抑制开关电源特定次谐波的快速响应TLCL滤波器的分析与设计

为有效抑制开关频率及其倍数次的谐波,提出一种TLCL滤波器拓扑结构。该拓扑结构在满足谐波衰减的要求下,可以减小滤波器的总电感值和最大总储能,同时提升系统的动态响应。考虑高频下电感的集肤效应,其高频下等效交流电阻大于直流电阻,对电路进行解耦分析,推导得出一种使得并联谐振支路(Lfn-Cfn)损耗最小的参数计算方法。减小滤波器的总存储能量,是缩小电感电容体积的一种有效方法,通过分析陷波频率处谐振电感电容中的储能增加量和其它支路电感电容储能的减少量,证明了TLCL滤波器可以减小最大总储能量,从而可减小滤波器的体积。最后,以Buck变换器为例,分析基于TLCL滤波器的Buck变换器和传统LC型Buck变换器的工作特性,通过仿真与实验验证TLCL滤波器理论分析和参数设计的合理性。

基于二次型升压变换器和开关电容的混合式升压方案研究

提出一种混合式高升压比DC-DC变换器。该变换器由二次型升压变换器、开关电容和耦合电感单元集成。为了减少元件的数量,耦合电感一次侧与二次型升压变换器共用;二次型升压变换器的输出电容一分为二,并与开关电容共用。由于电源和负载之间的共地特性,则输入电流连续。对所提变换器的电压增益进行了推导,并分析其电压应力。结果表明所提逆变器具备高电压增益、低电压应力的特性。最后,搭建了80 W的实验样机,实验结果验证了所提变换器的正确性和有效性。

一种应用于光伏的高增益DC/DC变换器研究

基于耦合电感、开关电容与输入电压源组成的基本功率单元,提出一种集成式新型DC/DC变换器。该拓扑结构具有模块化和可扩展性,耦合电感和开关电容结构组成的倍压单元提升了电路的升压比。漏感能量通过钳位电路回收,以降低开关管电压应力和功率损耗;同时缓解了二极管的反向恢复问题,优化了开关管和二极管的选择。详细介绍了稳态分析、工作原理和设计考虑;最后并制作了90 W实验样机,验证了理论分析的正确性。

基于MPC的耦合电感飞跨电容双向DC/DC变换器功率均衡解耦控制策略

耦合电感功率变换器因耦合电感阻抗、电感值等参数差异易导致功率不均衡。针对耦合电感飞跨电容双向DC/DC变换器,提出一种基于模型预测控制(MPC)的功率均衡解耦控制策略。通过对变换器原理进行分析,建立基于电感电流解耦的数学模型,得到包括电感电流和飞跨电容电压等6个控制变量的解耦控制方法。在此基础上,提出基于MPC的功率均衡解耦控制策略。同时,为降低MPC算法的运算负荷,根据解耦控制模型重构模型预测价值函数,实现各控制变量独立动态寻优,使系统能在稳定控制输出电压及飞跨电容电压的同时,实现两相耦合电感的功率均衡控制。最后,通过理论分析及实验对所提策略进行有效验证。

配电网STATCOM输出LCL滤波器特性分析及参数设计

配电网STATCOM(D-STATCOM)输出滤波器参数的选择影响到开关谐波的滤除和系统的工作性能。本文主要从电感基波压降、STATCOM无功调节能力、开关谐波电流衰减度、滤波器谐振频率等方面分析了LCL滤波器的特性,提出基于这些条件的滤波器参数设计方法。另外,本文在滤波器阻尼电阻上并联一个小电感,大大减小了滤波器的功率损耗。通过仿真验证,表明所设计LCL滤波器参数具有很好的滤波效果,同时滤波器具有较大的通带宽度,使得D-STATCOM具有一定的谐波补偿能力。

