出,提出一种基于频率切换的LCC-S型IPT系统参数配置及优化方法。从LCC-S补偿拓扑入手,分别得到系统恒流或恒压零相位角(Zero Phase Angle,ZPA)输出的条件方程,并推导了电流增益、电压增益与系统参数之间的定量关系;进一步通过定义系统的输出增益比,分析了恒流/恒压模式下输出增益、负载电阻与整体效率的关系;在此基础上,通过选取最佳的输出增益值,使得系统整体效率达到了全局最大化。仿真结果表明,负载电阻在3~300Ω的变化范围内包括恒流/恒压模式切换瞬间都能保持稳定的输出,并且恒流/恒压模式下均能实现ZPA运行,同时系统整体效率都维持在90%以上。

一种新的超声刀能量发生器的设计与验证

目的目前国内超声刀的品牌越来越多,但关于超声刀能量发生器的研制和参数优化的相关文献非常少。该文旨在研发一种新的超声刀能量发生器,用于进行不同控制模式、不同参数调节的研究工作。方法自主设计超声刀能量发生器硬件,使用FPGA+DAC构成直接数字合成器(DDS)实现频率调整,采用开关型E类功率放大器来降低系统发热;在算法设计上,采用小步长频率跟踪策略,使系统工作于谐振状态,同时采用PID算法实现恒电流和恒功率输出;最后开展性能测试实验。结果DDS调整频率的最小步长为0.0116Hz,频率跟踪在切割过程中始终保持锁相稳定;恒电流输出使超声刀在空载和带载状态下均具备良好的切割性能,工作过程中电流波动小于1mA,切割速度随着电流的增大明显加快。在带载状态下,300mA恒电流模式切断小肠时间为(8.01±0.35)s,热损伤宽度为(3.57±0.23)mm。结论该方案下的超声刀能量发生器可以实现高精度的频率跟踪和稳定的恒流输出,该套设备为超声刀能量发生器的设计提供了可行的方案。

动态无线充电系统功率波动抑制技术研究

设计了一种新型的双通道动态无线充电系统耦合机构,以解决动态无线充电系统在分段式发射导轨切换处的功率跌落问题。通过LCC-LCC型补偿拓扑,设计了两路能量传输通道,利用LCC-LCC补偿拓扑的恒流特性,推导了系统输出以及损耗与两通道耦合参数之间的关系,实现了较为稳定的功率传输,提升了系统的抗偏移特性以及抗跌落能力。最后对所提方法进行了仿真和实验,验证了双通道动态无线电能传输方案的可行性。

单管多重并联恒流恒压无线充电实验平台设计

采用全桥逆变电路的无线电能传输(wirelesspowertransfer,WPT)系统存在直通问题,采用单管逆变电路的WPT功率有限。该文提出一种基于单管多重并联结构的恒流恒压WPT方案,并搭建实验平台验证其有效性。首先,使用S-LCL/S补偿网络实现恒流恒压输出,并通过Saber仿真系统搭建了单管多重并联恒流恒压无线充电系统模型;然后,使用Maxwell有限元法对磁耦合器进行仿真设计,并借助仿真结果搭建实验平台,验证方案的正确性。该实验平台包括多种硬件和软件,可以加深学生对电力电子知识的理解,提高学生的科研实践能力。

一种基于双极工艺的大电流高输出电阻恒流源

基于双极工艺,设计了一种同时具备大电流和高输出电阻特性的恒流源电路。该恒流源采用发射极输出的结构,使恒流源的输出电阻对输出电流不敏感,从而在大电流情况下保持较大的输出电阻。该结构适用于需要提供稳定大电流的集成电路,例如功率运算放大器的驱动级前级恒流源有源负载等。

基于变补偿参数的IPT恒流恒压电池充电研究

为了简化感应电能传输(inductive power transfer,IPT)电池充电系统原边与副边电路的设计和控制复杂性,该文提出通过在原边电路加入一个附加电容和一个半导体开关的方法实现对电池恒流恒压切换充电,无需调节逆变器直流输入电压、原边移相控制及副边加入调压电路。恒流模式时,配置的补偿电容完全补偿原边线圈;恒压模式时,只需一个开关切出或者切入附加电容。该方法只需简单的通信(用于充电模式切换),没有复杂的控制策略,结构简单,成本低。实验表明,所提出方法输出的恒流和恒压随着电池等效负载电阻改变而轻微变化,但结果仍然满足电池充电要求。

恒功率输入恒流输出的电容器充电电源

常规恒流充电电源输入端的功率随着输出电压的升高而逐渐增加,充电结束时输入端的功率由最大值迅速降为0,不仅需要电网能够提供近2倍于平均值的峰值功率,还会造成电网电压的波动,特别是在重复频率与工频接近的大功率应用场合时,可能造成电网滤波系统的振荡,影响供电可靠性和干扰其他用电设备。提出了一种带有储能环节的电路拓扑,使得在对负载恒流充电期间,输入端的功率保持在平均功率水平。充分利用了串联谐振电路断续工作模式的特点,无需辅助变换器,仅通过双向开关对电流的控制,可将充电初期多余能量存储到储能环节,并在充电后期逐渐将此能量向负载释放,在充电启停时刻储能环节的净增能量为0。将上述拓扑电路添加到基于DC-link的恒流充电电源中,进行了分析和控制参数推导,并在输出电流8A、最高输出电压5kV的电源上进行了实验,结果表明:充电期间直流母线提供的电流基本稳定,幅值为常规方案中最大母线电流的一半左右。

