A Study on the Conducted Interference of Capacitor Charging Power Supply

In this paper, a mathematical analysis of the EMI (Electromagnetic Interference) for a 20 kHz/10 kV capacitor charging power supply in frequency-domain is presented, and a related circuit model considering the transient switching interference is proposed. Due to the high working frequency and the device-switching transitions, the conducted EMI caused by the charging circuit which includes the harmonics of grid frequency, working frequency and device-switching transition frequencies. Thus under certain working situations or loads parallel power supply, the interference may cause charging failure. To solve this problem, a high frequency transformer modeled with stray capacitances and an approximation of the device-switching transition is applied in the Spice-based simulation model, and a mathematical analysis in frequency-domain is presented.

Charging System of ECRH High-Voltage Power Supply and its Control System

High-voltage power supply (HVPS) of Electron Cyclotron Resonance Heating (ECRH) for HT-7 and HT-7U is presently being constructed. The high voltage (100 kV) energy of HVPS is stored in the capacitor banks, and they can power one or two gyrotrons. All the operation of the charging system will be done by the control system, where the field signals are interfaced to programmable logic controller (PLC). The use of PLC not only simplifies the control system, but also enhances the reliability. The software written by using configuration software installed in the master computer allows for remote and multiple operator control, and the status and data information is also remotely available.

大功率高能脉冲激光电源设计

根据YAG激光器对大功率高能量脉冲电源的应用需求,设计了一种大功率脉冲激光电源,可实现高脉冲能量重复频率输出及充电电压灵活调控。前级充电网络采用串联LC谐振变换器,后级脉冲形成网络选择晶闸管触发LC放电电路。最终,研制了1台7 kW实验样机,最大重复频率10 Hz,最高充电电压2.2 kV,可实现单脉冲最高700 J电能输出,满足大功率高能脉冲输出的应用需求,实验测试结果验证了设计的可行性。

一种低温漂高电源抑制能力的振荡器设计

为了提升开关电源芯片中振荡器的温度特性和电源抑制能力,提出一种改进型拓扑结构的RC振荡器。该振荡器由电容充放电模块、偏置电流源模块、比较器模块以及寄存器模块组成。通过将电容的上下极板都接入电流源,并对电容下极板流过的电流进行采样,引入负反馈对充放电电流源进行动态调节,从而减小电容上极板电压通过沟道调制效应对充放电电流源的影响,增强充放电电流源的电源抑制能力。再配合偏置电流源模块中经过温度补偿的偏置电流,得到具有低温漂特性及高电源抑制能力的振荡频率。基于CSMC 0.18μm BCD工艺完成了电路设计,仿真实验结果表明,所设计的振荡器工作频率为411 kHz,电源电压为2.6~3.8 V时频率变化为0.119%,温度为-40~125℃时频率变化为3%。该振荡器具有较强的电源抑制能力,能很好地满足开关电源芯片中振荡器的设计要求。

变母线电压的LLC高压电容充电电源设计

提出了一种两级式可变母线电压的高压电容充电电源技术方案,该拓扑在半桥LLC谐振电路的基础上增加了一级图腾柱无桥功率因数校正(PFC)电路,通过改变母线电压来解决传统LLC谐振电源在输出更高电压时,工作频率变化范围过大带来的充电效率下滑的问题。由于图腾柱电路本身具备功率因数校正的功能,该电源设计还拥有能够直接从电网取电而不影响电网电能质量的优势。首先介绍了本电源设计中两部分的电路拓扑和工作原理,采用等效电阻法分析了电容负载下的电源输出特性。针对前级图腾柱电路设计了双环控制器以实现对母线电压和功率因数的控制,针对后级LLC电路提出了比例积分(PI)加低通滤波的恒流控制器以降低高频噪声带来的不利影响。最后通过模型构建与仿真分析,研究了高压电容充电电源3000 V/1 A时的充电特性,验证了本电源技术方案、设计和控制策略的可行性。

基于LC串联谐振的高压恒流充电电源设计

LC串联谐振式高压恒流充电电源能够实现电容器的高效快速充电,且具有较好的抗负载短路能力,在高重频脉冲功率系统中具有广阔的应用前景。充电电源的效率是决定系统重频运行能力的重要因素,提高效率是目前高压电容器充电电源设计的首要目标。根据LC串联谐振电路的工作原理,分析可知电源工作模式、逆变桥的开关频率以及高频变压器的分布参数是影响LC串联谐振电源效率的主要因素。针对功率为10 kW、输出电压为40 kV的直流电源,计算主电路参数并利用Pspice建立了电路模型验证其准确性,采用软开关技术减小开关损耗,设计了分布参数较小的高频变压器进一步提高效率,并在此基础上完成了电源整体结构设计。最后测试了电源的充电特性,结果表明该电源可将0.1μF电容器在37 ms内充电至39.5 kV,其充电效率为87.1%。

