Interleaved-Connected Split Planar Resonant Inductor Design in 1 kV SiC LLC Converters

Design method of split planar resonant inductor in 1 kV SiC logical link control(LLC)converter is proposed,which ensures the converter power density of 93.59 W/in^3 and peak efficiency of 95.73%.Split resonant inductor helps to provide symmetrical resonant current by symmetrical impedance,and improves the distortion of resonant current,which ensures the efficiency of the whole converter.An interleaved winding connecting scheme improves the power density of the planar magnets,which contributes to power density improvement.Design method and calculation process of such split planar resonant inductor are provided.To verify the feasibility of the proposed design method,a 1 kV/48 V 6.6 kW,210 k Hz SiC LLC prototype was built,and the experimental results are given.

一种基于多谐振开关槽与Buck-Boost电路的准并联变换器

谐振开关电容变换器具有效率高、体积小、质量轻和易集成等优点,是中间母线变换器的理想拓扑,然而其不足之处在于电压比固定以及软开关特性易受谐振参数容差的影响。该文针对这两个问题,将多谐振开关槽式变换器与四开关Buck-Boost变换器进行结合,提出一种基于准并联架构的中间母线变换器,详细分析变换器的工作原理与电压增益特性。通过推导电流时域表达式详细分析谐振参数容差对变换器的影响,并给出参数设计的方法。该文研究一种合适的控制方式,完成环路补偿设计,实现输出电压的闭环控制。通过仿真和实验对上述理论和解决方案进行验证。

基于BM-MPS法的垂直开孔挡板的减晃效果研究

液舱晃荡现象在航行船舶中普遍存在,不仅会影响船舶稳定性,还会对海洋环境与人类生产生活造成威胁,如何减轻液舱晃荡幅度一直是海洋工程的重点研究问题。本文将基于改进的移动粒子半隐式法——BM-MPS法,对横摇激励作用下垂直开孔隔板的减晃效果进行二维数值模拟研究,探讨挡板孔隙率、横摇幅度对共振周期及冲击压历时曲线形态的影响。研究结果表明:孔隙率大小对共振周期有明显的影响,孔隙率15%是达到共振时最大冲击压最小的点,并且处于共振周期发生明显转变的过渡期;冲击压历时曲线与孔隙率也有密切的联系,随着孔隙率的增大,冲击压历时曲线形态从无峰变为单峰,再改变为双峰。除此之外,横摇激励幅度也是影响共振周期的因素之一。

立式圆柱液舱内自由液面三维旋转晃荡试验研究

搭建了一套液舱晃荡模型试验装置,并开展立式圆柱形液舱内一阶与二阶共振三维旋转波研究.试验发现:当外部激励频率等于自由液面运动的一阶固有频率时,液舱内出现了平面波、旋转波与破碎波3种典型波形;当外部激励频率接近自由液面运动的一阶固有频率时,圆柱液舱内出现了调制波,即所谓的“拍频现象”;当外部激励频率等于自由液面运动的二阶固有频率时,液舱内出现了二阶模态波、二阶模态旋转波与不规则波3种典型的波形.研究结果可为海洋工程设计人员设计浮式平台的圆柱液舱提供参考.

基于磁耦合谐振腔的可重构宽带匹配电路

为了降低工艺波动、版图二阶效应、模型偏差等非理想因素对射频集成电路(Radio Frequency Integrated Circuit,RFIC)性能造成的不良影响,提出了一种基于磁耦合谐振腔的可重构宽带匹配电路(Reconfigurable Wideband Matching Network Based on Magnetically Coupled Resonator Tank,MCR-RWM)。通过数字控制电路配置可调电阻阵列和可调电容阵列,改变匹配电路增益、带宽、增益平坦度、纹波等参数,实现宽带匹配电路重构。在65 nm互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)工艺设计了一款基于MCR-RWM的驱动放大器并集成于接收芯片。测试结果显示,在18.2~20.2 GHz频率范围,通过数字控制电路重构驱动放大器的宽带匹配,接收通道的S_(22)改善了3.5 dB,S_(21)提升了0.5 dB,增益平坦度改善了0.1 dB,-3 dB带宽增大了113 MHz。

