基于光伏充电的低压混合式断路器设计及仿真

直流断路器是实现直流系统电流故障清除和隔离的关键设备。基于人工过零点的直流断路器熄弧时刻具有不确定性,且换流电容需要更换辅助电源,降低断路器可靠性,增加维护成本。为此,在传统直流断路器基础上,提出了一种基于光伏充电的混合式直流断路器拓扑结构设计方案。该方案在断路器过零点未熄弧时闭锁IGBT开关,加速电弧熄灭,并设计光伏储能供电系统为换流电容预充电能,以保障断路器持续运行。同时对所提断路器的拓扑结构、开断时序、拓扑参数进行了设计,基于MATLAB/Simulink实验平台建立了150 V混合式直流断路器模型,讨论IGBT开关器件闭锁时刻及电阻电容二极管(resistance-capacitance diode,RCD)缓冲电路对断路器开断的影响。在此基础上,通过仿真实验分析了正常和短路工况下断路器开断过程,验证了所提方案的可行性。

RCD型缓冲吸收电路仿真与实验研究

浪涌电压抑制是大功率逆变器设计过程中需要重点考虑的因素,设置缓冲电路是抑制浪涌电压的一种有效方法。首先分析了浪涌电压在IGBT开关过程中的成因,讨论了几种常见的缓冲吸收电路类型,详细分析了RCD限幅钳位型缓冲电路的工作原理,并给出了其参数计算的具体公式。仿真与实验结果表明RCD限幅钳位型缓冲电路可以有效地抑制IGBT开关过程中的浪涌电压,保护IGBT工作在安全工作区。

RCD缓冲电路参数设计

以Boost变换器电路为例,介绍功率开关管RCD缓冲电路的工作原理。设计电路参数,通过实验验证设计的可行性,可以应用于中小型功率开关电路中。

基于SiC MOSFET三电平Buck变换器电压尖峰抑制研究

SiC MOSFET工作频率高,温度稳定性好,应用于三电平Buck变换器中可以减小系统损耗,提高系统效率,但SiC MOSFET的高频特性会使其开关过程中的电压尖峰更为严重。针对该问题,分析了三电平Buck电路SiC MOSFET开关过程及瞬态电压尖峰产生机理;在传统的充放电型RCD吸收电路的基础上加以优化改进,设计了一种低损耗型RCD吸收电路作为电压尖峰抑制方法。首先,对充放电型RCD吸收电路和改进后的低损耗型RCD吸收电路的工作原理及损耗进行对比分析;其次,搭建了三电平Buck变换器实验装置,对吸收电容和电阻进行参数设计;最后,通过实验验证了低损耗型RCD吸收电路的有效性、参数设计的合理性;结合理论分析和实验结果表明,相比于带充放电型RCD吸收电路,带低损耗型RCD吸收电路的三电平Buck变换器具有更低的损耗。

串联IGBT的一种复合均压方法

针对IGBT串联应用时的集射极电压均衡问题,提出并研究了一种门极平衡核与无源RCD缓冲电路相结合的复合均压方案。分析了门极平衡核的均压原理,借助门极驱动等效电路模型,导出了门极平衡核的参数设计方法。在IGBT门极与发射极之间引入瞬态电压抑制器,有效减缓了平衡核变压器的漏感与IGBT输入电容引发的门极信号振荡幅度,同时有效保护了IGBT门极过电压。建立了复合均压方案的仿真与实验系统,实验结果表明,复合均压方案对由于IGBT特性参数差异和门极驱动信号不同步而引起的IGBT集射极电压不均问题具有显著的平衡效果。

直流高压发生器设计中的四个关键问题

为了解决基于开关电源技术的直流高压发生器研制中的关键问题,分别介绍了系统方案设计、开关管驱动电路、缓冲电路和高频升压变压器设计4个关键技术。系统主要由功率部分和控制部分组成,前者用高频逆变和倍压整流的方案,后者采用MCU和CPLD结合的架构;开关管MOSFET驱动电路用A316J实现;RCD网络实现缓冲电路的设计;多槽排绕的方式绕制高频升压变压器。调试结果表明,开发出120kV、5mA输出的直流高压发生器可满足现场试验要求。

