具有自驱动有源缓冲器的GaN基高效准谐振反激式功率变换器

提出了一种具有自驱动有源缓冲器的GaN基高效准谐振(QR)反激式功率变换器,以解决准谐振反激式功率变换器中开关管关断时电压过高的问题。电路以GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)器件为主开关管和同步整流器开关管,自驱动有源缓冲器由钳位电容和有源开关管组成。该变换器在主开关管关断期间将开关管的电压浪涌钳位为恒定电压,由于有源开关管驱动信号由变压器的次级侧电流控制,因此不需要单独的控制电路。为验证所提出的变换器和控制电路的有效性,搭建了一个60 W的AC-DC功率变换器,测试结果表明,主开关管的最大电压浪涌约为450 V,具有高达91.6%的能量转换效率。

一款高效率宽输入电压边界导通模式反激变换器

本文提出了一款高效率、宽输入电压的边界导通模式反激变换器结构。为了防止负载切换过程中芯片过压和欠压,提出了一种由电流调节电路(CRC)与自适应频率控制电路(AFCC)组成的新型模式切换环路,实现了芯片在不同模式之间的平滑切换,提高了负载的瞬态响应和转换效率;通过在环路中引入电流调节控制技术,减小了低纹波突发模式(LRBM)下的原边充电电流和输出最小负载电流,从而减小轻负载下的开关频率,降低功耗。基于0.18μmBCD工艺,实现了电路设计和版图设计,芯片面积为1.48×2.5mm^(2)。仿真结果表明,变换器在输入电压为3~32V、输出电压为5V时,轻、重负载切换过程中的输出电压瞬态响应最大变化为6%,峰值转换效率为88.6%。

基于反激变换器的电池充电系统设计

以具有结构简单、电气隔离等优点的反激变换器为电池充电电源,分析反激变换器电路的连续和断续模式工作原理,通过设计电压电流双闭环控制方法,实现电池的恒流充电模式和恒电压充电模式,也可实现两种充电模式的切换。实验结果证明了反激变换器的连续工作模式和断续工作模式的正确性,验证了应用于电池充电电源的可行性和有效性,切换时间小于1 ms,电压波动小于1 V。

高频链矩阵变换器直接功率反步控制策略

针对高频链矩阵变换器(HFLMC)电路前后级耦合导致系统动态性能和鲁棒性降低的问题,提出一种基于直接功率的非线性反步控制策略(BS-DPC)。首先,建立HFLMC非线性数学模型和有功、无功功率动态模型,分析双极性电流空间矢量调制策略;然后,在考虑系统不确定性情况下引入2个解耦控制分量,设计直流输出电流和无功功率反步控制器,实现电池不同工况下输出电流参考值的快速跟踪控制;最后,根据李雅普诺夫稳定性理论证明HFLMC闭环系统全局渐进稳定性,并对比传统PI直接功率控制和BS-DPC策略。仿真和实验结果表明,所提BS-DPC策略控制HFLMC提高了输出电流的动态性能和电网波动及直流滤波电感变化下的鲁棒性,响应时间减少了约78%,网侧THD降低了0.98%。

基于分数阶混沌的反激变换器辐射EMI主动抑制

快速通断的开关信号是造成开关电源电磁干扰EMI(electromagnetic interference)的主要原因。目前,关于混沌抑制EMI技术的研究主要集中在利用整数阶混沌抑制传导EMI。在此基础上,本文对分数阶混沌在辐射EMI上的抑制以及最优阶次的选取问题展开研究。首先,通过分数阶Lorenz的频谱特性及Lyapunov指数谱分析,优选出1.8阶Lorenz信号为最佳扩频序列;其次,基于变开关频率抑制EMI技术的基本原理,在STM32单片机中分别实现了定频、整数阶、2.7阶、1.8阶Lorenz混沌扩频PWM信号,在一台5 W反激变换器中进行近场辐射实验,证明了1.8阶Lorenz信号对近场磁场辐射抑制作用最强;最后,测得分数阶Lorenz混沌与定频PWM控制下,样机的整机效率相差2%左右,验证了分数阶混沌PWM在辐射EMI抑制性能上的优越性。

