基于Switch-Capacitor网络实现分时供电的多输入升压变换器

在新能源联合发电系统中,多输入直流变换器可分时或同时向负载提供能量,具有简化系统结构、降低系统成本等优点。然而,现有的多输入直流变换器不能很好地满足新能源发电领域对高升压比、低纹波、低开关应力等技术参数的要求。因此,本文基于Switch-Capacitor网络串联放电、并联充电和多个网络累加升压的工作特性,推导出一种新型多输入升压变换器。本文以三输入升压变换器为例,详细分析了其在连续工作模式下的工作原理和工作性能,进行了仿真分析,并搭建了实验模型,仿真分析与实验研究的结果表明:①升压能力强,其升压比与Switch-Capacitor网络组中的网络个数有关;②开关器件的电压应力、输入电流纹波和输出电压纹波小;③所有开关管由同一控制信号隔离驱动,控制电路简单;④实现分时供电,元器件利用率高;⑤推演出对应的同时供电多输入升压变换器。

基于电流应力优化和6脉波调制的双有源桥AC/DC变换器控制策略

针对双有源桥(dual active bridges,简称DAB)AC/DC变换器,该文提出基于电流应力优化和6脉波调制的双有源桥AC/DC变换器控制策略.DAB和三相逆变器(three phase inverter,简称TPI)是双有源桥AC/DC变换器的两个关键单元.对DAB采用电流应力优化,对TPI采用6脉波调制.仿真实验结果表明:相对于单移相(single phase shift,简称SPS)调制策略,该文策略的电感电流的峰值更小,即能更有效地降低电流应力.因此,该文所提策略具有优越性.

新型电压自均衡开关电容多电平逆变器

为了使用更少的器件实现更多的输出电平,同时解决传统多电平逆变器开关器件在高电压下工作时,其电压应力较大,容易损坏的问题,提出一种新型单电源开关电容多电平逆变器拓扑。该开关电容逆变器拓扑通过研究开关电容技术与级联H桥逆变器的结合,采用脉宽调制的方式经过逻辑组合进行调制,实现了高效的电压增益和电平输出。在保证电容电压自均衡的前提下,仅使用单个直流电源输入,产生三倍电压增益的七电平输出。然后,为了进一步拓展该逆变器的应用范围,介绍所提逆变器的扩展结构,并简要分析其工作模式。同时与其他类似拓扑进行对比,证明该拓扑优势。最后为了验证理论分析的正确性,设计了仿真和实验样机,对逆变器的性能进行了详细测试。

一种基于开关电容的十三电平逆变器

针对现有多电平逆变器拓扑体积大、成本高和结构复杂的问题,文中提出一种基于开关电容的十三电平逆变器。所提拓扑由1个直流输入电源、3个电容器及14个开关器件组成,可实现6倍升压的十三电平输出,在具有较低成本和较小体积的同时减少了系统输出谐波的含量,且无需H桥即可实现逆变即可降低开关管的电压应力。所提逆变器无需任何辅助方法就能实现电容电压自平衡,简化控制的复杂度。文中通过与其他传统多电平逆变器的对比分析,验证了所提拓扑的优越性。仿真和样机平台的实验结果证明所提逆变器在稳态和动态情况下均具有良好的性能。

多层瓷介电容器手工焊接质量提升

手工焊接后的多层瓷介电容器在温度循环试验过程中发生烧毁故障,故障原因为焊接过程中热应力较大导致器件本体生成裂纹。设计手工焊接试验,并经验证得出结论:在手工焊接过程中,通过降低手工焊接温度,增加焊接前印制电路板(PCB)的预热,可以避免器件本体产生裂纹;在产品设计阶段,避免选用较大尺寸封装,为PCB设计非接地焊盘,可以提高手工焊接的工艺窗口,从而提升多层瓷介电容器手工焊接质量。

基于占空比主动调节的钳位开关电容型DC/DC解耦控制策略

钳位开关电容型DC/DC(Clamping Switched Capacitors-based DC/DC,CSC)是构建具有直流故障自清除能力直流变压器的有效模块。由于传统控制策略下的CSC中直流电压与电容电压存在着耦合效应,直流电压的变化将直接引起电容电压与交流环节电压幅值的变化,使得CSC在两端直流电压不匹配时可能发生软开关丢失、电流应力增大、功率损耗增加等运行性能下降的现象。鉴于此,为改善CSC在直流电压不匹配时的开关及效率性能,提出了一种基于可变占空比的CSC电容电压解耦控制策略。该策略可以在CSC的整个运行范围内保证交流电压幅值的自动匹配,对于改善CSC的整体运行性能具有明显效果。基于试验样机,验证了所提控制策略的正确性与有效性。

