一种应用于两相交错Boost的耦合电感的优化设计

两相交错Boost变换器具有纹波电流小的优势,但其采用的交错并联技术增加了电感数量,进而增加了装置的体积和重量,不利于其功率密度的提升。耦合电感通过将多个磁性元件集成到一个磁芯实现磁路的部分共享,从而减小了磁元件的数量和重量。因此,设计了一种反向耦合电感,并将其应用于两相交错Boost变换器,实现了装置功率密度的提升。首先,对反向耦合电感的工作原理和损耗来源进行分析;然后,在此基础上设计了一种改进的“EE”型磁芯,一方面有效提高了磁芯利用率,另一方面降低了电感的体积与重量;最后,通过有限元仿真对所提优化设计方案进行验证,同时搭建了功率等级为2 kW的两相交错Boost变换器实验平台。仿真和实验结果均验证了所提优化设计方案的有效性。

卧式反应釜电磁感应加热设计

针对大型反应釜的感应加热难以进行大量实验验证的问题,通过将理论计算与有限元仿真相结合的方式,对计算得出的参数进行优化,选择合适的输出功率和谐振频率,完成感应器的设计。通过仿真可以更好对比不同匝数、自热对流和搅拌轴对加热的影响,更直观地查看工件温度分布情况,缩小计算参数误差,实现反应釜加热的工艺要求。

R棒电感点胶组装机设计与研究

新能源汽车的迅速发展使得市场对R棒电感的需求量激增。为解决目前R棒电感生产效率低下和组装精度低导致的线圈变形、磁棒断裂等问题,开发设计了一种R棒电感自动点胶组装专用设备。通过对产品工艺流程和企业当下生产方式的分析,结合模块化思想,确定了设备的系统功能流程,并基于产线实际需求提出了多套自动化解决方案。技术论证后,确定了最终方案为夹具固定位四工位同时进行组装的形式,并进行了核心模块的试验验证。试验表明,使用柔性装夹磁棒可解决组装时同心度偏差的问题。最终使用Solidworks对设备的关键机构进行建模,完成了设备的结构设计。交付后经长时间运行检验,与现生产方式相比,该设备可有效提升产品生产效率和质量,达到提高企业竞争力、降低成本的目的。

可拓展增压单元的高增益耦合电感组合Buck-Boost-Sepic变换器原理与设计

提出一种适用于光伏系统、可扩展倍压单元的高增益耦合电感组合Buck-Boost-Sepic变换器。此变换器是由Buck-Boost变换器与Sepic变换器组合,并将储能电感设计成耦合电感并构成倍压单元。变换器不仅得到了理想的电压增益,而且复用电容与二极管形成了无源钳位支路,将漏感能量吸收,阻止了与开关管寄生电容一起引发的谐振,抑制了开关管电压尖峰,降低了开关管的电压应力。分析了变换器的工作原理,给出了变换器的各项性能参数和扩展倍压单元的变换器一般拓扑结构。最后,变换器理论设计的正确性由一台搭建的200 W实验样机得到了验证。

基于PCB的盘式无铁芯永磁电机的优化设计及矢量控制策略

印制电路板(Print Circuit Board,PCB)由于其特殊的结构,在农业、工业生产和国防领域中得到广泛应用。对电机定、转子的重要参数进行研究设计,并对定子绕组有效导体宽度进行优化,建立了电机的三维有限元仿真模型,仿真结果验证了优化值的有效性与电机设计的合理性。并且针对定子绕组电感值很小导致产生较大电磁转矩脉动的问题,采用在三相绕组中串入电感的矢量控制,仿真结果证实了控制方法的可行性。

一种新的PWM整流器电感上限值设计方法

从PWM整流器网侧输入正弦电流在过零处最大变化率与其所能承受最大功率的关系出发,分析了在电流过零处一个PWM采样周期内输入电流变化率与各开关导通时间的关系,提出了一种PWM整流器网侧电感上限值的设计方法.同时在Saber仿真平台上进行了仿真实验,得到了不同电感值情况下系统输出直流电压和输入电流的变化波形,结果验证了这种设计方法的正确性和可行性.

