一种交错并联高升压BOOST变换器

新能源并网发电系统中,具有高升压特性的升压变换器是不可或缺的一部分。介绍了一种交错并联BOOST变换器,具有高增益、低电压电流应力、效率高、体积小的优点。从基本BOOST变换器的开关电感三端网络出发,通过在其三条支路中串入合适极性的电压源,经过对比分析,确定了最优的高增益开关电感三端网络,最后得到一种基于拓扑组合的高增益BOOST变换器。对其工作原理和性能特点分别进行了分析,并进行了实验研究,结果表明该变换器在开关占空比D>0.5时具有如下特点:①电压增益为基本BOOST变换器的两倍;②变换器中两BOOST变换单元可实现自动均流,与传统型交错并联BOOST变换器相比,不需均流控制,控制电路简单;③有源开关的电压应力为输出电压的一半,即为基本BOOST变换器有源开关电压应力的一半。

具有输出耦合电感的高压增益双管正激组合变换器

为了克服双管正激变换器电压增益低、不适合应用于高输出电压场合的弱点,本文提出了一种具有输出耦合电感的高电压增益双管正激组合变换器。该组合变换器既具有双管正激变换器高可靠性的优点,同时电压增益是双管正激变换器的4倍。因此,在相同输入和输出电压条件下,该组合变换器的高频变压器副边输出续流二极管电压应力,为双管正激变换器对应二极管电压应力的1/4,从而在高输出电压应用场合,副边输出续流二极管可以采用低压快恢复二极管,极大地改善了续流二极管的反向恢复问题,提高了变换器的可靠性。

航天用带耦合电感的电流连续型推挽类拓扑研究

电流连续型直流变换器具有高功率密度、高效率和低电磁干扰等优势,因而适用于航天领域。本文提出了基于耦合电感的电流连续型推挽类拓扑的概念。以电流连续为目的,对传统推挽单元进行改进,得到五种新型推挽单元,以此为基础,提出基于耦合电感的推挽类拓扑的生成规则,并推衍出各类推挽单元的拓扑族。依据母线侧电流为低纹波的原则,将这些拓扑分成适用于BDR和适用于BCR两类,并列表比较其特性,总结各自的适用场合,为不同功率等级PCU中的BDR和BCR提供最优拓扑选择。最后,通过研制新生成升压比最高拓扑的试验样机验证理论分析的正确性。

L-C耦合电路对散粒噪声探测器电子学噪声的影响

通过分析基于L-C耦合跨阻运放电路的散粒噪声探测器噪声来源,提出了电感的寄生电容对电子学噪声影响的分析模型,并进行了实验验证.研究表明,电感的寄生电容会增大跨阻运放的输入电压噪声增益,从而增加探测器的电子学噪声.当总电感值为1mH时,选用两个0.5mH的电感串联结构相比选用单个1mH的电感,探测器电子学噪声明显降低.由于电感的自共振频率越低,寄生电容越大,选用高自共振频率的电感有助于进一步降低电子学噪声.实验测量得到,在2.5 MHz分析频率处,选用两个0.5mH、自共振频率为6 MHz的电感串联相比选用单个1mH、自共振频率为1.6 MHz的电感,电子学噪声的降低了3dB.在相同入射激光条件下,该改进模型可以有效提高探测器的信噪比.