基于氮化镓的反激同步整流DC/DC变换器设计

给出了一种适合低轨商用航天的中小功率DC/DC变换器的设计方法。该方法采用了反激同步整流拓扑和表贴器件,可以覆盖常见的航天用中小功率单路及多路输出DC/DC变换器需求,具备低成本、高性能、高可靠、可批量化生产的优点。为了进一步提高转换效率和功率密度,还应用了氮化镓GaN(gallium nitride)功率开关。并且对不同工作条件下拓扑中主要功率器件的损耗进行了计算和对比分析。最后,以一款宽输入电压范围(23~47 V),输出5 V@30 W的电源变换器为例对所提方法进行了验证。

准谐振与有源钳位反激变换器的性能比较和分析

高频、高效和高功率密度已成为AC-DC变换器重要的设计指标。传统准谐振反激变换器因其漏感能量多借助无源电阻元件以热能形式释放,不具备ZVS特性,限制了功率密度的进一步提升,而有源钳位反激变换器能弥补准谐振反激变换器的不足。先简述准谐振反激变换器与有源钳位反激变换器的工作原理,接着分析准谐振与有源钳位反激变换器主要性能指标差异,然后设计并制作两款48 W的准谐振反激变换器样机和有源钳位反激变换器样机以便获得相关的试验数据,作为性能比较分析的依据。

一种基于DCM下的漏极反馈反激变换器在PFM峰值电流模式控制下的稳定性分析

针对原边反馈反激变换器具有辅助绕组而成本偏高的问题,基于原边反馈与峰值电流控制方案,提出了一种基于开关管漏极反馈的反激变换器模型。与原边反馈反激变换器相比,漏极反馈反激变换器能够减少变压器辅助绕组,降低了成本,且具有较高的稳定性。首先,对此漏极反馈反激变换器模型进行了理论分析,并提出了一种高精度漏极采样方法。其次,基于开关网络模型法对工作在断续导通模式(Discontinuous conduction mode,DCM)下脉冲频率调制(Pulse frequency modulation,PFM)的漏极反馈反激变换器进行了小信号建模并进行补偿设计。通过Matlab/Simulink搭建模型验证其正确性;最后搭建试验平台来进行验证。结果表明,所提出的漏极反馈反激变换器模型是可行的。

基于逆系统解耦的三电平Buck变换器反步滑模控制

多电平变换器因其可以降低开关管承受的电压应力、减小滤波电感和滤波电容体积,被广泛应用在直流微电网中。三电平Buck变换器的飞跨电容电压和输出电压存在耦合,是一个多输入多输出、强耦合的非线性系统。针对这一问题,提出一种逆系统解耦反步滑模控制方法。采用逆系统方法实现输出电压控制和飞跨电容电压控制的解耦,采用反步滑模法控制保证输出电压的稳定性和鲁棒性,通过状态反馈控制将飞跨电容电压平衡在输入电压的1/2处。仿真和实验结果表明,所提控制策略能使得飞跨电容电压和输出电压均具有良好的稳态和动态特性。

基于屏蔽-对消法的反激变换器共模传导噪声抑制方法研究

分析了反激变换器共模(common mode,CM)噪声的特点,并基于屏蔽法与平衡法原理,提出了屏蔽-对消法,在变压器中加入屏蔽-对消绕组层,与原边CM噪声互相抵消的同时,也屏蔽了变压器副边至原边的噪声耦合路径,抑制了变压器内部CM噪声的传导。建立了反激变换器CM噪声传导路径模型,通过实验对比了无屏蔽层、采用全屏蔽铜箔与使用了屏蔽-对消绕组三种变压器结构样机的CM噪声,实验结果验证了屏蔽-对消绕组在反激变换器中抑制CM噪声的有效性。

