升压式DC-DC开关电源的数字化软启动方法研究

为了解决DC-DC开关电源启动过程的浪涌电流较大对开关电源造成损坏的问题,提出了一种用于升压式DC-DC开关电源的高效数字化软启动方法。该方法采用可编程数字化技术,通过复用衬底切换电路对输出电容预充电的方式,实现输出电流平稳上升,达到了开关电源的软启动效果,解决了DC-DC开关电源在启动时产生的浪涌电流和电压过冲问题。基于0.18μm BCD工艺完成了对所提出方法的物理实现与测试验证。测试表明在输入电压为3.7 V,输出电压为4.6 V,占空比为20%~80%时,软启动时间在PVT变化的情况下为210μs,输出电压平稳上升不会产生浪涌电流现象。通过理论分析与实验验证,表明该方法具有结构简单、稳定性强、功耗低、启动速度快的明显优势。

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。

附带均衡电源的DC-DC均衡电路

针对电动汽车中锂离子电池组使用主动均衡电路时,较难在灵活均衡的前提下减少元器件使用数目并保证高转换效率问题,文中提出带有均衡电源的主动均衡电路。该电路主要由融合目前优点的开关阵列、DC-DC变换器以及可以多重利用的均衡电源组成。根据电池组SOC(StateofCharge)的平均值与各单体电池SOC之差是否达到阈值为依据,使用Matlab/Simulink软件进行仿真。仿真结果表明,该结构可以在使用N+1+4个开关(N为串联电池组数目)和一个双向DC-DC变换器的前提下对串联电池组中任意单体电池进行均衡,并且电池在放电均衡时转换效率约为81.6%,电池在充电均衡时转换效率约为84.8%,均达到目前较高水平。证实该电路能较好地满足上述要求。

基于Buck-Boost电路的宽输出电压AC-DC电源设计

设计了一种宽输出电压的AC-DC开关电源,其主要特征是输出电压可以在较大范围内任意调节,解决了传统的开关电源只能输出几个特定电压值的问题。该设计的核心是反激变换电路和Buck-Boost电路。分析了这两种电路的工作原理及其应用,并且给出了具体的设计。实验表明,设计的电源能较好地实现了输出电压的宽范围调节。

基于一体化高频变压器的电力电子变压器拓扑及其控制策略

现有的电力电子变压器(power electronic transformer, PET)拓扑所需高频变压器数目较多,体积大,为了解决该问题,采用一种高功率密度的PET结构,其仅需一台高频变压器可实现PET的高度集成。为保证所提拓扑稳定运行,通过分析模块化多电平变换器子模块电容电压波动机理,提出了模块化多电平变换器在超高调制比下降低子模块电容电压波动的方法;同时,针对模块化多电平直流变换器中桥臂间均压控制存在内移相角与桥臂间交换功率的相关性受功率移相角影响的问题,在考虑控制安全运行域的基础上,提出了桥臂电感的参数设计方法,可以降低该控制的复杂度。并在MALTAB/Simulink中搭建了仿真模型,以此验证了文中所提出的方法可以降低电容电压波动以及全工况下实现电压均衡。

多路输出DC稳压电源的设计研究

当前实验教学与科研所用的直流电源不能满足综合电路的应用,为了解决这个问题,本文提出了设计一个同时输出±5V、±12V固定电压和-5V～+5V连续可调电压的电源方案。本设计采用模块化的系统结构;基于线性串联式稳压的原理,以集成稳压器78**、79**系列芯片为核心,设计输出固定电压的基础模块;基于跟踪式稳压的设计思路,设计输出-5V～+5V连续可调的电压模块;使用专用芯片ICL7107设计LED显示电路,显示连续可调电压值;用I-V转换、电压比较电路进行输出短路保护。通过样品实验测试,得出了各种输出电压的负载效应参数,均符合要求。结果表明,本设计研究的产品性能可靠,稳定性高,适应性强。

