应用于储能系统的CLLLC谐振变换器控制策略研究

动态性能和运行效率是CLLLC谐振变换器的重要性能指标。针对传统电压闭环控制加入电流驱动同步整流后系统动态性能进一步变差的问题,提出一种谐振电流内环的电压电流双闭环变频控制策略,并给出双环控制和同步整流的综合控制方法。首先根据变换器的增益特性,分析电感比和品质因数对增益曲线和效率的影响,并据此进行谐振参数设计;其次根据不同谐振状态下的谐振电流特性实现同步整流;最后引入谐振电流内环控制,实现双环控制和同步整流的综合控制。仿真结果表明,所提综合控制策略能够产生精确的同步整流驱动信号,相比于传统电压闭环控制,能够显著改善变换器对负载扰动和电压扰动的动态性能。

大负载高功率振动能量收集同步整流方法

针对振动能量收集电路整流二极管损耗大、非线性电路控制复杂以及优化负载不高的问题,提出了大负载高功率振动能量收集同步整流与电荷提取方法。通过同步电感翻转电压提高整流电压,采用短时能量提取缩短整流器件导通时间,减小能量损耗,实现高功率能量收集。基于压电等效模型设计了自供电同步整流与电荷提取电路(self-powered synchronous rectification and electric charge extraction,简称SP-SREE),对一个振动周期电路各工作阶段进行分析,推导出SP-SREE电路理论收集功率,并对电路进行功能测试和负载功率特性测试。理论分析与实验对比表明,所提出的方法在大负载下具有更高的收集功率,可为机械振动无线传感器网络等能源受限场景下自供电提供重要参考。

CLLC谐振变换器同步整流软开关失效分析与应对

同步整流(SR)是提高CLLC谐振变换器运行效率的有效方法,但由于功率管寄生电容等因素的影响,同步整流存在软开关失效的风险。因此,为同时实现同步整流和软开关,在变换器副边不控整流的基础上,分析了不同运行状态下同步整流软开关的失效原因,以及软开关实现的有效范围。提出了不同运行状态下的同步整流数字控制方法,可在保证实现同步整流软开关的同时,提高同步整流的运行范围,从而保证变换器在不同运行状态下的运行效率。同时,改进了不同运行状态下同步整流开通和关断时刻的计算方法,使得同步整流的控制无需电流传感器和其他额外硬件电路的参与,可应用于原本无同步整流控制相关硬件的双向CLLC谐振变换器中。搭建了实验平台,验证了所提方法的有效性。

基于可变电感的CLLC谐振变换器

针对CLLC谐振变换器调频范围过宽带来的磁性元件设计困难问题,提出一种基于可变电感的CLLC谐振变换器及其控制策略。分析变换器的电压增益特性以及可变电感的工作原理,设计CLLC同步整流控制电路,采用调频加调感的控制方式完成闭环调节。搭建了CLLC原理样机并验证了所提方案,试验表明所提变换器在各极限工况下均可实现零电压开通(ZVS)并完成电压增益调节,在轻载时具有良好的降压特性,可在大幅缩减调频范围的同时,实现变换器的高效率运行。

高变比LLC型矩阵式谐振变换器的效率优化

在高压输入、低压大电流输出的应用场合,LLC谐振变换器在变压器和整流管上产生巨大损耗,不能有效凸显LLC谐振变换器高效率的特点。针对此问题,这里通过采用矩阵式平面变压器、同步整流控制策略等措施极大降低了LLC谐振变换器的损耗,变换器的效率得到了显著提升。同时进行了同步整流效率和暂态稳定性的实验验证。

顶升纠偏技术在既有砌体住宅楼中的实践应用

围绕某砌体结构住宅楼的纠偏工程案例,对此建筑物倾斜原因进行深入分析,该住宅楼由于地基土层受到多次侵蚀,导致小区道路地面沉陷明显。结合现场实际情况,采用PLC同步液压顶升法对住宅楼进行了纠偏,最终很好地完成了纠偏任务,将住宅楼成功纠正。

一种基于有源钳位正激拓扑的砖模块电源设计与实现

针对军用电子元器件国产化的应用要求,对标美国SynQor公司MCOTS-C-28型1/4砖电源产品,设计了一种基于有源钳位正激的高效软开关DC/DC变换器。采用有源钳位技术,提高了磁芯利用率,缩小了产品体积,同时降低了电压应力对开关管的影响,减小了导通损耗;采用外驱动同步整流技术,有效降低了输出端的整流损耗,提高了变换效率。仿真和试验结果表明,主电路实现了ZVS软开关。在-55℃~100℃工作温度下,输入电压在16 V~40 V宽输入范围内,输出电压基本稳定在28 V,纹波噪声为34 mV,满载时转换效率高达94.8%。产品所用元器件均由国内厂商自主研制,完全满足国产化使用需求。