接触轨融冰用电磁感应加热电源应用研究

开发了一种接触轨融冰用中频感应加热电源,输入为380 V/50 Hz的三相正弦交流电,输出为频率固定中频20 kHz,功率大小可调。首先分析了该中频感应加热电源系统的工作原理及产生的伴随效应,其次介绍了感应加热电源的结构,提出了一种基于移相PWM调功与频率跟踪相结合的复合控制方案,最后,建立了电源MATLAB/Simulink仿真模型和试验模型,通过仿真结果和试验结果证明了所开发的中频感应加热电源的可行性。

多级谐振充电的Marx脉冲源研究

Marx发生器是一种经典的脉冲功率发生装置。为了更好地满足高电压、双极性高效率等实际使用需求,文中提出了多级谐振充电的Marx脉冲源,即利用串联谐振充电源与串心磁环变压器对Marx脉冲发生器分组充电。搭建两类对称结构多级谐振充电的Marx脉冲发生器并验证其性能,包括可变极性的单极性发生器和双极性脉冲发生器。电路由一组正极性的3路8级Marx和一组负极性的3路8级Marx组成,共48级。实验结果表明,可变极性的单极性Marx发生器可产生正极性或负极性电压幅值为30 kV的脉冲,双极性发生器可向空载和50 kΩ的阻性负载输出±10 kV的电压脉冲。通过FPGA(Field Program Gate Array)的信号控制可以将重复频率控制在1 Hz~1 kHz范围内调节,脉宽可在1~200μs范围内调节,脉冲前后沿为50 ns以内。正、负脉冲之间的弛豫时间为0.2~200.0μs。

带反偏置的双路高压脉冲电源的研究

通过调节反向偏置电压可以改善电场渗透对质谱仪的影响,提高质谱仪的分辨率。为了满足质谱仪对脉冲电场的不同要求,提出了一种可以同时输出两路极性相反脉冲电场的脉冲电源,且高压正脉冲叠加幅值可调的直流负偏置电压。该电源只需一个充电源便可以产生正负两路脉冲电场。分析了串联开关同步驱动效果,随后通过增加补偿绕组和并联电阻优化了串联电容的分压不均的问题,并验证一个磁芯加多个副边绕组的方案可进一步降低充电电压不均。最终实现了4个电容器的充电电压与平均电压相差不超过0.1%。搭建了一台4级的电源样机,实验表明,其可以在容性负载上产生一路幅值为0~1.5 kV、脉宽为2~10μs可调的高压正脉冲且叠加幅值为0~-200 V的反向偏置电压,和一路幅值为0~-1.5 kV、脉宽为2~10μs可调的高压负脉冲,频率高达10 kHz,正负脉冲的前沿均小于30 ns,脉冲波形平稳。该脉冲电源结构紧凑,并且输出电压、脉宽、频率均连续可调。

基于超级电容储能的HL-3装置中性束逆变型高压电源模块设计

高压电源是中性束注入加热系统的重要组成部分,决定着束能量和引出束流的品质。随着电压等级的逐步提高,脉冲阶梯调制(Pulse Step Modulation,PSM)高压电源无法满足实验要求。为了实现中性束调制注入功率的快速切换,提出一种基于超级电容储能的逆变型高压电源。采用超级电容储能方式,降低所需电网容量,减小对电网的冲击。采用软开关技术的直流(DC)-直流(DC)谐振变换器结构,提高电源的响应速度,减小开关器件的开关损耗。设计电源模块电路拓扑,根据电源性能指标要求完成系统建模计算。建立充电电路和主回路的电力仿真软件PSIM(Power SIMulation)仿真模型,对电源性能指标进行仿真验证。最后搭建了逆变电源模块测试样机,进行了阶跃响应、电压纹波和软开关性能指标测试。仿真及实验验证结果表明:设计的电源模块能够实现1 600 V/50 A的稳定输出,满足6 MW/120 kV设计要求。

正负双极性重复频率充电电源研制

针对紧凑型高功率脉冲驱动源的重复频率充电需求,开展了基于LC全桥串联谐振原理的恒流充电技术研究,并根据紧凑型Marx脉冲功率源的工作方式开展了电源关键参数设计,完成了一种正负双极性充电的紧凑型高压电源研制,实现20 ms内对单边等效负载电容为0.15μF的双极性Marx驱动源充电至±45 kV,平均充电功率大于15.5 kW。该电源采用单个高频高压变压器实现了正负双极性高电压同步输出;采用变压器、整流电路、隔离保护电路、电压检测电路一体化绝缘封装设计,既减小了装置体积又降低了高压绝缘风险;通过隔离保护、电磁屏蔽等设计有效解决了Marx发生器放电过程中瞬时高压信号对电源控制系统的干扰和损伤。

一种带有升压结构的LC充电电源的设计

为使LC谐振充电方案具有更高的升压范围和提高其对供电电压的适应性,采用了一种带有升压结构的电路拓扑,使得LC谐振充电方案具有升压和降压工作能力,同时采用了基于能量实时检测的控制算法,使得该方案能够根据预设参数准确充电和放电,增强了对供电电压波动的适应能力。初步的实验结果表明,在供电电压波动的情况下,该电源能够完成升降压的调节,且最大电压偏差小于5 V。

