变母线电压的LLC高压电容充电电源设计

提出了一种两级式可变母线电压的高压电容充电电源技术方案,该拓扑在半桥LLC谐振电路的基础上增加了一级图腾柱无桥功率因数校正(PFC)电路,通过改变母线电压来解决传统LLC谐振电源在输出更高电压时,工作频率变化范围过大带来的充电效率下滑的问题。由于图腾柱电路本身具备功率因数校正的功能,该电源设计还拥有能够直接从电网取电而不影响电网电能质量的优势。首先介绍了本电源设计中两部分的电路拓扑和工作原理,采用等效电阻法分析了电容负载下的电源输出特性。针对前级图腾柱电路设计了双环控制器以实现对母线电压和功率因数的控制,针对后级LLC电路提出了比例积分(PI)加低通滤波的恒流控制器以降低高频噪声带来的不利影响。最后通过模型构建与仿真分析,研究了高压电容充电电源3000 V/1 A时的充电特性,验证了本电源技术方案、设计和控制策略的可行性。

基于LC串联谐振的高压恒流充电电源设计

LC串联谐振式高压恒流充电电源能够实现电容器的高效快速充电,且具有较好的抗负载短路能力,在高重频脉冲功率系统中具有广阔的应用前景。充电电源的效率是决定系统重频运行能力的重要因素,提高效率是目前高压电容器充电电源设计的首要目标。根据LC串联谐振电路的工作原理,分析可知电源工作模式、逆变桥的开关频率以及高频变压器的分布参数是影响LC串联谐振电源效率的主要因素。针对功率为10 kW、输出电压为40 kV的直流电源,计算主电路参数并利用Pspice建立了电路模型验证其准确性,采用软开关技术减小开关损耗,设计了分布参数较小的高频变压器进一步提高效率,并在此基础上完成了电源整体结构设计。最后测试了电源的充电特性,结果表明该电源可将0.1μF电容器在37 ms内充电至39.5 kV,其充电效率为87.1%。

关于 L-C 谐振恒流电路用于高压充电时的几个问题

介绍了在重复频率脉冲功率装置中通常采用的Ｌ—Ｃ谐振恒流充电电路，并对该电路实际应用中遇到的几个问题进行了讨论。

基于LCC谐振变换器的锂电池充电电路

针对以LLC谐振变换器为主电路的锂电池充电器开关频率变化范围较大,恒压涓流充电时调节特性差的问题,提出了以电容输出滤波的半桥LCC谐振变换器作为主电路的锂电池充电电源设计方法。分析了电容输出滤波半桥LCC谐振变换器的恒流和恒压输出特性以及恒流恒压模式的转换过程,给出了变换器精确的参数设计方法。搭建了160 W的实验样机,实验结果验证了该方法是可行的。恒流模式下,当输出电压在20~80 V变化时,变换器的工作频率变化仅有3.33%,并且通过调节工作频率,可以实现空载恒压输出。变换器的开关管能在全范围内实现软开关,最高效率94.5%。

LCC谐振式永磁机构储能电容恒流充电控制

针对真空断路器永磁机构分合闸储能电容恒流充电问题,在分析LCC谐振变换器谐振电流断续模式(DCM)输出特性的基础上,采用模糊恒流控制算法。为解决LCC谐振变换器随着充电电压上升,传统PFM控制难以维持恒流输出从而导致电能传输能力下降问题,采用临界断续频率追踪控制思想,提出一种无需通过精确测量寄生电容参数建立精准数学模型的临界断续频率追踪方法,建立模糊控制器并结合实时临界断续频率实现零电流关断和反向谐振电流同步续流,以提高电能传输效率,实现对永磁机构储能电容的快速恒流充电。实验结果表明,该文提出的模糊恒流控制算法和临界断续频率追踪方法实现了储能电容的恒流充电,并具有工程可行性。

基于LCCL谐振变换器拓扑的新型经颅磁刺激电容器充电电源设计

为提高经颅磁刺激(TMS)的电流脉冲频率,该文提出一种基于电感-电容-电容-电感谐振变换器(LCCLRC)的电容器充电电源(CCPS)。首先,利用基波分析法推导出LCCLRC恒流输出以及逆变器输出电压与电流零相位条件的近似表达式;其次,对较小物理尺寸和较大电流增益的变换器的设计条件进行分析,根据仿真实验可得,以LCCL RC为充电电源的TMS系统脉冲频率是LCLCRC的1.21倍;最后,设计平均输出电流为1.15A、功率为118.37W的样机原型。结果表明,样机原型的实际电流增益为0.904,将3300μF储能电容从0V充电至100V的时间为315ms。相对于LCLCRC电容器充电电源,其充电时间减少了21.25%。实验结果验证了该理论分析的有效性。