感应子脉冲发电机容性整流系统瞬态特性分析

基于放电电感模型全面地分析了感应子脉冲发电机容性整流系统的瞬态特性,厘清了此整流系统存在的全部四种工作模态。推导出各模态之间的临界电压值,以及换流延迟角度和重叠角度的计算式,建立了瞬态模型,并用阀对阀电路仿真和试验结果验证了所提理论计算的准确性。阐明了电路中各模态对充电过程的作用,分析了电路的等效形式,揭示了充电电压与电机电势(EMF)幅值的设计原理。研究结果表明:电路可以看成直流电源串联一个等效换流电抗和等效瞬态换流电感对电容器充电的形式;整个充电过程中起主要作用的是模态1和模态2;合理的充电电压设置值应介于1.3倍~1.5倍发电机相电势幅值之间。

基于平均值模型的感应子脉冲发电机电容器重频充电系统分析

基于平均值模型对感应子脉冲发电机电容器重频充电系统进行了研究。分析了次暂态磁链在充电过程中的变化规律,以及次暂态磁链的变化对充电性能的影响。仿真和计算结果表明,次暂态磁链在充电过程中逐渐变小。当充电时间与发电机的电磁时间常数相当时,充电过程中次暂态磁链下降会导致充电电压明显降低,因此必须考虑次暂态磁链变化的影响。进一步研究了具有恒流控制功能的励磁电源对充电过程中调节作用的影响,并指出为了降低发电机对绝缘性能的要求,在重频充放电脉冲模式下励磁电流应该采用逐渐上升的方式。

LCL谐振型感应电能传输系统特性

相对于传统的电感电容(LC)谐振型感应电能传输系统,串并联(LCL)谐振型感应电能传输系统有更大的功率传输能力,但其特性更为复杂。针对LCL型感应电能传输系统的高阶非线性和复杂的频率特性,利用系统的互感耦合模型,对系统的谐振参数匹配方法、变负载情况下系统的频率特性以及功率传输特性进行了分析研究,给出了系统原边谐振参数、传输功率和效率的计算方法,最后通过仿真验证了理论分析的正确性。

双开关二次型结构的耦合电感高增益DC-DC变换器

在能源危机和环境问题的背景下,高电压增益的DC-DC变换器成为利用可再生新能源不可或缺的环节。基于此,提出1种双开关二次型结构,使传统的二次型Boost变换器的电压增益得到有效提升,且降低了开关管的电流应力。结合开关电容和耦合电感,提出1种电压增益极高的双开关二次型结构耦合电感高增益DC-DC变换器。该变换器具有电压增益高、2个开关管同相、开关管和输出二极管电压应力低和多个二极管实现零电流关断的优点。详细分析了变换器的运行原理和稳态性能,包括电压增益推导、元器件电压电流应力等。制作了1款120 W样机,验证了理论分析的正确性和变换器的可行性。

采煤机用4象限变频器前端LCL滤波器设计

在具有良好滤波效果的前提下,通过参数的优化设计以降低LCL滤波器各元件体积及功率损耗,是采煤机变频器前端滤波器设计中必须考虑的关键因素之一。基于采煤机应用环境下的PWM整流器前端LCL滤波器数学模型,加入元件体积及元件损耗作为限制条件,分析电抗器总感值,电感比例系数,电容值对LCL滤波器总体滤波效果的关系。通过分析,得出在尽量降低电感值的条件下,如何选择合适的电容值及电感比例系数的具体实施方法,并利用仿真实验及实际测试确定该方法的可行性。

一种基于FPGA的LCL型感应IPT系统的频率跟踪方法

通过建立系统的互感耦合模型,对串并联(LCL)型感应电能传输系统的频率特性进行分析,结果表明,系统的软开关频率会因负载的变化而改变。针对这种特性,基于FPGA设计了一种闭环频率跟踪方法,经实验验证,当负载在较宽范围内发生变化时,该方法可使系统原边逆变器的工作频率跟踪系统的软开关频率,确保了逆变器开关管工作在零电流开关(ZCS)切换模式。