低温烧结NiCuZn铁氧体材料及叠层片式电感应用研究

从模拟向数字、定频向变频、接插件向平面片式化的方向发展是当前电子信息技术变革的主要方向,而叠层片式电感器件及其相关的低温共烧铁氧体材料,则是实现无源接插件向平面片式化发展的技术瓶颈。通过理论分析、材料研制以及器件应用验证三位一体的研究模式,实现了从材料微观、宏观性能的分析到材料研制途径和工艺优化以及片式器件设计及制备的综合调控,为开发高性能的低温烧结NiCuZn铁氧体材料及叠层片式电感器件奠定理论和实践基础。在理论研究方面,首先分析了决定低温烧结NiCuZn铁氧体材料主要磁性能:包括起始磁导率、品质因数、饱和磁感应强度、居里温度和矫顽力等的关键影响因素,为材料研制过程中如何控制和改善这些磁性能提供了重要的理论指导。然后又从物质迁移的角度探讨了促进NiCuZn铁氧体低温烧结和致密化的有效途径。此外,为了实现低温烧结NiCuZn铁氧体能够根据磁导率目标要求进行材料配方的"量身定制",还结合理论推导和数值拟合得到NiCuZn铁氧体磁导率的半经验计算公式,并基于遗传算法建立配方优化设计程序,大大提高了材料研发的效率和速度。在材料实验研究方面,分别采用了三种方法,即氧化物法、sol-gel法以及复合法对低温烧结NiCuZn铁氧体展开研究。在氧化法材料研制过程中,首先明确了NiCuZn铁氧体配方设计的基本原则,并在此基础上详细研究了主配方中CuO含量对材料烧结特性、微观形貌及电磁性能的影响,确定当主配方中x(CuO)为10.2%时,能较好兼顾材料低温烧结和高电磁性能的要求。此后通过对比实验,详细研究了预烧温度、球磨时间以及升温速率等制备工艺参数对材料烧结特性和电磁性能的影响。确定了低温烧结NiCuZn铁氧体最佳的预烧温度为800℃;最佳的二次球磨时间为24 h;最佳的升温速率应≤2.5℃/min。最后研究了不同的掺杂组合模式对材料性能的影响,明确了获得高磁导率的掺杂模式为:加入物的最佳质量分数是1.5%Bi2O3+0.3%WO3;兼顾高磁导率和高品质因数的掺杂模式为:1.5%Bi2O3+0.3%WO3+0.2%Co2O3。在sol-gel法低温烧结NiCuZn铁氧体材料研制过程中,首先对工艺过程中形成的干凝胶、自蔓延燃烧粉末以及最终烧结样品的晶相结构进行了分析。明确了经过自蔓延燃烧后的粉末已经铁氧体化,且粉末颗粒尺寸仅为几十纳米,具有很好的表面自由能。然后将sol-gel法与氧化物法制备样品的烧结特性和电磁性能进行了综合对比,详细分析了两种低温烧结铁氧体制备方法各自的技术优劣。此后,又采用了综合氧化物法和sol-gel法的复合法进行低温烧结NiCuZn铁氧体材料的研制。研究发现,纳米铁氧体微粉掺杂对促进NiCuZn铁氧体的低温烧结效果明显。这是由于具有高活性的纳米微粉均匀混合到氧化物法制备的微米级粉料中,增大了颗粒之间的接触面积及互扩散的缘故。同时,复合法能够避免氧化物法和sol-gel法各自技术上的一些缺陷,因而有望获得更好的材料电磁性能。在片式电感应用研究方面,首先基于有限元计算和电磁场仿真的思想,借助HFSS软件,进行片式电感结构的优化设计及性能的仿真预测。明确了对于0603型片式电感,当采取绕线长边长a=1 200μm,短边长b=500μm,绕线线宽w=100μm,绕线距上下边距μ=150μm时,能获得较好的片式电感性能。同时,通过拟合得到片式电感的感量与叠层匝数之间的指数关系。此后,对片式电感制备工艺流程进行了详细分析,明确了一些工艺控制的关键技术。最后,采用研制的低温烧结NiCuZn铁氧体材料,按照优化的片式电感结构,在电子科大LTCC工艺线上进行了片式电感的实际研制。经验证,实际制备的片式电感的感量比仿真预测值偏低,这主要是由于片式电感磁芯的磁导率与标样环有一定的差异所致,但电感量与叠层绕匝数之间的指数关系与预测值较为吻合。

一种新颖采用磁集成技术大功率组合式高增益Boost变流器研究

为满足规模化储能系统及直流母线型分布式发电系统对大功率、高增益、高效率和高功率密度直流升压变换器的要求,提出了一种适用于大功率应用场合的组合式双输入高增益磁集成Boost变流器,并研究了该拓扑组合复用和控制策略。首先详细介绍了所提出的新型变流器的电路结构、工作模态和电气性能,推演出变流器电压增益、开关管应力及电感电流纹波特性,并分别讨论了组合拓扑的交叉控制和互补控制策略,通过与传统双输入Boost变流器的电压增益对比,该拓扑在两种控制模式下均具备更大电压增益和更小的电流纹波;其次推导了静态等效电感和暂态等效电感,以及耦合电感下稳态电流纹波和暂态电流响应速度的关系,给出耦合电感设计准则;最后制作实验样机进行测试,结果证明了理论分析的正确性。新拓扑较之传统高增益大功率升压变流器具备高增益、高功率密度、低应力和低纹波的优势,具备极大的研究价值和实用潜力。