基于双D形正交混合拓扑的感应电能传输系统恒流输出研究

为提高电动汽车无线充电在变负载条件下的线圈抗偏移能力,提出一种基于双D形正交(double-Dquadrature,DDQ)混合拓扑的感应电能传输(inductive power transfer,IPT)系统参数配置及优化方法。结合DDQ线圈的自解耦特性,分别采用一次侧与二次侧对称的LCL谐振网络、LC串联谐振网络,构成系统的双能量传输通道;进一步通过配置相应的电感与电容值,使两通道的输出电流均与负载无关,而分别与线圈互感成正比与反比关系,基于电流叠加方式达到变负载条件下恒流输出的目的。在此基础上,分析恒流输出下的DDQ线圈互感变化规律,并通过优化参数Lt1与Lt2,使IPT系统可允许的拾取偏移最大。仿真与实验结果表明,在所容许0%~49.3%的互感变化范围内,二次侧输出电流在变负载条件下均具有不超过±5%的稳流效果。

基于漏感补偿的可变恒流输出补偿网络参数确定方法及其特性分析

基于变压器T网络模型中等效参数的多解性和漏感补偿原理,提出对给定的磁耦合系统通过补偿参数设计使WPT系统实现可变恒流输出的新思路。利用电路理论分析不同等效电压比n下使WPT系统获得不同的转移导纳的机理和参数确定方法。同时对考虑磁耦合系统线圈电阻影响的补偿参数确定方法及其频率偏移特性进行了理论建模及分析,指出当等效电压比n减小时,其参数敏感度均会降低,有助于提高WPT系统的负载调整率。最后构建了WPT的实验平台,实验结果证明了理论分析的正确性。

具有稳流输出的无线电能传输电路

针对LC串联谐振和并联谐振在工作频率发生漂移时,电路整体功率传输能力及效率都会明显下降的问题,提出一种一次侧带有LCC(电感-电容-电容)复合谐振网络的无线电能传输电路。依据互感模型,在基波条件下,分别建立了耦合线圈一次侧与二次侧的等效电路,得到了谐振频率和输出电流表达式,并进一步导出了复合谐振网络中电感与电容的计算公式。实验结果表明,谐振频率与负载电阻无关,在谐振频率下,当耦合线圈的距离保持不变(即互感恒定)时,输出电流的有效值恒定,具有电流源特性。通过实验与仿真结果的比较,验证了对该电路分析与设计结果的正确性和有效性。因此该电路适合于需要电流源供电的负载,经改进后还可用于电场耦合式无线电能传输。

一种具有恒流恒压输出自切换特性的电动汽车无线电能传输系统拓扑

电动汽车的无线电能传输系统具有安全可靠、便捷等优点。该文根据电动汽车车载锂电池的充电特性,通过对松散耦合变压器及补偿电路特性的研究,提出一种由一次侧串联二次侧串联(PS-SS)补偿拓扑和一次侧串联二次侧LCL(PS-SLCL)补偿拓扑所组成的无线电能传输电路拓扑。该拓扑随着锂电池负载的变化,其充电模式从恒流模式自动切换到恒压模式,同时在整个充电过程中可以实现逆变器的软开关。该文基于此新型补偿拓扑的输出特性及工作模式,在理论分析的基础上对拓扑参数和变压器模型进行设计。通过构建仿真模型,验证了电路拓扑的恒流与恒压输出特性。最后搭建了一套功率为1kW的样机,通过实验验证了该拓扑的可行性。

HB-LED驱动用恒流Buck变流器控制方法研究

提出了一种适用于浮地输出Buck型HB-LED驱动器的恒流控制方法,详细分析了这种新型控制方法恒流Buck变流器的工作原理,通过控制电感峰值电流和电感电流纹波量恒定来达到输出电流平均值恒定的目的。以UC3843控制的75W Buck恒流变流器为例进行了实验研究,该变流器能够获得宽输出电压范围内约±3%的恒流精度,满足HB-LED驱动的性能要求。

基于组合补偿网络的抗偏移恒流输出无线电能传输系统研究

针对无线电能传输(WPT)系统线圈相对位置偏移引起传输效率降低、输出电流不稳定和发射线圈过电流问题,提出一种抗偏移恒流输出型WPT系统及其参数配置方法。该系统将LCC-LCC和串联-串联(S-S)补偿网络进行输入串联和输出串联,并采用QDQPs磁耦合结构。在此基础上,通过合理的参数配置,不仅实现了与负载无关的恒流输出,而且可以实现抗x方向、y方向、z方向以及xy方向线圈同时偏移的性能,还可以避免发射线圈过电流。该文分析所提系统的传输特性,从理论上证明了系统具有良好的抗偏移性能。最后,搭建了一个280W实验平台,验证了理论分析的正确性和可行性。