某车型油箱的动态性能分析

燃油箱是汽车存储燃料的容器,位于汽车的底部,汽车在行驶过程中会对燃油箱产生一些振动的影响。本文主要研究燃油箱在工作过程中的动态特性。采用有限元分析的方法,并利用HyperMesh软件对燃油箱进行自由模态分析。分析表明:燃油箱不会与外界激励产生共振的现象,其振动对汽车的使用不会造成任何影响;对薄弱的地方进行改进优化,使油箱在满足要求的情况下同时实现轻量化设计,为后期燃油箱的设计开发提供参考。

基于损耗最优设计的双向LLC谐振变换器及控制研究

LLC变换器作为一种谐振型直流/直流(Direct Current/Direct Current,DC/DC)变换器,具有原边开关管零电压开通(Zero Voltage Switching,ZVS)和副边开关管零电流关断(Zero Current Switching,ZCS)的优越软开关特性。在LLC谐振变换器的设计中,谐振回路参数的选择对于变换器的性能具有重要影响。基于对LLC谐振变换器的损耗分析,使用一种损耗最优的设计方法,使变换器能够在要求的直流增益下保持最高效率的工作状态。为实现反向功率传输,变压器只能工作在降压模式。文章提出一种在不改变拓扑的前提下,使LLC谐振变换器反向升压的控制方式,从而更好地适应宽电压输入/输出的场合。在PLECS软件上搭建能量双向流动仿真平台进行仿真,仿真结果验证了所提损耗最优谐振回路参数设计方法和反向控制方式的正确性和可行性。

串联谐振高频链逆变电源数学模型分析

首先从串联谐振高频链逆变电源的工作原理及相应的控制策略出发,得到各谐振模式下的状态方程;通过整合谐振模式控制信号、象限判断信号及谐振电流极性判别信号,得到所有谐振模式统一的状态方程;利用谐振槽等效的方法,进一步简化系统的数学模型,得到逆变器的降阶状态方程;在此基础上,文章利用Matlab软件分析和比较了原逆变电源和降阶等效系统的在随机控制信号及阶跃信号下的响应,验证了等效模型的正确性;同时还将基于降阶系统构建的控制器应用于实验样机,其优良的负载突变响应也验证了等效模型的正确性。

基于振动的变压器绕组压紧状态评估方法

为实时评估变压器绕组压紧状态,对变压器振动问题进行研究。在绕组振动成分、振动传播路径和油箱表面振动成分的研究基础上,建立了变压器油箱振动信号模型。在瞬态激振实验中发现:相对于油箱正面测点,顶面测点更能体现油箱瞬态激振响应逐渐衰减的特征;靠近C相套管的顶面测点共振频段随压紧力减小而明显向左位移。进行短路实验,结合不同电流不同压紧状态下的大量实验数据,发现靠近C相套管的顶面测点振动信号共振谱峰分布与瞬态激振实验中共振频段分布较为一致,提出利用共振谱峰位移规律进行绕组压紧状态在线评估。该方法简单易行,只需监测油箱顶面振动信号,适应变压器负荷变化的运行环境,与电网没有电气连接,可以实现变压器绕组压紧状态在线评估。

基于振动的变压器铁芯松动判定方法

为分析和判断电力变压器铁芯松动故障,对变压器油箱表面的振动信号进行研究,提出基于油箱表面振动信号的变压器铁芯松动故障诊断方法。首先,对变压器铁芯的振动特性进行分析,并确定振动信号中100Hz为铁芯松动特征频率。为避免变压器固有振动频率的影响,对油箱壁的共振原理进行了研究,提出了先用激振法确定变压器油箱表面的固有频率,避开固有振动频率对故障诊断的影响;提出了利用100Hz特征频率分量占总分量(1kHz以内)的比值来判断铁芯松动故障的方法。变压器铁芯松动后,利用比例阈值法纵向比较(与历史数据比较)各测点的振动信号,可确定变压器是否存在铁芯松动故障;通过各测点横向比较,可初步进行变压器铁芯松动故障定位。该方法简单有效,不需要考虑电压变化以及传感器型号不同对故障判断的影响。