基于LCL-LCL/S混合自切换谐振式无线充电系统

为了减少混合谐振式无线充电系统的开关器件和无源元件数量,提高系统输出功率,同时简化原、副边的控制策略,提出一种基于LCL-LCL/S混合自切换谐振式无线充电系统,无需原、副边通信和增加任何无源元件,仅通过LCL结构的自投切操作更改拓扑网络来实现无线充电系统恒流恒压的切换。首先,依靠T型网络分析恒流或恒压输出与输入阻抗呈纯阻性的关系;然后,引入混合型补偿网络数学模型,分析实现系统输入电流和电压之间零相角(ZPA)与恒流或恒压输出特性的参数配置条件;接着,依据蓄电池充电曲线特征、谐振电流阈值、电压跳变阈值和耦合系数变化约束,进一步提出一种适用于混合谐振式拓扑网络参数优化的设计方法,在避免谐振网络参数经验选值的局限性导致参数不确定性问题的同时,也为参数选取提供了理论依据;最后,搭建实验平台验证该方案的可行性与有效性。实验结果表明,优化谐振网络参数的无线充电系统具有较好的恒流恒压输出特性,系统最大传输效率为81%,完全满足恒流恒压无线充电需求。

基于LCC谐振变换器的PFU充电系统恒流特性优化

针对脉冲成型单元（PFU）储能电容充电环节,研究了基于LCC的串并联谐振型变换器。为解决传统恒流控制方案带来的电流输出能力低和幅值衰减的问题,满足电源对充电效率、线性度和重复频率稳定度的要求,对工作在电流断续条件下的LCC谐振变换器电流输出特性进行研究。利用临界频率控制方案：在数字控制器内部,采用分段线性函数近似拟合法对临界断续开关周期曲线进行近似拟合,随着充电电压的变化,不断修正开关周期,实现了临界开关周期曲线的在线跟踪,有效增加了输出电流占宽比,提升了电流输出能力。在控制算法上,通过引入输出电流闭环控制,实现了恒流输出,保证了充电效率和充电电压的线性度。同时,在整个充电过程中实现了全程零电流软开关。实验数据验证了理论分析的正确性和控制方案的可行性。

基于LCL谐振变换结构的RSD重频系统充电技术

全固态半导体开关,即反向开关晶体管(RSD)因其具有全面积、纳秒至微秒级导通等特有的性质,在脉冲功率领域有着良好的应用前景。研究了RSD脉冲功率系统主储能电容的恒流充电技术。利用交流小信号分析法对基于LCL谐振变换结构的充电电源工作原理进行了详细阐述,分析了恒流特性、恒压特性及开关管的软开关特性,利用Orcad Pspice仿真软件进行了仿真验证。同时从功率损耗方面对开关管IGBT的缓冲吸收回路进行了优化设计。通过27 ms将27μF电容器充电至1.1 kV的实验证明了基于LCL拓扑的谐振变换充电电源具有恒流、控制简单、宽负载应用范围等优点,适用于主储能电容器的高精度、快速充电。

基于DSP＋CPLD的恒流充电电源控制系统设计

基于数字信号处理器(DSP)与复杂可编程逻辑器件(CPLD),采用前馈-反馈PI复合控制算法,设计了一套恒流充电电源控制系统,解决了串联谐振电容充电电源(CCPS)充电电流不恒定的问题,实现了同时对多组电容器组恒流充电。CPLD内部逻辑检测错误信号,提高了系统可靠性。为验证控制方法的有效性,搭建了最大输出功率13 kW的串联谐振CCPS。实验结果表明,该系统工作可靠稳定,能精确跟踪斜坡电压设定,充电精度小于1%。

Constant frequency operation of parallel resonant converter for constant-current constant-voltage battery charger applications

This paper proposes a design and control approach to parallel resonant converter(PRC) based battery chargers.The proposed approach is particularly suitable for the constant-current constant-voltage(CC-CV)charging method, which is the most commonly utilized one.Since the PRC is operated at two different frequencies for each CC and CV charging modes, this approach eliminates the need for complicated control techniques such as the frequency-control and phase-shift-control.The proposed method not only simplifies the design and implementation processes of the converter unit but also simplifies the design of output filter configuration and decreases the number of the required components for the control of the charger.The proposed method is confirmed by two experimental setups.The results show that the designed charger circuit ensured a very stable constant current in CC charging phase, where the charging current is fixed to 1.75 A.Although a voltage increase in CV phase is observed, the charger circuit is able to decrease the charging current to 0.5 A in CV phase, as depicted in battery data-sheet.The efficiency of the charger is figured out to be in the range of 86%-93% in the first setup, while it is found to be in the range of 78%-88% in the second setup,where a high frequency transformer is employed.