融合反距离加权和傅里叶变换的MODIS水汽校正方法

MODIS反演的可降水量(PWV)为连续的面状数据,精度不高;而GNSS水汽探测技术精度高,但为离散的点数据。本文综合两者优势,提出一种融合反距离加权和傅里叶变换的MODIS水汽校正方法,利用GNSS PWV来校正MODIS PWV产品,并采用香港地区GNSS数据和MODIS水汽产品进行实验验证。该方法首先考虑空间插值问题,使GNSS PWV与MODIS水汽在空间点位上一致。选取不同数量的MODIS像元点,对比6种插值算法的精度,发现选取5个插值参数时插值效果最佳,选择反距离加权法得到的插值水汽产品精度最高,平均偏差为-0.99 mm。其次考虑水汽校正问题,构建3种模型对MODIS PWV进行校正,发现傅里叶变换模型的均方根误差改进率可达70%以上。新模型的MODIS水汽校正方法能够减弱局部数据的影响,更准确地反映该地区的水汽分布情况。

引信高压反激变换器升压时间动态特性

直列式引信高压电路的升压时间决定了引信的三级解保时间,是引信全电子安全系统的关键指标。通过对引信高压电路中反激变换器的工作过程进行动态分析和建模,推导出输出电压的动态模型,揭示了升压时间的变化规律,为引信高压电路的参数优化设计和闭环控制提供指导。通过Simulink建立引信高压反激变换器的模型,通过仿真验证了动态模型的正确性和升压时间的变化规律,并通过闭环反馈控制来达到升压目标。

基于分数阶的反激变换器精细建模

针对传统建模方法无法更加精确地描述反激变换器真实特性的问题,利用分数阶微积分和状态空间平均法,对工作在电感电流断续模式下的分数阶反激变换器进行建模与分析。建立了电感电流断续模式下分数阶反激变换器的平均状态模型,得到其直流平衡点和小信号传递函数,对比其与整数阶数学模型的差异;在Simulink中搭建分数阶反激变换器的状态空间模型和电路仿真模型,以及构造分数阶反激变换器的实物实验电路;通过状态空间模型、电路模型仿真和实验结果三者对比验证所推导的分数阶模型的正确性。结果表明,分数阶数学模型能反映电感电容阶数的变化,进行理论分析能更符合该变换器的实际工作情况。将分数阶微积分理论与状态空间平均法结合,可建立更为精确的反激变换器数学模型,为其他变换器的建模提供了参考。

基于LM3481高变比DC/DC升压反激变换器

现代电子设备对直流电源的性能、集成度提出了越来越高的要求。本文介绍了一种基于LM3481的高变比DC/DC升压电路,使用反激变换器拓扑,可将广泛应用的5V直流电源升压至175V直流电源,升压比达到了35倍,可应用于诸如辉光管驱动电源等使用场合。本文对此电路的拓扑、参数选择以及工作过程进行了分析与描述,使用TINA-TI软件进行电路仿真、并在实际电路当中进行了测试。仿真和测试结果表明,本文设计的电路具备良好的工作性能和工作可靠性。

反激变换器潜电路分析与研究

反激变换器在使用中存在多种寄生参数,极大地降低了其电路性能。从潜电路角度分析了带有寄生参数的反激变换器,研究了其工作模态及工作方式,并通过仿真进行理论验证。研究表明,反激变换器电路中的寄生参数会导致其潜电路模态数量增加,通过调控寄生参数可以降低潜电路的影响,使电路工作在正常模态。

正-反激变换拓扑的功率传输分配特性及设计考虑

通过分析正-反激变换拓扑工作于不同模式时的功率传输特性及其与负载电阻的关系,发现工作于励磁电流断续导电模式(MDCM)时的正激功率和反激功率均随负载电阻的减小而增大,工作于励磁电流连续导电模式(MCCM)时的正激功率维持不变,而反激功率随负载电阻的减小单调增加。对于给定输出功率,推导得出了开关管电流应力与正激功率和反激功率之间的解析关系式,探讨了功率分配对正-反激变换拓扑效率的影响,并指出减小正激功率有利于降低开关管电流应力,而减小反激功率有利于提高正-反激变换拓扑效率。综合考虑功率传输特性对正-反激变换拓扑电气性能的影响,提出一种在给定负载变化范围内,确保输出功率最大时使得正激功率与反激功率相等的磁性元件参数设计方法,实验结果验证了理论分析的正确性和设计方法的可行性。