一种双变压器结构的多谐振型软开关直流变换器

提出一种双变压器结构的多谐振型软开关直流变换器。通过在谐振腔内引入辅助高频变压器,变换器获得了包含谐振零点在内的多个谐振频率点。通过合理配置谐振点位置,变换器可在较宽频率范围内保证基波和3次谐波有功功率的同时传递,提高谐振电流利用率并起到抑制无功环流的作用。同时,谐振零点的引入使得变换器具备固有的限流保护能力。此外,变换器能够在全负载范围内实现开关管的零电压开通、二极管的零电流开通和准零电流关断,减小了开关损耗。最后,为了验证所提拓扑的有效性和参数设计方法的合理性,搭建一台额定功率330W的样机进行实验验证,最高效率可达到94.7%。

零电流开关电流源谐振逆变器拓扑和参数计算

本文提出了一种电流源输出的LCC串并联谐振型逆变器 (LCC SPRI)主电路。逆变器能在负载阻抗较大幅度变化时保持输出电流基本恒定 ,槽路电流与负载电流相当 ,并能实现逆变开关零电流开通和关断。文章给出了槽路参数的设计方法及计算机仿真和实验室实验结果。

一种抗宽范围耦合系数波动的三元件补偿型感应式能量传输系统

常规LCL型感应式能量传输系统具有电压增益独立于负载的特性,在耦合系数波动小而负载范围较宽的无线能量传输场合应用较广。然而其输出特性受耦合系数影响很大,不适用于动态能量传输场合。在LCL型补偿拓扑的基础上,通过改造其输出特性,提出一种适用于动态感应式能量传输场合的改进型拓扑,以适应大范围耦合系数的变化。从平滑输出电压增益的角度出发,定量分析电压增益和输出阻抗角与耦合系数和无源元件参数的关系。通过对LCL型谐振腔增加一阶自由度,构造了三元件补偿的LCC型拓扑,实现了耦合系数大范围波动情况下输出功率近似恒定。与常规拓扑相比,该补偿拓扑对耦合系数的敏感性大大降低。最后,设计一台原理样机,传输功率在耦合系数大范围波动下保持平稳,相比常规拓扑,使得输出特性关于耦合系数的敏感性大大降低。验证了设计方法的有效性。

有限液深下弹性侧壁液舱内晃荡共振特性实验研究

对有限液深下,弹性侧壁矩形液舱内液体晃荡的共振特性进行了物理模型实验研究.通过扫频实验给出了不同液深和激励振幅下舱内液体的最低阶固有频率.自由液面形状和高度经由影像采集与分析系统得到,通过压力和应变采集系统分别得到作用在舱壁上的晃荡压力和舱壁的应变.对有限液深下弹性侧壁液舱内自由液面波形进行了描述,同时在时域和频域范围内对自由液面高度、晃荡压力和结构应变的共振变化特性进行了分析,并且对弹性侧壁液舱内结构应变的时间变化特性和空间分布特性做了进一步的研究和讨论.结果表明:晃荡压力和结构应变波峰处均出现双峰,压力和应变频谱受双峰的影响较大;在顶盖舱壁上,距顶角不远位置处更容易出现较大的应变.