基于GaN器件的磁集成LLC谐振变换器的优化设计

为解决电动汽车辅助电源变换效率和功率密度相对较低的问题,提出一种基于改进磁集成变压器的LLC谐振变换器设计方案,修改了磁芯结构,在一个EEE磁芯上同时集成了谐振电感及变压器,减少了磁元件的重量和体积,优化了绕组排布及气隙结构,降低了磁芯饱和度和损耗,并结合GaN功率器件,最终搭建了一台150W的实验样机.实验结果表明,引入GaN器件及磁集成技术,可大幅提高变换器的功率密度和效率,从而验证了所提出设计方案的可行性.

卫星BCDR模块双向LLC谐振变换器拓扑研究

研究了双向LLC谐振变换器,该拓扑作为功率变换器,适用于卫星充放电调节器中。通过对该变换器的结构、原理进行分析,提出了一种同步整流控制方法和同步等宽变频控制方法相结合的策略,通过PSIM实现了双向LLC谐振变换器应用于卫星充放电调节器的仿真,双向最大输出功率为4 kW,适应了卫星充放电要求的电压范围,实现了充放电模式切换、恒压恒流充电模式切换以及Taper充电模式,解决了传统LLC谐振变换器及控制方法存在的能量无法双向流动、存在循环功率、开关损耗偏大等问题。

电液负载敏感分流同步纠偏驱动系统仿真分析

将负载敏感控制用于双缸同步驱动中,为提升系统的同步精度和效率,设计电液负载敏感分流同步纠偏驱动系统。在分析其工作原理的基础上,基于AMESim软件搭建此系统的仿真模型。在无同步纠偏系统参与工作时,分析偏载对系统分流精度和同步精度的影响规律;在所设计的同步纠偏系统参与工作时,分析不同偏载下液压缸的缸径相同与相差0.5 mm时的同步精度与位移损失效率。仿真结果表明:电液负载敏感分流同步纠偏驱动系统可通过损失较低的液压缸位移效率,使得同步精度得到极大的提高,此系统可用于高精度、高效率的同步驱动中。

航空起发一体电机系统控制器的设计

提出了航空起发一体电机系统控制器的设计方案,采用矢量控制及弱磁扩速控制方式实现电动机起动控制,发电整流模块与起动模块分时共用MOSFET三相全桥主功率电路,采用专用芯片实现同步整流,采用BUCK电路并利用多相交错并联降低输出纹波,控制算法采用3零点3极点(3P3Z)补偿方法进行28V输出稳压控制,实现了航空发动机快速起动、永磁同步电机起动到发电的平稳转换以及28V直流电源输出。仿真研究表明系统的起动时间短、动态过程性能好,28V直流电源输出稳定,并联BUCK电路各支路均流理想,具有一定的工程应用价值。

基于交错并联Buck电路的激光恒流电源设计

Buck变换器因其稳态精度高、动态响应快等优势被广泛应用于恒流源设计,为进一步提高其在高功率场合下的转化效率,研制了两相交错并联Buck电路的激光恒流驱动电源。根据某型激光器性能参数进行了外围电路的设计选型;其次,根据恒压恒流的工作模式分析了控制回路特性并设计了补偿网络;最后,搭建了基于PSIM的仿真模型和基于TMS320F28335为主控芯片的实验平台,验证了所提电路结构和控制回路的可行性。

基于GaN器件的有源箝位正激变换器设计

有源箝位正激变换器因为开关管的软开关控制,可以降低高频下的开关损耗,已是中型功率隔离变换器实现高效率、高功率密度的主流解决方案。文中基于有源箝位正激变换器设计一款输入28 V、输出3.3 V/30 A的电源样机,开关频率为700 kHz,原边主开关管采用低栅极电荷、低输出电容、零反向恢复损耗的氮化镓(GaN)器件,再结合平面变压器技术及次级同步整流(SR)技术,使样机峰值效率达到95.13%。最后通过对样机测试结果分析来验证方案的高效率和高功率密度。

基于UC3842反激式AC-DC开关电源设计

基于传统的反激开关电源使用二极管整流,开关电源损耗较大。设计了一种多路输出反激式AC-DC同步整流开关电源,输出分别为12 V和6 V。采用导通电阻极低的MOSFET代替二极管。介绍了开关电源的工作原理、UC3842内部结构、反激闭环控制以及同步整流。使用PSIM仿真软件搭建开关电源整体闭环模型,对电路进行仿真。结果表明,电路同步整流相比于二极管整流电路输出电压精度更高,同步整流输出电压、电流特性好、纹波小。

