High-power High-efficient and Simplified High-frequency Switching Power Supply for Electrolytic Plating

针对大功率电解电镀开关电源的输入整流级引起的无功和谐波等电能质量问题,研究了一种基于高效PWM整流的高频开关电源。该电源前级整流器仅用4个开关管来进行PWM整流,后级采用半桥逆变器进行高频变换,显著减少了开关数量。针对三相四开关PWM整流器,推导一种基于开关模型的无差拍控制方法,该方法可实现系统的快速、无差整流。针对多台开关电源的并联均流问题,提出一种基于虚拟阻抗的自均流控制方法,可实现多台电源的均流稳定运行。通过仿真与实验验证了所提结构和控制方法的正确性。

Investigation on latch-up susceptibility induced by high-power microwave in complementary metal–oxide–semiconductor inverter

The latch-up effect induced by high-power microwave（HPM） in complementary metal–oxide–semiconductor（CMOS） inverter is investigated in simulation and theory in this paper. The physical mechanisms of excess carrier injection and HPM-induced latch-up are proposed. Analysis on upset characteristic under pulsed wave reveals increasing susceptibility under shorter-width pulsed wave which satisfies experimental data, and the dependence of upset threshold on pulse repetitive frequency（PRF） is believed to be due to the accumulation of excess carriers. Moreover, the trend that HPMinduced latch-up is more likely to happen in shallow-well device is proposed.Finally, the process of self-recovery which is ever-reported in experiment with its correlation with supply voltage and power level is elaborated, and the conclusions are consistent with reported experimental results.

A Study on the Conducted Interference of Capacitor Charging Power Supply

In this paper, a mathematical analysis of the EMI (Electromagnetic Interference) for a 20 kHz/10 kV capacitor charging power supply in frequency-domain is presented, and a related circuit model considering the transient switching interference is proposed. Due to the high working frequency and the device-switching transitions, the conducted EMI caused by the charging circuit which includes the harmonics of grid frequency, working frequency and device-switching transition frequencies. Thus under certain working situations or loads parallel power supply, the interference may cause charging failure. To solve this problem, a high frequency transformer modeled with stray capacitances and an approximation of the device-switching transition is applied in the Spice-based simulation model, and a mathematical analysis in frequency-domain is presented.

基于PowerEsim的开关电源的高频变压器设计

高频开关电源中,变压器受更多寄生参数的影响,对开关电源的影响也越来越大。因此,高频开关电源设计时,高频变压器的设计是重中之重。本文对高频变压器的设计进行了分析,应用PowerEsim软件对变压器的参数进行了优化,提高了开关电源的效率。

一种低延时低功耗PWM比较器电路设计

设计了一种基于HHGrace 0.35μm BCD工艺的低延时低功耗电压型静态脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)比较器,主要应用于高频低功耗的开关电源系统。设计中包含动态尾电流源和改进型正反馈放大器,以改进传统跨导放大器(Operational Transconductance Amplifier,OTA)型比较器高延迟和高功耗等问题。仿真结果表明:在1.2~5.0 V供电电压范围内稳定工作,最大上升沿延时35 ns,最大下降沿延时41 ns,支持6 MHz开关频率的系统,比较精度8 mV,失调电压439μV,静态功耗仅为2.5μA(1.2 V供电)和4.4μA(5.0 V供电)。

广播电视制播工程项目中UPS的选用研究

对于广播电视制播工程项目,为确保直播内容安全播出和内容编辑的时效性,与直播相关的系统和内容编辑系统的核心设备需要接入不间断电源(Uninterruptible Power Supply,UPS)供电回路。因此,在供配电系统设计过程中,如何选择合适的UPS电源设备技术架构成为一个关键问题。主要探讨了广播电视制播工程项目中UPS电源设备的选用,对UPS高频机和UPS工频机进行了比较分析,进而给出了广播电视制播工程中UPS电源设备的选用策略。