交错并联磁耦合双向DC-DC变换器非对称耦合电感的研究

对三通道Buck+Boost交错并联双向DC-DC磁耦合变换器运行在Buck模式下的稳态电流纹波和暂态电流响应速度进行了深入研究,同时研究了耦合电感的不对称性对变换器性能的影响,分析了磁耦合变换器的占空比、电感耦合系数对稳态通道电流纹波、暂态总输出电流响应速度的影响,进而总结出三通道Buck+Boost交错并联双向DC-DC磁耦合变换器运行在Buck模式下的设计准则,即在设计这种变换器时,利用本文所给出的设计公式和设计区域设计相关参数。最后通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。

新型并联交错型多电平变换器的桥臂统一脉宽调制策略

并联交错型变换器(parallel interleaved multilevel converter,PIMC)是在多变换器并联结构基础上发展而来的新型大功率变换拓扑。目前,PIMC通常采用耦合式桥臂电感以便于均衡各桥臂电流,对电感设计的要求高且扩展性较差,因此考虑采用分立式桥臂电感,但现有调制策略存在难以均衡桥臂电流、算法实现较为复杂等问题。针对这些问题,推导PIMC各桥臂输出电流变化量与桥臂开关函数的动态表达式,进而从保证电流动态平衡的角度出发,提出易于实现的桥臂输出电流排序均衡方法,并结合其实现方式设计了桥臂统一脉宽调制策略。该策略能够有效控制PIMC各桥臂输出电流均衡,在占用较少控制器资源的情况下获得良好的输出谐波特性,易于向任意电平数扩展。最后,基于大功率MATLAB/Simulink仿真及小功率平台实验结果,详细分析了PIMC的内、外部特性,验证所提调制策略的正确性和有效性。

限流式统一潮流控制器参数设计及优化

以系统限流指标、统一潮流控制器最大补偿度、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)电压电流限值和直流电压限值为依据,改进了限流式统一潮流控制器(UPFC-FCL)的短路数学模型。为保证短路过程中直流电容电压不超过限值,提出了一种新的直流电容计算方法。将直流电容纳入短路限流回路,对直流限流电感的选择进行了优化,提高了装置的可靠性和经济性。建立了100 V/3 kV·A小样机实验模型,验证了限流式统一潮流控制器设计参数的合理性和有效性。

几何参数法在小型风力发电系统中的应用

为实现较大风速变化范围内的功率控制,提出了将Buck变换器应用于小型风力发电系统的结构。采用几何参数法(K-G法)设计了Buck变换器的电感,并基于PWM开关模型建立了Buck变换器的小信号交流模型。在Matlab环境下分别建立了Buck变换器的电路仿真模型和传递函数的仿真模型,并利用该模型构建了以蓄电池和电阻为负载的风力发电系统模型。对Buck变换器的实验研究和对蓄电池充电的仿真研究结果表明,Buck变换器能满足风力发电系统功率控制的要求。

基于LTCC的超薄型DC/DC变换器

介绍了一种基于LTCC工艺的超薄DC/DC变换器的设计方法。首先针对DC/DC变换器的指标,设计了电路结构并计算了各元件的取值。然后通过理论计算和电磁仿真确定了LTCC内埋电感的结构。再利用LTCC生产线,制作了内埋有功率电感的LTCC基板。最后在LTCC基板表面装贴其他器件,构成了基于LTCC的超薄DC/DC变换器。研制的DC/DC变换器输入输出电压分别为5V和3.3V,最大输出电流400mA,最大纹波只有20mV,整个变换器尺寸为10mm×10mm×2mm,其2mm的超低高度只有传统DC/DC变换器的1/4。

单相整流器的输入电感参数设计新方法

对单相整流器的升压滤波电感电路设计进行了研究.根据系统所能提供的最大功率和运行中的最大电流脉动量,分析了单位开关周期内电流变化与电感之间的规律,提出了一种基于系统额定功率和抑制电流脉动的新的输入电感设计方法.建立了基于Saber的系统仿真平台,给出了电感量分别为3 mH和22 mH的仿真结果.系统在单个开关周期内的电流变化以及系统运行状况表明,当Ls=3 mH时,系统可以运行且系统响应速度很快,但电流脉动量超过容许范围.当Ls≥20 mH时,系统运行开始不稳定.仿真实验验证了该方法的正确性和实用性.

耦合电感式无源无损缓冲电路的优化设计

耦合电感式无源无损缓冲电路利用耦合电感的漏感与缓冲电容,在功率管开关过程中进行谐振,实现功率管的零电流开通和零电压关断。为了尽量减小开关损耗,并保证可实现软开关的较宽占空比范围,根据功率管的损耗模型并结合缓冲电路实现软开关的条件,提出一种基于该缓冲电路谐振元件参数的优化设计方法。采用该方法设计的耦合电感式无源无损缓冲电路不受最小电压应力无源无损缓冲电路中谐振元件参数的限制,拓宽了软开关的占空比范围,提高了效率。通过一台240W的带有该缓冲电路的Buck变换器原理样机,验证了理论分析和设计的正确性。