一种基于误差累积电路的自适应同步整流控制方案及其实现

针对LLC传统同步整流方案整流精度不高、自适应同步整流方案精度高却需要高成本的高速数字控制器的缺点,设计了一种误差(同步整流管导通损耗)累积电路,通过低成本的MCU和V-I积分电路,将N个周期内同步整流管的续流时间累积为一个电压信号,与设定值相比较以决定下N个周期同步整流管的调整策略。在仿真测试中,同步整流管占空比稳定在47.7%,关断同步整流管后体二极管续流时间小于2 ns,较好地满足了高效率、低占空比损失以及低成本的设计要求。

高功率密度高动态性能毫米波固态发射组件研究

随着雷达发射技术的发展,发射组件小型化、高功率密度化、高动态性能化成为研究的热点与难点。为提升发射组件的功率密度,基于氮化镓(GaN)器件与波导空间合成技术提出一种堆叠式发射组件设计方案,实现波导功分合成网络与组件盒体的一体化集成,同时将多路功放模块堆叠至功分合成网络之上实现组件的高功率密度小型化设计;为提升发射组件的效率,优化其脉冲负载条件下的动态性能,供电单元采用分布式结构,以“半桥LLC+双同步Buck”为主功率拓扑,半桥LLC与同步整流技术的应用实现组件成本的降低与效率的提升,创新性引入状态轨迹控制策略(OTC),在负载突变时,通过采集半桥LLC谐振槽电感电流、谐振电容电压与输出电压实现主拓扑的变频控制,从而优化发射组件的动态性能。以Ka波段200 W固态发射组件为例开展设计,实测结果表明,组件峰值功率达到213 W,平坦度达到±0.2 dB,输出杂散≤-59 dBc,在某频段组件综合效率最大为19.9%,提升了约2.1%,功率密度相比于同波段组件提升了17.98%,达到1 458 W/in3,组件脉冲负载切换动态调整时间提升了19.2%左右,具有明显的优势。

基于TL494的同步整流Buck稳压电源设计

设计了一款基于TL494的同步整流Buck稳压电源。该设计通过控制单片机端PWM占空比,经LPF滤波器将PWM信号转变为直流电压信号,从而由TL494产生PWM信号控制同步整流管的占空比,实现电压0至30 V稳定连续可调输出。输出采样电路将电流值经放大后传送给单片机和TL494,当电流超过5 A后,MOS管关断,实现过流保护。经实验测量表明,在输入电压48 V、输出电压30 V、输出电流5 A的情况下,该设计负载调整率小于1%、输出纹波低于50 mV、效率高于96%,满足基本数控要求。

基于同步整流控制器的ZVS反激开关电源技术分析

与准谐振电源相比,传统的零电压开关(ZVS)反激电源可进一步降低开关损耗,但其不利之处是线路复杂,成本上升。本次提出的基于同步整流控制器的ZVS控制策略可实现零电压导通,无需额外附加辅助开关和辅助绕组,具有很好的应用前景。在介绍其工作原理的基础上,给出了仿真结果,并分析了其各时间阶段的工作过程。最后,通过实际系统电路的测试验证了该方法可显著降低开关管的损耗,实现较高的工作效率,并具备成本优势。

高频Boost ZVS建模分析及其轻载效率优化

为提升同步整流型Boost拓扑在轻载条件下的效率,采用变频准方波模式(QSW-ZVS)代替恒频三角波模式(TCM)。借助氮化镓(GaN)器件,可进一步提高变换器的工作频率,提升功率密度。为确保高频工况下的软开关实现,对QSW-ZVS模式下的软开关过程进行精确数学建模。在此基础上,指出延长同步整流的时间可扩大软开关的实现范围,这有助于提高变换器在高频QSW-ZVS模式下的效率。最后,搭建一台额定功率为500 W的实验样机,通过实现其QSW-ZVS模式下的软开关,峰值效率达到98.2%,实现了高频高效的设计目标,验证了理论分析的准确性和正确性。

基于滑模观测器无位置控制的PWM整流技术

传统永磁同步发电机PWM整流技术通常采用机械式传感器获取准确的位置角度信息,但机械式传感器的安装会增加系统成本,其本身性能易受外界环境变化影响,从而导致系统的可靠性降低。在分析永磁同步发电机的双闭环前馈解耦控制方法后,提出了一种基于滑模观测器法的无位置控制策略。通过在每个PWM周期的电压电流值采用滑模观测器法对反电动势进行估计,从而利用锁相环确定其转子位置。仿真与实验结果均证明所提方法能正确有效地估计转子位置角,并使整流系统输出符合标准的电压波形。