交、直流机车混跑线路车网谐振机理分析及宽频域谐波综合治理研究

在交-直-交电力机车和交-直电力机车混跑线路的牵引供电系统中,存在丰富的宽频域谐波电流,且易产生车网谐振问题。文章首先采用谐波阻抗分析法建立了牵引网谐波阻抗电路模型,推导了牵引网谐振阻抗与谐波频率及供电臂长度的函数关系,分析车网谐振产生机理和谐振特性,给出了车网谐振治理方式及装置安装位置的选择;然后,针对目前牵引网的宽频域谐波,提出一种地面加装有源电力滤波器(active power filter,APF)和无源高通滤波器(high pass filter,HPF)的综合治理方法,并给出“APF+HPF”装置的工程设计方法;最后,结合国内某铁路牵引网案例进行仿真验证。仿真结果显示,采用该方法后谐波电流总畸变率由75.29%下降到1.58%(“APF+二阶HPF”滤波器)和2.55%(“APF+阻波HPF”滤波器),证明该方法对宽频域谐波具有良好的治理效果,能有效抑制车网谐振现象并消除其危害,保障了牵引供电系统的安全运行。

高频隔离型两相-单相贯通牵引供电装置及其控制策略

基于电力电子技术的贯通牵引供电系统为同时解决负序电能质量与电分相问题提供了契机,然而,现行贯通改造方案依然存在功率密度低、改造成本高等问题。为此,文中提出一种高频隔离型两相-单相贯通牵引供电装置及其控制策略,所提装置在充分利用既有两相牵引变压器的基础上,采用三端口高频隔离型直流变换器连接输入输出侧,减小装置体积的同时提升系统功率密度,有效降低贯通系统改造成本。此外,针对贯通牵引供电装置内存在的电能质量问题,提出一种二次纹波消除与功率均分控制策略,在有效抑制直流侧二次纹波与负序电能质量问题的同时,进一步减小了装置直流侧电容容值的选型,最高可达94.95%。最后,通过仿真与实验验证所提装置及其控制策略的可行性与可靠性。

基于电磁仿真的冷坩埚电源参数优化

针对实验成本高昂且影响参数庞杂等问题,文中利用COMSOL仿真软件建立φ100 mm冷坩埚实验装置的磁场仿真模型,开展高频电源以及线圈参数的仿真实验,并利用神经网络和模拟退火算法对最优高频电源参数组合进行预测。针对不同电流强度、频率、线圈高度、匝数、直径、间距条件下的冷坩埚磁场分布、涡流损耗以及能量利用率变化规律进行仿真实验。以仿真结果为学习样本的神经网络,可快速预测各种电源参数下的磁场和涡流损耗等数据。利用模拟退火算法预测最优电源参数组合。仿真结果表明,在参数优化后可保证在磁场强度和加热效率不变的前提下提高磁场均匀程度和熔制效果,并使能量利用率提高了68%,避免了能量浪费。初步验证了高频电源以及线圈参数优化对磁场分布和能量使用效率的改善效果,可为后续冷坩埚工程样机的电源参数与线圈参数的优化设计提供重要依据。

基于电压控制的LC振荡放电融冰电源研究

高频电流的趋肤效应使等效导体中电流产生的热损耗增大,为输电线路融冰提供了一种新的技术方法。文中提出了一种基于LC振荡放电的高频融冰方法,利用RLC串联电路从某一稳态向另一稳态转换时由电容充放电引起电流变化的特性,通过控制电压方波来获得高频的电流。该方法可以有效降低IGBT的开关频率,减少开关损耗。根据功率器件的性能设计了一台融冰电源,仿真实验表明,对长度分别为40 km和35 km的LGJ-400/50导线、LGJ-240/40导线、LGJ-120/25导线和LGJ-70/10导线可获得1 kHz有效融冰电流。

基于BP神经网络算法的超声电源频率追踪技术

超声振动系统主要由超声换能器和超声复合加工电源组成。其中超声换能器在加工过程中受到多种因素影响,会发生谐振频率漂移现象;超声复合加工电源需要输出对应频率的电信号,保证超声振动系统的稳定工作。为避免超声换能器损坏,设计一种基于BP神经网络算法的控制模型,通过分析超声电源运行历史数据来实现对超声电源输出频率的控制。利用Multisim对电路进行仿真,并通过试验采集理论谐振频率在25 kHz的超声换能器稳定工作时超声复合加工电源的输出信号,通过Matlab建模仿真来验证BP神经网络模型的控制精度和可靠性。结果表明,产生的模拟输出与实际输出频率最大误差不超过5%,有助于超声复合加工电源的稳定工作。