非隔离双向直流变换器反步滑模控制方法研究

由于直流电网中直流母线电压的变化对储能系统的运行有干扰,且储能系统采用双向直流变换器调控直流母线电压时会产生严重的非线性问题,导致母线电压不稳定。因此提出非隔离双向直流变换器反步滑模控制方法,构建非隔离双向四端口直流变换器拓扑结构。该变换器采用单向和双向两种工作模式,且采用互补PWM控制方法控制双向直流变换器工作流程,并通过反步滑模变换器结构控制器,确保非隔离双向直流变换器在确定性差、非线性和外围影响状况下的稳定运行。实验验证该方法有效实现了非隔离双向直流变换器反步滑模控制,确保直流母线电压保持稳定,且方法具有较高的鲁棒性。

一种电流模式Buck-Boost变换器的混沌与反混沌混合控制方法

由于混沌系统具有内在随机性的特征,其状态变量之间的关联性有时很弱,甚至不相关,因而难以对系统实施有效控制。文中基于状态关联和参数扰动的思想提出了一种Buck-Boost变换器混沌与反混沌混合控制方法。所提方法定义了一个调整系数来表征状态变量之间的耦合强度,通过调节该系数达到控制其耦合强度的目的,并建立系统的数学模型。利用系统的微分项来表征参数扰动项,对系统施加一定范围的参数扰动。根据控制目标,通过改变调整系数实现对系统的混沌与反混沌控制。基于单值矩阵理论和Simulink仿真平台验证了方法的有效性。所提方法仅需调整一个外部参数,即可将任意状态下的电流型Buck-Boost变换器控制到周期1、周期2轨道及混沌态。

自适应瞬变电磁波场反变换方法及其在隧道超前预报中的应用

瞬变电磁法(TEM)是一种感知地下含水体,圈定隧道含水区范围的有效方法。从瞬变电磁信号中准确提取虚拟波场是刻画含水区形态边界的关键。为提取准确可靠的虚拟波场,需要解决核函数动态范围大、波场反变换方程高度病态和实现自适应求解等问题。本研究基于精细积分方法,结合缩短波场反变换数值积分区间的经验公式,提出优化的自适应波场反变换方法。结果表明,在对均匀半空间的数值模型计算中,对正演数据的拟合误差低于0.5%;在对H型地电断面的数值模型计算中,提取的虚拟波场具有合理准确的运动学特征;在对全空间HKH型模型的数值计算中,提取的虚拟波场突出不同深度的含水层边界,在整个观测时间段拟合程度高;对于隧道实测数据,虚拟反射波在富水区边界和电性界面附近响应明显,拟合误差低于5%,虚拟波场记录圈定的含水区与视电阻率分布规律相互印证且与钻井试验吻合,证实了该方法的有效性和可靠性。

基于图像小波域自适应干扰的GAN生成人脸反取证

针对现有生成对抗网络(GAN)生成人脸反取证方法攻击迁移性不强的问题,提出了一个基于图像小波域自适应干扰的GAN生成人脸反取证方法以提升攻击迁移性.该方法通过对GAN生成人脸图像的小波域信息(即图像经过小波分解后的频率分量)施加扰动以实现其对取证模型的抵抗,并且分别在空域和频域上基于最小可觉察误差(JND)设计自适应扰动阈值,对图像不同像素点位置设置不同的扰动强度,从而增强扰动的人眼不可感知性.此外,还设计了一种数据增强方式对反取证人脸进行数据分布多样性扩充,以进一步提升攻击迁移性.实验结果表明,与6种基线方法相比,所提方法生成的反取证人脸在保证扰动对人眼不可感知前提下具有更强的攻击迁移性.