基于双LCCL拓扑的无人机无线充电参数设计

针对无人机无线充电平台的感应耦合电能传输(ICPT)系统要求,对其补偿网络工作模式及参数设计进行了研究,提出了一种实现原边线圈励磁电流恒定、负载端恒流输出的参数设计方法。通过发射端励磁电流恒定特性、接收端恒压输出特性、接受端恒流输出特性等约束条件,分析双LCCL谐振补偿电路原边恒流副边恒压与原边恒流副边恒流两种模式的工作特性,得出在产生横向偏移时原边恒流副边恒流模式能够保持其工作模式。根据无人机降落在无线充电平台易产生横向偏移的特点,选择原边恒流副边恒流的工作模式进行Simulink仿真与样机开发,证明了不同无人机或无人机降落产生横向偏移导致互感的改变不影响系统工作状态,验证了此参数设计方法在无人机无线充电平台应用的准确性与有效性。

电动汽车无线充电双LCC电路特性分析与仿真

针对电动汽车无线充电过程中负载变化时对输出电流的影响问题,设计双LCC谐振补偿电路实现电动汽车无线恒流充电。对LCC电路阻抗频率特性、恒流/恒压特性等进行理论推导,在理论研究基础上进行参数设计,将双LCC谐振补偿电路设计成恒流工作模式。在Pspice软件中建模仿真可知谐振状态下系统阻抗表现为纯阻性特点,逆变器提供有功功率。研究表明,双LCC电路滤波特性、改善原边电压或电流应力以及鲁棒性比基本谐振补偿电路更加优越,满足电动汽车无线充电要求。

LC串联谐振恒流充电系统

传统的RC恒压回路对大容量电容器组充电时存在充电时间长、效率低等问题。为此,利用LC串联谐振恒流概念,针对100MW红宝石激光器的要求,研制了LC串联节振恒流充电机,两年多的运行表明系统性能稳定可靠。

电捕焦油器L-C谐振系统工作原理探讨及应用

电捕焦油器用于去除焦炉煤气中焦油含量,提高煤气质量。运用串联谐振理论对电捕焦油器高压直流源剖析,构建其电路模型,解读其稳流原理及优点,并总结高压直流源系统电气故障原因及处理方法,有助于从理论上加深对电捕焦油器的理解,提高设备运行和维护水平。

GLZ-1型交直流全隔离自动供电电源的研制

对于地处多雷区的地震及前兆观测台站，公用电网常常引入雷击，据统计(李泰国，2003)，对于低压系统，有70％以上的雷电灾害来源于电网及通讯线路的雷电波侵入，这70％中，绝大部分又来自于电网。因此，低压系统的防雷一直是一个难以解决的问题，尽管目前流行的避雷设备很多，但造价高，且避雷效果没有保证。因此，从电源设计方面来消除雷电波影响一直受到关注。

100Hz重复频率试验台RRTS及混合式开关CS电极磨损

本文描述一种适用于测试脉冲功率中高平均功率元件性能和寿命的试验台,其重复频率可达100Hz。文中分析了C-L-C谐振充电回路。测得CS开关两种电极材料的磨损特性。RRTS可以用来测试和执行认可,以及评估重复频率开关、脉冲电容器,脉冲变压器等性能和寿命,亦可作为准分子激光及医用激光的高重复频率供电电源之用。

储能充电用可变结构组合式谐振变换器设计

蓄电池充电主要分为恒压充电和恒流充电两个过程,传统的谐振变换器通常采用调频控制方法实现,该方法存在调节频率过宽的问题。针对此问题,这里提出了一种在恒定频率下实现恒压和恒流输出的电路拓扑。所提组合式谐振变换器可以实现开关管的零电压开通和次级整流二极管的零电流关断,降低了开关管的工作频率范围,从而实现高效率低损耗,减少了元器件的数量,提高了变换器的功率密度。这里讨论了所提变换器的结构及工作原理、电压和电流增益及参数设计方法。最后,通过实验验证了所提谐振变换器拓扑结构的可行性。

新型谐振式开关电容变换器及其潜电路分析

针对传统三电平开关电容变换器存在硬开关或软开关实现较苛刻的不足,提出一种恒流充电谐振放电的新型1/2降压式开关电容变换器,谐振电容的谐振电流脉冲数减半,增大了电流占空比,降低了谐振电容的阻性损耗。以电路谐振和能量变换的规律,分析了输出电压、充电脉冲平均电流和变换效率等数学表达式,并得出一种简单的减少潜电路产生的新方法。这种谐振型开关电容变换器在一定范围内可通过调频方式调压,是一种谐振电感量小且效率高的直流变换器。最后通过仿真和实验验证了电路及其分析过程的正确性。

固态开关串联的高压重频脉冲电源

随着脉冲功率技术在生物医疗、食品加工、电磁成形、等离子体研究等领域日益广泛而深入的应用,脉冲发生器的研制面临高压高频化、全固态化等新要求。为了满足这种新要求,设计了一种固态开关串联的高压重频脉冲电源。脉冲电源主要由高频触发电路、主电路以及LCL谐振电路组成:主电路为8级Marx电路串联,MOSFETs作为充放电控制开关;触发电路输出触发信号驱动MOSFETs工作;LCL谐振电路可实现输出电流恒定。电源结构触发同步性好,充电速度快,结构紧凑。对电路的结构设计、电路原理、参数设置进行了详细阐述,并利用Simplorer软件仿真验证高压重频脉冲电源电路的可行性。最后搭建了一台高压重频脉冲电源样机,实验样机参数为脉冲电压0~4 kV,重复频率0~8 kHz可调,脉冲宽度5~12μs可调。