高频电源与活性屏离子渗氮对表面纳米化TC4钛合金渗氮层结合力的影响

目的 评估高频电源对喷丸纳米化TC4钛合金离子渗氮层结合力的影响,进一步探究在高频电源+活性屏工艺组合上,渗氮参数优化对渗氮层结合力的影响。方法 选取直流电源–500℃-20 h-300 Pa离子渗氮试样与高频电源–500℃-20 h-200 Pa离子渗氮试样,分别进行XRD、扫描电镜和划痕试验,对结构、形貌与结合力分析。在高频电源基础上,进一步选取活性屏优化前、后参数的渗氮试样进行结构、形貌和结合力对比。结果 通过划痕测试发现,高频电源渗氮层的声信号平稳,划痕无剥落,渗氮层摩擦力信号突增的载荷值有一定提升。在高频电源+活性屏工艺组合下,优化后渗氮试样的Ti N和Ti2N层厚度比优化前渗氮试样的厚度明显增加。声信号上表现为更平稳及无明显突变,且优化后试样的渗氮层摩擦力信号突增的载荷值较优化前均增加。结论 高频电源抑制了传统直流电源渗氮过程中的打弧现象,缓解了渗氮层内部的热应力聚集,提高了渗氮层的表面性能,对渗氮层载荷承受力和结合力有一定的提升作用。在高频电源与活性屏组合工艺下,优化后渗氮试样的渗氮动力学条件更好,Ti2N层厚度显著增加,提高了基体中氮扩散层的性能。同时,Ti2N厚度的增加可以减缓TiN层与基体的成分与性能的突变,从而提升渗氮层与基体的结合力。

一种X波段机载MPM设计与工程实现

微波功率模块(MPM)是高集成度的一种微波发射机,它是真空放大器件应用的重大变革,涉及微波、真空电子、集成电源、微系统集成等多技术领域,具备单机功率大、频带宽、效率高、功率密度高、可靠性高等优点,可用于无人机电子对抗系统、有源相控阵、拖曳式高功率电子干扰诱饵、气象雷达等许多领域。文中介绍了一种X波段中功率机载MPM的设计方法,详细阐述了励磁电感、谐振电感、谐振电容三元素串联谐振全桥拓扑高压电源、载频脉冲调制器、模块结构与热设计及其关键技术,并给出了实测数据,以期给相关从业人员带来一些启发和帮助。该项目研制的MPM已在外场成功完成空空、空地试验应用,性能非常好,可推广使用。

氮化镓功率器件在宇航电源中的发展与应用

随着航天器功率需求不断增大,对宇航电源的效率提出了更高的要求。第三代宽禁带半导体—氮化镓(GaN)功率器件具有更低的导通损耗、纳秒量级的开关速度等优点,能够使宇航电源的效率得到进一步提高。该文分析了GaN功率器件的结构特性与电气性能优势,针对GaN功率器件在国内外宇航电源中的应用情况进行总结;并提出GaN功率器件以及高频电源在宇航环境中广泛使用面临的关键问题。分析认为GaN功率器件应侧重于单粒子辐照加固以及耐辐照稳定性驱动方案研究,而宇航电源的整体研究则应该关注高频电源集成技术以及散热问题。

一种低温漂高电源抑制能力的振荡器设计

为了提升开关电源芯片中振荡器的温度特性和电源抑制能力,提出一种改进型拓扑结构的RC振荡器。该振荡器由电容充放电模块、偏置电流源模块、比较器模块以及寄存器模块组成。通过将电容的上下极板都接入电流源,并对电容下极板流过的电流进行采样,引入负反馈对充放电电流源进行动态调节,从而减小电容上极板电压通过沟道调制效应对充放电电流源的影响,增强充放电电流源的电源抑制能力。再配合偏置电流源模块中经过温度补偿的偏置电流,得到具有低温漂特性及高电源抑制能力的振荡频率。基于CSMC 0.18μm BCD工艺完成了电路设计,仿真实验结果表明,所设计的振荡器工作频率为411 kHz,电源电压为2.6~3.8 V时频率变化为0.119%,温度为-40~125℃时频率变化为3%。该振荡器具有较强的电源抑制能力,能很好地满足开关电源芯片中振荡器的设计要求。