拖曳水池拖车结构方案设计

为了生成拖曳水池拖车的三维实体模型,以验证拖车的主要结构设计参数,提出了一种应用于大型水池的的拖车结构,介绍了拖车系统基本组成,分析了利用拖车进行船模试验的主要工作流程,根据实际试验要求设计了拖车的运行参数,运用三维设计软件CREO2.0,建立了基于参数设计的拖车三维实体模型。基于建立的三维实体模型,采用有限元分析软件Abaqus对拖车主梁及中央侧桥的静刚度及强度、固有频率等展开了仿真分析,并对被试品由水下阻力产生的倾覆力矩进行了校核计算。研究结果表明,该种拖车的结构强度及固有频率等指标均能够满足设计要求,并成功应用于某大学拖曳水池,运行效果良好。

一种零电压转换H6结构非隔离光伏并网逆变器

非隔离型单相光伏并网逆变器的漏电流和效率是两个关键指标。非隔离型并网逆变器相比隔离型结构有效率优势,但到目前为止,非隔离型并网逆变器的高频开关仍然工作在硬开关状态。提出一种零电压转换H6结构非隔离光伏并网逆变器,通过引入两组谐振支路可实现高频主开关的零电压开通和零电压关断,高频辅助开关管的零电流开通,及续流二极管的零电压开通和零电压关断。论文详细分析新型逆变器的工作模态、软开关条件、占空比约束条件和谐振参数设计方法,并通过一台100kHz、1kW样机验证新型逆变器的可行性。

LCL型感应式能量传输系统的时域特性分析

LCL型补偿的感应式能量传输拓扑由于其输出特性对负载变化不敏感的优点,在耦合系数波动小而负载范围较宽的无线能量传输场合应用较广。但由于系统中主要波形的高次谐波成分的存在,导致按常规基波近似法分析的误差较大,影响了参数设计的可靠性。为此该文考虑高次谐波的影响,针对变换器的时域特性进行研究。对高次谐波作用下的谐振腔进行简化,建立不同阶次谐波的统一阻抗解析表达式。在此基础上求解谐振腔稳态时域波形。结合稳态时域分析,可以详细指导谐振腔参数设计,保证移相控制下全负载段的零电压开通条件以及较高的功率因数。最后,设计一台300 W的LCL型变换器样机,谐振腔稳态时域波形与分结果吻合良好,验证了所提出的时域分析方法的正确性。

全桥LLC谐振变流器的简化时域模型及其应用

以全桥LLC谐振变流器作为研究对象,在对LLC谐振变流器的时域工作模式进行深入分析的基础上,建立各个模式的状态方程以及模式间的边界条件,并进一步提出了一种简化的时域分析模型.基于该模型,推导得到了对LLC谐振变流器设计重要意义的变流器增益曲线.应用该简化模型及对应的增益曲线,提出了基于励磁电感L_m和电感比h的LLC谐振变流器的谐振腔参数设计方法.最后,设计并制作了一台300W的样机,仿真和实验结果都验证了该模型的准确性和设计方法的可行性.

基于SPH方法的二维矩形舱液体晃荡数值研究

储液舱内液体晃荡是当外激激励频率与容器内部液体自由液面的固有频率接近时,液体产生的剧烈共振运动.采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法,在二维矩形舱低载液率横荡和横摇激励下,自由液面共振频率附近4个激励频率处开展数值研究.对比数值和对应实验中全局自由液面波形和冲击压力时程发现,SPH方法可以很好地模拟液体晃荡时的波形,如水跃、破碎波等自由液面的大变形运动.此外,该方法可用于模拟和评估非共振区域晃荡荷载的特性.建议采用两相流来模拟共振频率下液体剧烈的晃荡运动.

同步整流双谐振LLC-DCX悬浮控制电源研究

针对传统悬浮控制电源设计中存在的占空比失调、稳压率差及转换效率低等问题,提出基于同步整流双谐振LLC-DCX的两级式变换方案。该方案在实现主次侧开关管ZVS和二次侧整流管低损耗的同时,降低了输入电流纹波;在介绍了双谐振LLC-DCX的工作原理的基础上,讨论了电源的关键参数设计。210W,220-380V输入、4路输出的原理样机实验结果及比较很好地验证了研究方案的先进性与可行性。