基于Buck-Boost逆变电路的低纹波可调直流稳压电源控制方法

为克服传统低纹波直流稳压电源的主电路拓扑结构存在电路结构复杂、体积大等不足,提出一种基于Buck-Boost逆变电路的新型可调直流稳压电源拓扑结构,用Buck-Boost逆变环节取代传统结构中高频逆变和变压器升压两个环节,此结构相较于传统结构,在电路结构上可以得到明显的简化。为实现该新型可调直流稳压电源输出低纹波、高稳定度直流电压的要求,针对其Buck-Boost逆变电路提出采用基于比例积分-矢量比例积分的复合控制方法,即以Buck-Boost逆变电路中电容电压和电感电流作为状态变量,并以电感电流为控制内环,电容电压为控制外环,通过对两个闭环采用比例积分-矢量比例积分复合控制方法,实现对两个状态变量的解耦控制,最后通过仿真与实验对其效果进行了验证,同时与传统低纹波直流稳压电源进行了对比分析。结果表明,文中提出的基于Buck-Boost逆变电路的新型可调直流稳压电源拓扑结构及针对该拓扑结构所提出的控制方法不仅输出直流电压纹波小、稳态精度高、动态性能好同时还具有电路结构简单且输出直流电压任意可调等特点,因而具有较好的应用价值。

基于健康指数的直流断路器状态评估模型

[目的]直流断路器是地铁牵引供电系统的关键设备。为了通过采取合理的维保策略提高牵引供电系统可靠性,需准确评估直流断路器健康状态。[方法]采用健康指数表征设备整体健康状态,构建设备健康状态的综合评估模型。基于设备特征参数变化反映设备健康状态,合理选择评估指标建立设备运行状态多指标评估体系;结合层次法和熵权法改进各分项指标权重的计算方式,使得设备健康状态评估模型的建立更加合理;依据该评估模型计算设备健康指数,并建立基于历史健康数据的使用寿命模型来拟合设备健康指数的变化趋势,评估设备未来健康状态与预测设备剩余使用寿命;以某牵引变电站实际数据为例,对所提评估模型进行验证。[结果及结论]实例分析结果表明:该直流断路器状态评估模型具有一定的有效性与合理性,能够科学地对直流断路器健康状态与剩余使用寿命进行判断与预测。

动力集中动车组电气系统关键技术分析与验证

文章介绍了国外动力集中动车组的研究进展和典型应用,对各种车型的系统配置进行初步对比分析,结合中国动力集中动车组的研发技术水平和应用现状,提出了研制动力集中动车组技术的总体目标、技术特点、技术难点、技术方案,重点围绕动力集中动车组在牵引系统、DC 600 V列车供电和网络控制系统等设计项点,开展关键技术分析与研制。地面试验和现场运营情况表明,该电气系统性能表现良好,能够满足动力集中动车组电气系统各项指标要求,其成功研制为完善国内“复兴号”动车组谱系和高铁“走出去”提供坚实的装备支撑。

单端反激10WDC/DC模块电源的设计

介绍12V输入、15V/0.67A输出的DC/DC模块电源的原理、设计。该电源主电路采用了反激电路,控制电路采用了电流型集成控制芯片UCC2803。测试表明,本电源具有良好的性能。

用于直流微电网线路的新型不平衡保护研究

直流微电网中所配置的线路保护需要兼顾速动性与选择性,为解决这一难题,提出了一种基于双回供电线路的直流微电网线路保护方案。通过分析直流微电网双回路供电下的线路故障特征,发现双回路的供电形式能提供故障状态下的不平衡信息,使得保护装置通过基于单端测量获取的电流信号量实现故障检测,同时双回路的供电方式采用本方案能清除线路的故障部分而不会影响供电。针对典型的极地故障,通过仿真的形式验证了所提保护方案的可行性。

客车DC600V供电电源主电路的设计

为了提高客车DC600 V供电电源的功率因数,减小输出电压的波动,对主电路提出了基于"二极管不控整流+IGBT降压斩波"的设计。通过对主电路的PSIM仿真,表明该电路能够大幅提高DC600 V电源的功率因数,而且使输出电压稳定在600 V左右,达到了设计目的,能满足对客车供电的质量需求,保证用电设备的正常工作。

变电站大功率并联直流蓄电池组主动均流仿真研究

针对变电站大功率并联直流系统方案及均流技术方案进行研究,选出最适用于变电站的并联型直流供电系统方案,然后分析在并联直流系统下的均流技术和均流控制,提出一种改进的平均电流法,最后通过MATLAB/Simulink搭建电路仿真模型及控制回路仿真模型,完成系统方案及均流方案的设计与仿真。仿真结果表明,混合型并联方案可靠性高、充放电效率高且具有冗余度,所以选择混合型并联方案作为并联型直流供电系统方案;改良的均流系统的闭环控制满足控制回路的稳定性要求,能快速响应均流要求,具有相当高的抗干扰能力,且改良的平均电流法均流精度高、可靠性好。