固态开关串联的高压重频脉冲电源

随着脉冲功率技术在生物医疗、食品加工、电磁成形、等离子体研究等领域日益广泛而深入的应用,脉冲发生器的研制面临高压高频化、全固态化等新要求。为了满足这种新要求,设计了一种固态开关串联的高压重频脉冲电源。脉冲电源主要由高频触发电路、主电路以及LCL谐振电路组成:主电路为8级Marx电路串联,MOSFETs作为充放电控制开关;触发电路输出触发信号驱动MOSFETs工作;LCL谐振电路可实现输出电流恒定。电源结构触发同步性好,充电速度快,结构紧凑。对电路的结构设计、电路原理、参数设置进行了详细阐述,并利用Simplorer软件仿真验证高压重频脉冲电源电路的可行性。最后搭建了一台高压重频脉冲电源样机,实验样机参数为脉冲电压0~4 kV,重复频率0~8 kHz可调,脉冲宽度5~12μs可调。

基于PID串并联结构可变的复合电源再生制动控制方法

针对现今应用广泛的增程式电动汽车动力电池存在过充过放,影响其使用寿命的问题,同时为减少动力电池维修和更换的成本,并能将再生制动回收的能量充分利用。提出串并联结构可变复合电源结构,利用再生制动技术回收车辆制动能量,改善复合电源的工作模式,用超级电容来承担过充过放的极限功率。提出了通过输出固定占空比,控制再生制动电流恒定,实时监测超级电容两端电压恒定,回收再生制动能量,并高效应用。基于PID闭环控制优化再生制动控制方法,通过MATLAB/Simulink搭建仿真平台,对两种再生制动控制方法进行仿真与验证,研究结果证实该方法的有效性,优化之后效果明显。

一款基于串联谐振软开关技术的车载逆变电源设计

设计采用一款基于串联谐振软开关技术的1kW车载逆变电源,对其工作原理进行分析,并对其中主要电路参数进行计算,试验结果验证该技术可实现推挽电路开关管的零电压开通和零电流关断,能够提高逆变电源的效率。

EAST鱼尾偏滤器磁体线圈电源的研制

为了满足复杂多变的电磁环境对正弦电流精度和变频调幅稳定输出的要求,提出了LC串联谐振理论与高频PWM调制技术相结合的设计思想。研制了一种多频点(10~3800 Hz)、电流高达8000 A的正弦波电源。FTD电源采用直流开关电源技术、SPWM调制技术和LC串联谐振理论。输出电流工作点包括10 Hz@8000 A、20 Hz@6000 A、30~110 Hz@5000 A和1.3~3.8 kHz@2400 A。采用电流反馈和频率反馈控制策略,输出电流精度可达5%。测试结果表明,FTD电源能够满足系统要求,实现了对偏滤器偏转磁场的强度和频率的调节,为偏滤器靶板的粒子热沉积效果的对比实验提供了支持。

谐振式无线传能关键技术综述

阐述无线电能传输设计中用于产生高频交流电的逆变电路,几种可以抑制频率分裂的方法,探讨阻抗匹配电路用于解决当系统距离或者电路参数改变时,带来的阻抗不匹配问题。

寄生电容对串联谐振电容器充电电源特性的影响

软开关串联谐振电容器拓扑因其在较宽的电压范围内具有平均充电电流恒定和抗短路能力强的特点而用于对高压电容器充电。但开关频率固定的串联谐振充电电源的恒流特性因直流母线电压的波动和高压变压器以及整流单元的分布电容的影响,其充电电流并不是恒流。该文分析了理想和实际的串联谐振充电电源的充电电流特性。提出了采用图表法对串联谐振电源进行参数设计和调试,克服了以往高压脉冲电源设计和调试时的盲目性,具有重要的工程实用价值。

35kV/0.7A高压变频恒流充电电源

介绍了一种适用于电容器快速充电的高压变频恒流充电电源,它采用智能功率模块IPM和全桥串联谐振式变换电路,依靠电流反馈信号来控制开关频率的升高以保持充电电流的恒定。实际运行表明该电源恒流效果好,工作稳定可靠。

40kW高功率密度数字化控制充电电源

研制了基于串联谐振和高频逆变技术的40 kW/10 kV数字化控制高频高压脉冲电容器恒流充电电源;采用合理谐振参数设计和高频高压变压器优化设计,使得40 kW充电电源功率密度达到0.5 MW/m3;研究了高压充电电源的保护技术,通过采取多种保护方法及安全措施,提高了充电电源的安全性能;在40kW数字化控制充电电源基础上,介绍了实现充电电源远端控制和并联运行的方案;给出了1 MJ/10 kV脉冲电容器负载上的单台充电电源的实验结果。