一种单向隔离型谐振开关电容变换器

作为隔离型单向直流变换器常用的整流器件之一,二极管结电容易与变压器漏感发生谐振,导致严重的电压尖峰问题。为此,提出一种基于二次侧移相的单向隔离型谐振开关电容变换器(UI-RSCC)拓扑,其二次侧整流单元由一个开关半桥和二极管半桥组成,避免了二次侧二极管振荡的产生,可实现所有开关器件的零电压软开关(ZVS)。该文在分析UI-RSCC拓扑的基础上,研究了其输入直流电容的电压均衡机制,提出了相应的输出电压控制策略及其软开关条件。结果表明,UI-RSCC可实现输入直流电容电压的自动均衡,降低了开关器件的电压应力;通过复用部分开关,减少了所需的开关器件数量;使用电容滤波即可实现所有开关器件的软开关,且无需额外的钳位电路。最后,通过仿真及实验结果验证了理论分析的正确性。

一种双极性输出的高增益变换器

随着分布式能源高渗透率接入电网,双极性直流微电网固有优势愈发突出。针对光伏电池投入到双极性直流微电网运行时,对于高增益双极性变换器的需求,提出一种组合式且可提供双极性输出的高增益变换器。在传统Sepic变换器的基础上加入一个二极管和电容,通过开关管控制电容、电感能量的交替传递,从而提升变压器增益;其次,基于元件复用的方法将开关电容单元和Boost电路进行组合,实现正负极电压均衡的双极性输出。此外,详细阐述了所提变换器的工作原理,开关器件的电流和电压应力、电路参数设计。为验证所提拓扑结构的可行性,搭建了一台24 V/336 V(±168 V)、112 W的实验样机,实测变换器增益可达14倍。实验结果表明,所提变换器具有增益高、器件电压应力低、输入电流连续的特点。

MLCC电容环境失效案例解析

MLCC电容的全称为多层片式陶瓷电容器(Multi-layer Ceramic Capacitor,英文缩写MLCC),是由陶瓷介质薄膜与内电极以层层错位的方法交替叠合,经过高温一次性烧结制成陶瓷芯片,最后在陶瓷芯片的两端涂覆外电极浆料而制成的电容器。因此,MLCC的内应力复杂,耐环境应力的能力有限。在实际的复杂使用环境中,MLCC往往会由于经受机械应力、电应力以及温度应力的综合作用导致MLCC出现裂纹或金属电极错位而失效。本文通过对MLCC电容典型失效案例的解析,总结了常见MLCC的失效原因,对复杂工况下PCBA的可靠性设计有一定参考意义。

改进型高增益耦合电感Boost-Sepic变换器

针对光伏电池输出电压等级低、稳定性差的问题,本文将Boost-Sepic变换器进行改进,并加入耦合电感与开关电容两种增益单元,提出一种高增益耦合电感组合Boost-Sepic变换器。首先将组合后的Boost-Sepic变换器中输入电感替换为耦合电感原边,保证输入侧电流连续并钳位开关管电压;同时将耦合电感倍压单元与开关电容进行串联以提高电压增益。采用无源钳位吸收回路回收耦合电感漏感的能量,抑制开关管两端产生的电压尖峰。详细分析了Boost-Sepic变换器的工作模态、电压增益、开关器件电压/电流应力及器件参数的选择,并与其他高增益变换器对比。最后,通过200 W实验样机验证了变换器的可行性与正确性。

高场强下金属化膜脉冲电容器特性的试验研究

介绍了金属化膜电容器的工作原理 ,研究了金属化膜脉冲电容器与箔式电容器工作特性的差别。并结合金属化膜电容器试品的解剖分析结果 。

高场强下金属化膜脉冲电容器失效的原因

试验并分析了在高场强及一定放电条件下金属化膜脉冲电容器失效的原因 ,初步探讨了其不同失效问题的解决方法 ,给出了金属化膜脉冲电容器应用于高场强领域的一些建议。

混合T型多电平逆变器及其调制策略

为了提高逆变器输出电压增益、增加交流输出电平数、降低开关器件电压应力,提出一种混合T型电压源开关电容多电平逆变器。直流侧采用单电源输入结构,开关电容网络无需H桥即可实现交流侧多电平输出,开关器件承受电压应力低。结果表明,所提逆变器具有较强的扩展能力,输出电压增益高,并且T型结构使得逆变器具备更多电平的输出能力。该逆变器结构简单,并且随着输出电平增多,开关器件电压应力保持不变,具有在高压大功率工况应用的潜力。该文给出了所提逆变器的电路结构、工作原理、调制策略及其扩展方法,并通过仿真与实验对所提逆变器进行验证。

一种准Z源升压型DC-DC变换器

针对传统升压变换器存在升压能力有限、电容电压应力大等问题,提出了一种采用2个准Z源网络级联的升压型DC-DC变换器,分析了该变换器的工作原理,推导了该变换器升压比、电容电压应力的表达式。与传统Z源升压变换器相比,该变换器可在占空比小的情况下实现更大的升压比,且在升压比相同的情况下具有更小的电容电压应力。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。