城市轨道交通牵引供电系统直流快速断路器开断及灭弧分析

[目的]直流灭弧技术是城市轨道交通牵引供电系统的设计难点之一,因此有必要对主要直流快速断路器的直流开断及灭弧原理进行分析。[方法]介绍了直流电流开断及电弧熄灭原理;介绍了直流电流的稳定燃烧点及熄灭条件;分析了直流电弧的开断参数,介绍了直流快速断路器的灭弧设计原理;分析了地铁供电系统直流快速断路器易烧损的原因。[结果及结论]要开断直流电弧,需产生一个高于电源电压的电弧电压,即加大电弧电压能够熄灭直流电弧;直流快速断路器的开断过程要综合考虑燃弧时间和系统过电压因素;在直流断路器设计研发时,需重点关注非稳定弧电压和小电流开断弧电压;在电弧熄灭时,设置一个额外的RC(电阻电容电路)吹弧线圈,同时结合灭弧室金属格栅设计,可以稳定燃弧电压。

太阳能电池板加DC-DC前后负载功率随负载电阻变化规律的实验研究

对由相同型号太阳能电池板、采取不同连接方式构成的电源,在加DC-DC直流电压变换电路前后负载获得功率随负载电阻变化的情况进行了测量。为了形象、直观、方便,利用Origin软件对测量数据进行了处理,得出了负载获得功率随负载电阻变化的曲线,进一步得到了太阳能电池板加DC-DC直流电压变换电路负载获得功率变化的规律。在此基础上,简要介绍了所得规律的一个应用场景。

同步整流电路中控制器选型与应用研究

同步整流电路,是采用导通电阻非常低(mΩ级)的功率MOSFET,代替普通整流二极管以降低功率损耗的一种技术。同步整流控制芯片是该电路的大脑,当使用功率MOSFET作整流管时,需要栅极电压和被整流的电压相位保持同步才完成,同步整流电路可以很大程度上提升DC/DC变换器的效率。该文设计一款输出功率为24 V/8.3 A的AC/DC电源,基本拓扑为LLC半桥谐振电路和同步整流电流电路,重点讨论同步整流电路选型与设计应用。

轨道交通直流牵引供电系统线路测试回路短路试验案例分析

为研究在接地短路情况下,直流电流方向对线路测试回路的影响,该文通过详细介绍轨道交通牵引供电系统线路测试功能原理,并分析广州地铁1号线西塱站线路测试回路短路试验案例与接触器正反向电流试验,结果表明线路测试回路反向电流影响接触器内部电弧,造成燃弧时间长且容易烧损接触器,并且,电弧碰撞叠加导致接触器内部两对触点短接,即1 500 V母线短路。故线路测试回路必须正确接线且需完成短路测试以确保功能正常。

基于DC/DC变换器的270V直流电源研究

针对270V高压直流电源输入低压、大电流的特点,对其DC/DC变换电路进行研究。确定双管正激+Boost两级变换器组合为主电路的拓扑结构,对电源系统中的主电路和控制电路部分进行设计,并借助MATLAB/Simulink仿真软件对270 V高压直流电源系统进行建模仿真,给出仿真波形,验证设计的合理性。

地铁直流进线振荡电流识别算法研究

针对地铁直流进线的振荡电流容易引起继电保护系统频繁误动作的问题,文章提出以变分模态分解、样本熵、TOPSIS为核心的故障诊断分析算法,并搭建实时数字仿真试验平台,以地铁继电保护装置为应用场景,通过将改进的进线保护算法与传统逆流保护算法进行试验对比分析,验证了方法在工程实践中的可行性和有效性。结果表明,该方法可有效识别直流进线特殊振荡电流,提高继电保护的可靠性。

大功率直流充电系统设计及短路保护分析

为满足大容量电池动力船舶以及超级电容动力船舶充电需求,通过设计2.5 MW船舶充电系统,包含:船岸连接的电压电制、充电系统设备,其中包括箱变电源以及船岸连接部件等方面,同时考虑船岸两端,进行短路电流计算及分析。通过多方案的比较及实船配套验证,采用大功率直流充电系统具有容量大、充电快、操作安全、使用方便等特点,为新能源渡船大功率充电系统提供有效的解决方案。