绝缘栅型双极晶体管串联匀压并联匀流模拟分析

绝缘栅型双极晶体管(IGBT)采用串联和并联方法构成大功率开关组件能够有效提高工作电压和电流,是实现开关重频高功率应用的主要技术途径,同时也存在着动、静态的匀压、匀流问题。从电路层面详细分析了IGBT串并联运行时导致电压、电流不均衡的主要原因及其表现,研究了动静态不均衡的发展过程及其影响因素,针对性地提出了电阻/电容/二极管(RCD)缓冲网络及电流平衡变压器等匀压、匀流措施,解析推导出了IGBT串、并联模块的设计判据,建立了相应的等效电路模型,对所提出的解决方案进行了仿真验证。仿真模拟结果表明,所提出的方法是可行可靠的。

用于高压电力电子装置的辅助电源的设计

高电压宽范围输入的辅助电源在中大功率电力电子装置中被广泛应用,提出了采用工作在DCM状态下单管反激电路的方案设计高压输入辅助电源,计算了变换器的电路参数;根据输入电压高的特点,优化设计了变压器的变比和二次侧的反射电压,考虑到变压器的绝缘和爬电效应,提出了一种高电压输入变压器的绕制方法;设计了RCD吸收电路,极大地减小了主开关管上关断时的电压尖峰。

有源电力滤波器缓冲电路的参数优化设计

针对APF主电路中IGBT开关产生过大尖峰电压的问题,提出一种有效的RCD缓冲电路参数优化设计方法。通过对缓冲电路工作原理的分析,推导和计算出缓冲电路参数的设计公式。仿真和实验结果表明,该设计能够有效抑制IGBT产生的尖峰电压,提高EMI特性,保证电路的可靠运行。该设计成功应用于1台100kV.A有源电力滤波器实验样机,该样机的长期运行,证明了该方法的有效性和实用性。

改善HSPECM电源工作波形畸变的技术途径

高频窄脉冲电解加工(HSPECM)电源工作波形能否满足电解加工工艺的特殊性要求,波形是否稳定,直接决定了产品的质量。精密400A电源样机已长期成功应用于剃须刀丝网刀片微细小孔(0.20mm)和弧形窄槽的试生产。在此基础上500A、25kHz工程化样机亦开始批生产。在电源研制及试生产的过程中,进行了一系列关于电源工作波形稳定性的试验,归纳出常见的波形畸变现象,进而提出并实现了改善波形畸变的技术措施。

ZnO压敏电阻测试控制及装置的实现

本文介绍了ZnO压敏电阻能量测试装置和一些控制思想,该装置由两部分组成:主电路部分和控制部分。主电路部分力一个buck-boost电路,主控开关选用IGBT,蓄能元件为一个线性电感。控制部分包括单片机和AD组成的现场控制电路,还有上位机部分(电脑)。该装置已经投入使用,运行稳定。

反激变换器缓冲回路的设计

变压器是反激式开关电源的核心,但在开关管关断过程中,变压器的漏感较大,能够引起较高的输出电压尖峰。通过分析反激变换器,旨在减少尖峰电压对电路的影响。文章比较RCD缓冲回路与LCD吸收回路:RCD缓冲电路的箝位电压随电阻减小而减小,但损耗增大;LCD缓冲电路的LC谐振频率要求小于开关频率;能量回馈缓冲电路的箝位电压较低,不需要额外的电感。最终给出了LCD吸收回路的设计方法,以达到较好的效果来减小尖峰电压对电路性能的影响。

特种机器人的低电压大功率电机驱动系统设计

针对核辐射应急处理机器人驱动系统体积小、驱动能力强且操控灵活的需求,基于IR2184驱动并联MOS管H桥电路,设计了一种适用于特种机器人的低电压大功率电机驱动系统。系统针对驱动中的尖峰问题设计了RCD吸收回路,并针对MOS并联中的局部过流问题设计了均流保护电路。实验表明,驱动电压为24 V时,驱动电流最大可达100 A,最终实现了对特种机器人的可靠控制。

Marx调制器单元设计和叠加测试

基于单元器件的成功研制,介绍了Marx调制器单元充放电回路、电压和电流的实时监测以及控制系统和连锁保护等功能的设计和实现。对IGBT固态开关的静态、动态均压进行分析和模拟,采用RCD缓冲电路实现IGBT的动态均压;对控制系统改进和优化,设计了专用电源转换模块;分压电路和电流霍尔采样回路分别实现调制器单元电压和电流的检测;连锁保护功能由控制系统和继电器控制完成。所有部件按照电气标准设计在调制器单元支架上。经过测试的4个单元进行了叠加试验,4个单元总输出24kV,各器件在高压试验中工作正常。