高压大电流磁轴承功率放大器的系统研究与应用

针对三相三线制交流电网输入、高压大电流隔离输出、交流掉电不间断供电10 min,以及较大频率响应范围、稳态特性和动态特性良好的要求,提出一种N+1冗余不间断的稳压电源和三态PWM调制的功率放大器。阐述了磁悬浮轴承控制系统的工作原理,设计并制造了600 V/60 A的高压大电流功率放大器系统。实验结果表明,稳压电源能够实现10 min左右的不间断供电且变换器具有冗余功能,磁轴承功率放大器具有较小的输出电流纹波,同时具有较好的跟随特性、稳态特性、动态特性和较大频率响应范围。样机实验结果表明,所设计系统能够满足要求,对磁悬浮轴承控制系统的商业化生产制造具有一定的指导意义。

一种适用于动车组高频辅变的电容自均压直流变换器

高频辅助变流器具有高功率密度、高变换效率的优势,是节省车底空间、优化乘车环境、降低能量消耗的重要手段。提出一种适用于动车组高频辅变的电容自均压直流变换器,其拓扑能够实现输入侧直流电压的降压和均分,降低开关管电压应力并减少后级隔离DC/DC变换器的数量;同时,电容自均压拓扑中的开关器件均能实现零电流开关,降低了变流器的开关损耗;此外,电容自均压变换器具有输入电压自平衡特性,无需采用额外的电压平衡控制策略以维持输入侧串联电容的电压均衡。相比于现有的高频辅助变流器方案,本文提出的拓扑能够有效减少开关器件和变压器数量,降低器件损耗和控制复杂性,为车载辅助变流器体积、质量和效率的进一步优化提供了空间。分析该拓扑的工作原理、控制方法以及自均压特性,并提出相应的电路参数优化设计方法。最后,搭建功率等级6 kW的实验样机,通过开展均压特性、动态切换性能以及软开关特性实验,验证了所提出拓扑的可行性。

煤矿工业热风炉智能供电系统功率因数复合调制的研究

由于在实际应用中,煤矿工业热风炉智能供电系统存在着功率因数低、谐波扰动大等问题。为此,提出高频率启停煤矿工业热风炉智能供电系统功率因数复合调制方法。利用整流器数学模型计算直流侧稳态电压,并建立功率因数调制信号质量函数,计算高频启停状态下的有功功率和无功功率。获取功率因数复合调制反馈量,对比该反馈量与供电系统稳定状态下的功率,将差值输入至PI调节器内,控制高频率启停设备电流,实现煤矿工业热风炉智能供电系统功率因数复合调制。实验结果表明:计算煤矿工业热风炉智能供电系统稳态电压数值较为准确,有效实现高频率启停煤矿工业热风炉智能供电系统功率因数复合调制,应用效果较为显著,为电力系统工程中功率因数补偿和电压稳定等问题提供有力支撑。

基于SiC的雷达微波放大器高频电源设计

论文介绍了一种利用3.3 kV碳化硅(SiC)MOSFET和肖特基二极管实现22 Vdc至2.5 kVdc宽电压的1 kW电源方案。电源为舰船雷达诱饵中的固态微波功率放大器提供能量。高压碳化硅半导体用于在高频下切换高电压,且不需要串联转换器。为了消除开关损耗和最小化噪声,采用半桥零电压开关ZVS拓扑。还给出隔离栅极驱动和2.5 kV启动的注入解决方案。经过器件特性分析、电路设计封装和台式实验,证明高压SiC-MOSFET和肖特基二极管的组合是该应用中实现高频、高功率密度转换的有效技术。

电除尘器在高砷高硫复杂工况下的优化设计及应用

目前,电除尘器通常是在负压、不腐蚀结晶工况下运行,要突破在高砷高硫复杂工况下不能长期保持正常运行的瓶颈,虽存在一定的难度,但采取针对性的优化设计和材质升级,能有效降低设备故障率,达到长效正常运行的目标。紧随国家政策实现节能降耗、低炭发展,采用高频电源间歇输出,在不降瞬间电场强度的同时对烟气含尘量进行达标收集,降低电能消耗,从而提高企业经济效益。