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。

基于相位补偿和虚拟阻抗优化的LCL型并网变流器改进控制

LCL型并网变流器常采用同步旋转坐标系下基于变流器侧电感电流的并网控制,但LCL型滤波器和数字延迟的dq轴模型均存在轴间耦合,制约了并网性能,且随着开关频率降低,性能恶化更为明显。针对该问题,文中在建立LCL型并网变流器复矢量模型的基础上,对并网变流器耦合特性和传统解耦方案进行分析。针对现有方案的不足,提出了一种基于相位补偿和虚拟阻抗优化的LCL型并网变流器改进控制策略,通过零极点图详细分析了虚拟阻抗对系统耦合程度及系统阻尼特性的影响,进而给出了确定3个参数优化值的方法。最后,仿真和实验结果表明,与现有方案相比,所提策略能够实现对系统耦合程度及阻尼特性的独立控制,有效实现解耦并改善系统动态性能。

基于相对极差法的锂电池均衡系统拓扑结构改进

针对电池组因无法快速均衡导致的不一致性,以及简单均衡电路难以满足多单体电池快速均衡要求的问题,展开对均衡拓扑结构的研究。为加快电池均衡速度,结合电感储能均衡高精度与电池储能高效率的特性,设计出电感电容串联的分层式主动均衡拓扑。基于降低电池单体间荷电状态(SOC)差异的需要,将Cuk斩波电路与基于电感电容串联电路相结合,设计分层均衡电路,并应用相对极差均衡控制策略在MATLAB/Simulink中构建仿真模型。结果表明,所提均衡拓扑结构能够提高电池均衡效率。

LCL滤波器参数性能的比较

LCL型滤波器就谐波滤除相较于L型以及LC型滤波器具有很大的优势,在此首先通过对滤波总电感值L1+L2与滤波电容C2两者之间的关系进行研究,然后提出一种在滤波电容以及总电感值较低且不变的情况下,通过改变滤波电感L1,L2的值设计出满足并网要求且谐波抑制最为显著的滤波器。最后通过10 k VA样机实验验证该设计取得了良好的效果。

一种交错并联双向DC-DC变换器的新型磁集成技术

为了提高交错并联双向DC-DC变换器的功率密度,降低高频工作下的磁心损耗,提高变换器的整体效率,该文提出一种新型磁集成电感结构,采用分段绕组优化设计,通过计算磁心气隙以及各磁柱绕线匝数等参数,将两个分立的电感集成在一个EE型磁心上。使磁元件体积和重量分别减小了48.2%和46.7%。与现有的交错并联磁集成方案相比,该方法能有效降低磁心的饱和度,使磁心上的磁通分布更加均匀,减小电感磁心损耗,提高系统效率。最后,通过有限元仿真和实验样机验证该设计的正确性和有效性.

新型二次型高增益DC/DC变换器及特性研究

新能源发电系统普遍存在输出电压较低的问题,一定程度上限制了新能源的发展,因此研究一款高升压比的DC/DC变换器具有重要意义。为提高DC/DC Boost变换器的电压增益,在传统二次型变换器的基础上引入开关电容和开关电感技术,提出一种新型二次型高增益Boost变换器。详细阐述了新型变换器的拓扑结构和工作原理;获得了变换器的电压增益以及各个器件的电压应力,并与其他的高增益DC/DC变换器进行对比分析;最后采用SiC器件制作了一台实验样机,验证了理论分析的正确性。结果表明,提出的变换器具有高升压比、低器件应力等优点,实现了电压增益与器件应力的良好平衡,适用于新能源系统。

串联电池组电感电容储能主动均衡方法

提出一种基于电感电容储能的串联电池组主动均衡方法,利用一个电感实现高电量单体的放电均衡,一个电感电容串联电路实现低电量单体的充电均衡,均衡能量可以在任意单体和电池组间转移。首先阐述新型均衡方法的拓扑结构、均衡原理及参数设计过程,建立与拓扑结构相适应的控制策略;通过搭建仿真模型,与同样基于电感电容储能的均衡方法进行对比分析,验证新型均衡方法均衡速度及均衡效率的特点,并分析新型均衡方法拓扑结构较为显著的成本优势;最后以四单体构成的串联电池组为例,通过搭建实验平台验证了电池组充电过程、放电过程及动态过程新型均衡方法的有效性。