平均脉冲磁导率和交流电感器设计的可视化

由于电感器的磁芯具有多值非线性以及方程难以求得有价值的数值解等原因,电感器的研发仍处于可行设计阶段。该文结合硅钢片有/无气隙状态下的极限磁滞回线,推导出平均脉冲磁导率,并用4维可视化求出能使铁心平均脉冲有效磁导率最大的气隙厚度与磁路长度的比值;从麦克斯韦(Maxwell)方程出发,以铁心截面、窗口面积和线圈匝数为自变量,分别演绎出以电感量、体积、损耗和温升等为因变量的表达式fi(Am,Aw,N),并采用若干个因变量交集的4维可视化算法,实现了多目标诸约束条件的优化设计,提供了可供比较的设计方法分析。

Boost变换器的能量传输模式及输出纹波电压分析

分析了Boost变换器在开关关断期间的能量传输模式,根据流经电感的最小电流与输出电流的比较,将其分为完全电感供能模式(CISM)和不完全电感供能模式(IISM),得出了CISM和IISM的临界电感和临界条件。指出工作在连续导电模式(CCM)的Boost变换器,既可能工作在CISM也可能工作在IISM;而在不连续导电模式(DCM)的Boost变换器,必定工作在IISM。指出对于给定负载、电容和开关频率的BoostDC-DC变换器,CCM-CISM模式的输出纹波电压最小且与电感无关;CCM-IISM模式的输出纹波电压较大且随电感减小而增大;DCM模式的输出纹波电压最大且亦随电感减小而增大;CISM和IISM的临界电感即为使得变换器的输出纹波电压最低的最小电感。文中给出了实例,并用实验结果验证了理论分析的正确性。

交错并联磁耦合双向直流变换器中多相耦合电感的设计准则

四相并列式排布的非对称耦合电感因其结构特点,运行于磁耦合交错并联双向直流变换器的输出结果与对称耦合电感有所不同。通过分析四相非对称耦合电感应用于磁集成交错并联双向直流变换器的工作模态,研究了对称度、占空比以及耦合系数的变化对变换器稳态性能和暂态性能的影响,给出了四相非对称耦合电感的设计准则,即在对此类非对称耦合电感进行设计时,利用给出的设计公式确定参数的选择区域,进而进行相关参数的选取。最终,通过对此类结构的耦合电感进行设计与实验,验证了理论分析的正确性。

基于非线性载波调制的单相电流型逆变器的研究

传统的电流型逆变器直流侧电感取值较大,应用于中小功率系统时有一定的局限性。针对这个问题,该文对直流电感进行分析,最终得出电感值与电感电流间的关系。在此基础上,提出基于面积等效原理的非线性载波调制策略,当直流侧采用较小的电感时,仍能保证交流侧输出电流质量较高,有效解决了单相电流型逆变器应用于中小功率系统时电感过大的问题。在上述分析的基础上,搭建相应的实验平台,验证了理论与仿真的正确性。

应用于小型风力发电系统的Buck电路

提出了应用于小型风力发电系统的Buck电路结构。采用几何参数法(K-G法)设计电感;并基于PWM开关模型,建立了Buck电路的小信号交流模型。在Matlab环境下,分别建立了Buck电路的电路仿真模型和传递函数仿真模型,并利用该模型构建了以蓄电池和电阻为负载的风电系统模型。对蓄电池恒压和浮充充电的仿真结果表明,Buck电路能满足风电系统功率控制的要求。

电流纹波率分析与输出滤波电感的优化设计

一般输出滤波电感的设计需以临界连续电流为依据并根据经验公式选取电流纹波计算。该方法未考虑滤波电感上电流脉动对变换器各应力参数的影响,难以得到较理想的输出滤波电感值,从而影响变换器的实际效果。为解决这一缺陷,深入分析了Buck变换器电流纹波率的选取理论依据,提出输出滤波电感的优化设计。该方法综合考虑了变换器各应力参数、滤波电感的体积及变换器的动态性能,最终确定了电流纹波率最佳值约为0.4,以此计算的滤波电感值未影响到变换器动态响应,其设计获得了优化。实验结果验证了理论分析的正确性和该方法的可行性。

适用于LED驱动BCM Buck-PFC电感优化设计

这里介绍了一种适用于发光二极管(LED)驱动的Buck-PFC电路的电感优化设计的理论方法,建立了基于BCM模式下电路的损耗模型,给出频率的边界情况,通过仿真和样机实验,得出理论研究、仿真分析与实验结果具有高度一致性,在工程实践上,为LED电源设计中电感优化设计和效率提升提供理论依据。