金属化聚丙烯膜脉冲电容器端部接触老化研究

电极端部与喷金层松动或脱离是金属化膜电容器失效的主要原因之一 ,尤其是以重复充放电方式工作的脉冲电容器。以金属化聚丙烯膜电容器为例 ,对其端部接触老化进行了研究。金属化膜电容器短的接触收到电压效应、热效应和机械效应的影响。为便于研究 ,采用了一种新结构的试品。通过这种试品与普遍金属化膜电容器的对比试验以及新结构试品自身的对比试验来分别检验电压效应、热效应和机械效应对端部接触的影响。结果表明 ,在高场强下 ,电压效应对端部接触老化的影响很大 ,电流的热应力对金属化电容器端部接触的影响较小 。

增强型开关电感准Z源逆变器

开关电感准Z源逆变器及其改进型号在升压比方面不能满足新能源领域的严苛需求,限制了Z源逆变器在光伏逆变及其微电网中的运用。通过对传统开关电感准Z源逆变器拓扑结构的改变,提出了一种具有高电压增益的增强型开关电感准Z源逆变器,在原来的一组开关电感的基础上仅再增加一组开关电感,既避免了硬件结构过于复杂,也避免了直通占空比的取值范围过小,同时使得升压比提高5～40倍;确保了输入电流连续;并且X型LC网络的电容电压应力和电感电流脉动得到了有效降低。本文首先对增强型拓扑结构进行了详细的理论分析,然后进行了仿真实验,最后利用实物装置验证了增强型拓扑的可行性和优越性。

Boost型三电平AC/AC变换器

针对高输出交流电压的升压场合,研究Boost型三电平AC/AC变换器。相比于Boost型两电平AC/AC变换器,该变换器通过增加开关管数量和引进飞跨电容,构造了中间电平,可使开关管的电压应力降低一半,滤波器重量体积大大减小。其拓扑可以看成是两个输出电压极性相反的Boost型三电平DC/DC变换器组合而成,该变换器输入输出电压同相位,其飞跨电容电压等于输出电压的一半。详细分析其电路工作原理,给出一种新颖的控制策略,可对输出电压和飞跨电容电压同时进行控制;研制一台原理样机,给出了实验波形与测量结果。实验结果证实了理论分析的正确性和控制策略的可行性。

低应力高电平开关电容逆变器及其调制策略

为了提高可再生能源发电系统中逆变器的升压能力并改善输出电能质量,该文提出一种低应力高电平开关电容逆变器。所提拓扑使用1个直流电源、3个电容和15个开关器件实现4倍电压增益和十七电平交流电压输出。与其他拓扑相比,所提逆变器能以较少的开关器件产生更多的电平,有效地降低了逆变器的输出谐波含量;无需后端H桥即可实现逆变过程,有效地降低了开关器件的电压应力。此外,所提逆变器的电容电压纹波小,且电容电压自平衡的优点简化了控制器的复杂度。该文详细给出所提逆变器的拓扑结构、工作机理与调制策略,分析电容电压纹波计算,并与其他类似拓扑结构进行对比,最后通过实验证明了所提逆变器的可行性和理论分析的正确性。

基于加速应力试验的钽电容性能退化分析与建模研究

针对以3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)导电聚合物的固体钽电容,本文以温度和湿度为加速试验应力,采用变间隔测量法搭建4种应力85℃/85%RH、95℃/70%RH、95℃/85%RH、110℃/85%RH水平下的钽电容恒定应力加速退化试验平台,获取性能退化参量电容量和损耗因数的退化数据。针对在温湿度加速应力下钽电容退化参数的非单一变化趋势,利用有序聚类算法进行退化区间划分;基于误差函数斜率的变化率确定最佳分类数,获得钽电容的稳定退化区间;基于数据重构和维纳过程对电容量和损耗因数进行拟合,拟合精度分别达到97%和95%,验证维纳过程建模的有效性;结合Copula函数建立基于随机效应维纳过程的钽电容二元加速退化模型,进行钽电容可靠性评估,推导正常应力水平下产品寿命,符合寿命12~15年的规定。结果表明二元加速退化模型能够进行钽电容的退化性能分析和寿命预测。

新型高增益开关电容直流升压变换器

高增益直流变换器被广泛使用于许多工业应用中,例如光伏系统、燃料电池系统、电动汽车和高强度放电灯。本文提出一种将耦合电感和开关电容技术相结合的单开关新型高增益直流变换器。该变换器能够在靠近0.50(0.56)的占空比条件下实现高升压比;主电路只有一个功率开关,驱动控制简单;功率器件的电压应力较低,能有效降低通态损耗。此外耦合电感的漏感能量被有效吸收并回馈给负载。本文详细分析了该变换器工作原理和稳态性能。最后,搭建了一台30 V输入、300 V输出、满载功率150 W的试验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。