新型高增益开关电容Zeta式DC-DC变换器

为解决光伏组件输出电压较低的问题,提出一种新型高增益开关电容Zeta式变换器。在Zeta变换器中加入开关电容,其内置的二极管-电容支路作为双倍压钳位吸收回路以减少开关管的电压应力,耦合电感的原边代替变换器中前级电感,副边与二极管、电容构成倍压结构与变换器进行并联,可进一步加大电压增益。分析了该变换器的性能,获取变换器各种性能数据。搭建功率为150W的实验样机验证了理论分析的正确性,所搭样机测试效率高达95.5%,开关器件应力也大大降低。

一种新型基于交指电容和微带电感的单层低成本宽带带通滤波器

随着无线通信系统的快速发展,尤其是5G时代的来临,带通滤波器作为射频前端的选频器件被广泛应用于各种系统.近年来,人们对通信的需求日益提升,因此滤波器的小型化、低成本以及高性能等方面的要求成为业内研究的重点.现代工艺技术的发展为带通滤波器的设计提供了多种方法,如使用阶跃阻抗谐振器设计微带带通滤波器、利用互补开环谐振器作为基本谐振单元构造宽带带通滤波器和基于E型双模谐振器设计微带带通滤波器等.然而,这些微带滤波器的尺寸较大,令实现小型化的目标难以实现.由于集总元件具有体积小、成本低、带宽宽、元件间相互作用小等优点,在射频器件设计中发挥着重要作用.相较于基于集成无源器件(Integrated Passive Device,IPD)工艺和低温共烧陶瓷(Low-Temperature Co-fired Ceramic,LTCC)工艺的带通滤波器,这种单层宽带带通滤波器具有更低的生产成本、更少的损耗限制,以及避免了基于表面贴装器件的成本和制造公差等问题.由于其采用交指电容和微带电感的简单实现方式,该方法所设计的滤波器还具有工艺简单和体积小的优点.基于单层印刷电路板(Printed Circuit Board,PCB)工艺,本文提出了一种新型高选择性宽带带通滤波器.该电路结构对称,由多组对称的串联谐振器构建滤波器通带和带外多零点特性.其中,为了增强阻带的抑制能力和滤波器的频率选择性,添加多对接地的串联谐振器在通带左右两侧各增加一个传输零点,两个传输零点独立控制,互不影响.使用奇偶模分析方法对电路进行分析,以求解传输零点,并给出零点解析式.随后,对带通滤波器的传输零点频率、中心频率、3 dB相对带宽以及品质因数等参数变化进行分析.为了实现小型化和低成本的要求,该电路中的所有集总元件均由交指电容和微带电感实现.交指电容是一种多指周期性结构,具有多个几何变量,如指长、指宽、指间间隙、指端间隙和指数等.这些变量使得交指电容的结构具有较大的自由度,同时也增加了结构优化的难度.同理,微带电感的电感值可通过改变其长度和宽度进行调节.为了验证带通滤波器设计方法的有效性,基于单层PCB工艺,对工作在4.52 GHz的滤波器进行仿真、制造和测量,使用HFSS软件对滤波器整体结构进行优化.所用介质基板为Rogers RO4350B,其相对介电常数为3.66,损耗正切角为0.0037,板厚为1.524 mm.测试结果表明,3 dB相对带宽为38.9%,在中心频率4.52 GHz处插入损耗最小(为1.68 dB),回波损耗优于21.45 dB,谐波抑制水平为7.7~9.4 GHz大于19.6 dB,通带内测试的群时延在0.56~1.2 ns变化.本文展示了一种单层低成本宽带带通滤波器,基于奇偶模电路和解析方程,详细阐述了滤波器的设计原理.该滤波器采用交指电容和微带电感作为集总元件,实现了小型化和低成本.实物测试进一步验证了滤波器的可行性,证明了其性能良好,具有体积小、损耗低、宽频带和选择性好等优点,适用于单层PCB工艺,易于与无线通信系统集成.