横向磁通电机控制器驱动及缓冲电路设计

采用MOSFET作为功率器件,设计实现了针对横向磁通电机的功率驱动电路。该电路采用光耦HCPL4504和专用驱动芯片UCC27321,具有外围电路简单可靠的特点;同时,为了抑制MOSFET两端出现的电压尖峰,设计了RCD缓冲电路。详细阐述了横向磁通电机驱动方案的整体结构、驱动电路设计以及关键参数的计算流程。最后,开展了900 W横向磁通电机驱动电路及缓冲电路的实验测试工作,通过试验测试验证所设计的驱动电路及缓冲电路的实用性和有效性。

数控电源整流二极管换流振荡分析与抑制

分析了采用全波整流方式的移相全桥零电压(ZVS)开关DCDC电源变换器在副边换流过程前后,其整流二极管上流过的反向恢复电流引起电路寄生电感电容间谐振的过程与机理,建立其等效简化电路与振荡幅值数学模型;再运用上述模型分析了电路寄生电感电容参数对振荡的影响;最后讨论了两种振荡抑制措施,着重分析了副边RCD吸收电路的抑制方案;给出了RCD吸收电路参数计算方法并在Saber与搭建的500 W的移相全桥样机上进行了对比实验,证明了合理设计的RCD吸收电路能够有效抑制振荡。

逆变桥缓冲电路的优化设计

电动力鱼雷动力系统设计的关键环节之一就是利用功率器件组成逆变桥进行逆变电路的设计,而功率器件在开通、关断瞬间会承受较大的电流变化率、电压变化率以及电压电流尖峰,这些工作参数如果超出器件的安全工作区,将会导致器件损坏,因此需要设置缓冲电路。首先以绝缘栅双极型晶体管(IGBT)为例分析了功率器件的开关工作过程,比较了不同结构缓冲电路的应用领域及其优缺点,并进行了对比分析、理论推导和仿真试验,仿真结果表明,电阻电容二极管(RCD)放电阻止型缓冲电路对关断浪涌电压抑制能力强、开关损耗低,可以作为大功率、高频电力电子系统设计的优选方案。

隔离型SEPIC漏感影响及其吸收电路的研究

研究了隔离型SEPIC变换器,该拓扑具有Boost型输入结构和高功率因素特性,输入电流纹波小,被广泛应用于带PFC的LED驱动、新能源发电系统等场合。详细分析了该电路工作原理以及相关的电压应力,介绍了减小漏感的变压器绕制方法,并针对隔离型SEPIC变换器特点,设计了漏感能量吸收电路。最后搭建了一台200 W样机进行实验,验证了理论分析的正确性。

并联H桥DC/DC变换器软开关技术研究

与传统的Buck电路相比,基于H桥并联的DC/DC变换器可以实现电压的双极性输出和故障时的冗余控制,非常适合用于大功率电动机正反转控制的场合。分析了并联H桥型DC/DC变换器的结构组成和双脉宽调制(PWM)模式。为了降低双脉宽调制下H桥型DC/DC变换器的开通和关断损耗,对无源软开关技术进行了分析,重点探讨了RCD缓冲电路和最小应力缓冲电路之间的性能差异,指出最小应力软开关技术可以获得更好的软开关性能,并就将其用于双脉宽调制下的并联H桥DC/DC变换器进行了仿真研究。仿真结果表明:最小应力软开关技术用于双脉宽调制下并联H桥DC/DC变换器时,可以实现开关管的零电压开通和零电流关断。

短路故障下直流固态断路器缓冲电路的设计

在低压直流微电网发生短路故障时,直流固态断路器(Solid-state circuit breaker,SSCB)可以快速有效地将故障区域隔离,然而它自身的安全可靠性依赖于缓冲电路。由于SSCB上的缓冲电路的侧重点是过电压抑制能力和故障能量的快速吸收,而不是减少缓冲电路的损耗,所以不能直接使用适用于变换器器件的传统缓冲电路设计方法。因此,提出一种拥有过电压抑制能力的SSCB缓冲电路的设计方法。针对放电阻止型RCD缓冲电路进行保护动作后缓冲机理分析,选定三种性能指标并给出详细的参数设计步骤,然后选定工况计算出合适的缓冲参数。最后通过实验验证了上述分析结果的正确性和放电阻止型缓冲电路的有效性。