单片机系统实用抗干扰设计

介绍了单片机系统主要干扰形式、来源、特性及传播途径 ;同时给出若干抗干扰措施——硬件上采用抑制电源干扰源 ,抑制干扰耦合通道 ;则利用监控程序对局部故障处理等方法来抑制软件上数据采集的干扰 .提出了用电感电容元件来抑制电源高次谐波 ,起到了很好的效果 。

一种新型低成本双极型组合转换器设计

为了降低直流微电网DC-DC转换器的成本,提出了一种新型低压直流双极型组合转换器。相比传统的转换器,该双极型组合转换器采用新的拓扑结构,结合了单端初级电感转换器SEPIC(Single Ended Primary Inductance Converter)和Cuk转换器,并且共享开关节点。该拓扑结构的主要优势在于不需要严格控制各种开关的同步性,并且控制终端连接到了地面,从而大大简化了栅级驱动的设计,降低了实现成本。不同的负载条件下对提出的转换器进行了性能测试验证,实验结果表明提出的转换器十分适用于直流微电网,即使在失衡情况下也能完成电压调节能力,实测转换效率均保持在84%与87%之间。

基于拓扑组合的交错并联耦合电感高增益DC-DC变换器

针对分布式发电系统、航空航天、电动汽车等领域高电压传输比的应用场景,文章提出一种新型交错并联耦合电感高增益DC-DC变换器。所提电路结构采用拓扑组合的形式进行交错并联,一方面扩大了变换器的容量;另一方面降低了输入电流纹波。同时,当匝数比相等时,两相变换器耦合电感处理的功率相等,不存在功率失衡问题。通过集成倍压电容进一步提高了电压增益,降低了功率器件的电压应力,因此可以采用低电压等级、高性能的功率器件来提高变换器的工作效率。采用无源箝位电路吸收并利用耦合电感的漏感能量,降低了开关管的电压尖峰。此外,漏感缓解了二极管的反向恢复问题,提高了变换器的可靠性。详细地分析该变换器的工作原理、稳态性能,并搭建1000W的样机进行验证,实测最高效率为97.2%,满载效率为94.5%,实验结果验证了理论分析的正确性及所提变换器拓扑的可行性。

一种组合并联大功率DC/DC变换器研究

为了全功率范围内实现ZVS、进一步扩大单机容量和各能源的组合应用,提出了一种组合并联大功率DC/DC变换器.首先给出了电路拓扑结构,分析了变换器工作原理、软开关的实现条件以及辅助电感的工作过程,提出了关键参数的设计.最后通过实验验证了理论分析的正确性.该变换器能够通过辅助网络实现各开关管在全功率范围内的ZVS,并且辅助回路可以实现开关管ZVS所需能量的调节.

基于铁镍磁组合电感的Boost变换器效率的提升

阐述Boost变换器的控制方法,分析磁组合电感的优缺点和磁路,对铁镍磁组合电感、铁硅磁组合电感的磁损、铜损进行了数学建模。以建模为基础分别计算了输入电压、开关频率以及输出功率对电感损耗的影响,计算结果表明铁镍磁组合电感比铁硅磁组合电感的磁损小30%。两种电感搭建Boost平台在各种工况下使用功率分析仪对整机效率进行分析,从实验结果看出,使用铁镍磁组合电感的Boost变换器在所有功率段内都比使用铁硅磁组合电感的Boost电路效率高。

电子式电压互感器采样数据异常因素分析

随着国家大力推进智能电网建设,越来越多的电子式电压互感器参与到智能电网的运行中,电子式电压互感器采样异常必然会对智能电网的运行产生影响。本文介绍了电子式电压互感器的应用情况,讨论了电子式电压互感器的结构特点。结合一座新一代智能变电站的运行情况,本文对其运行过程中所发生的电子式电压互感器采样数据异常因素进行了深入分析,给出了相应的解决方案,并通过相关的研究和测试,验证了方案的有效性,对智能电网的稳定运行具有一定的参考价值。