航空用大功率模块电源的设计及关键技术应用研究

采用模块电源构成飞机高压直流电气系统的二次电源分布式系统,可提高供电可靠性和供电质量。针对模块电源的高功率密度、高可靠性的发展趋势,探讨了模块电源的封装结构和热设计,研究了表面组装技术、平面变压器技术、尖峰抑制器技术和模块并联技术等关键技术在模块电源的应用。采用三维叠层封装结构,在实验室完成28V／36A输出航空用模块电源样机,给出了模块电源的实验结果。

航空数字电源系统的稳定性自我诊断与分析

系统的稳定性分析是设计电路拓扑不可或缺的一个环节,尤其在航空电源的设计中,更是不可或缺。因此,提出了一种基于TMS320F2812的航空数字电源系统的稳定性自我诊断与分析的方法。在简单介绍测试原理的基础上,详细给出了该数字控制系统的设计流程和功能模块设计思路。为实现航空电源的稳定性实时诊断提供了良好的途径。

航空开关磁阻发电机双通道容错性能研究

12/8结构开关磁阻发电机(SRG)系统可以实现双通道工作,在一个通道故障时能够实现单通道容错工作模式,以提高电源系统的可靠性。但由于两个通道之间存在强耦合,当系统单通道容错运行时电机性能将受到影响。通过建立12/8结构双通道开关磁阻发电机系统的数学模型,仿真分析不同工作模式下绕组电感和不同通道间绕组互感对电机性能的影响。提出一种新的绕组连接方案,实现了两个通道之间的解耦,以提高系统单通道容错运行时的电机性能。最后实验验证了理论和仿真分析的正确性以及该方案的有效性。

基于重复控制技术的单相航空静止变流器的研究

针对航空静止变流器带非线性负载造成的输出电压波形畸变问题,分析了采用重复控制技术的单相静止变流器控制模型和补偿器的数学表达形式。给出了控制器参数的频域设计方法。通过单相500VA/400Hz静止变流器的原理样机实验,其结果表明此分析设计方法是正确可行的。同时也验证了采用重复控制技术解决航空静止变流器带非线性负载时的输出波形畸变问题是行之有效的。从而为三相大功率航空静止变流器的研制打下了良好的基础。

适用于航空变频电网的串联混合有源电力滤波器

研究了一种适用于航空变频电网的串联混合有源电力滤波器。该滤波器由有源滤波部分和无源滤波部分构成。有源部分采用了基波电流控制策略,因而有源滤波部分可等效为对基波呈现零感抗而对谐波呈现高感抗的电感。无源滤波部分采用了电容器结构。利用有源部分的等效电感和无源部分电容的LC滤波特性,该串联混合有源电力滤波器既可实现有源电力滤波器上的基波零压降,又可实现变频电网的谐波抑制。文中给出了该LC滤波参数的设计原则。遵照LC设计原则进行的实验证明了该串联混合有源电力滤波器具有结构简单,适用频率范围宽,谐波抑制效果好等优点。

3kVA高频软开关航空静止变流器并联模块研究

采用公用电压外环方案 ,实现了三台 1 k VA基于高频零电压开关航空静止变流器模块的并联输出。三台航空静止变流器模块均为电压、电流双环控制 ,通过公用电压调节器稳定并联系统的输出电压及频率 ,同时产生统一的模块电流给定信号。各并联模块工作于电流跟踪模态 ,从而实现各航空静止变流器模块的均流并联。该并联方案仅有一条均流控制线连接且无须外加均流控制电路 ,不需要输出隔离变压器以及复杂的均流控制电路 ,具有简单可靠、均流精度高、体积小、重量轻和组合方便等优点 ,可以有效地提高航空静止变流器的可靠性。

一种基于有源箝位SEPIC拓扑的航空电子变换器

提出了一种适合航空电源应用的单级单开关有源功率因数校正变换器 ,应用有源箝位技术改进了传统的SEPIC拓扑。详细分析了新拓扑的特点和工作原理 ,给出了实现零电压开关的条件。实验结果验证了理论分析结果 ,并采用单层变压器设计 ,使变换器的效率达到 90 %。

四桥臂三相逆变电源的三维空间矢量控制技术研究

介绍了四桥臂三相逆变器的三维空间矢量控制原理,给出了任意负载下空间矢量的运动轨迹表达式,建立了三维空间矢量调制四桥臂逆变器MATLAB模型,并利用MATLAB仿真软件对各种性质负载,对称和不对称负载及负载和输入电压突变情况进行了仿真研究。研究结果表明该法具有负载适应能力及带不对称负载能力强、系统稳定性好、结构简单等优点,并在DSP实验平台上进行了初步的实验验证,证明该法是可行的。

开关电源中磁集成技术及其应用

回顾了磁集成技术的发展历史,介绍并简要分析了目前磁件的等效电路模型及建模方法,从磁心特性、磁集成的通用方法以及不同的磁集成对象三方面对磁集成技术的主要应用研究内容进行了概括分析,总结了磁集成技术的多解性特点、常用的磁集成方式以及磁集成应用的限制。

逆变电源中数字电压调节器的一种实现方法

研究了基于数字信号处理器的正弦波逆变器的电压调节器的实现方法。在深入分析基本 PI算法所引起的输出变压器动态偏磁问题的基础上 ,提出了一种改进算法 ,即首先采样变压器原边瞬时电流 ,并据此动态计算偏磁电流 ,然后将其作为新的输入量引入 PI调节器 ,从而实时消除变压器偏磁。文中给出了新算法的设计方法并进行了实验验证。结果表明 。

采用重复控制器的逆变电源数字控制方案

重复控制理论是抑制谐波干扰的一种有效方法。但在逆变电源系统中 ,由于模型的不精确 ,常规方法的基于完美对消思想设计的重复控制器不适用于电源系统。针对不精确的模型 ,本文提出了基于部分对消思想的重复控制器设计法。文中首先分析了重复控制器对谐波的抑制机理 ,并证明了它的稳定性和收敛性 ;其次给出了控制器设计的具体步骤 ,并给出了相应的仿真和实验验证。

用于提高级联型电源系统稳定性的自适应有源电容变换器

级联结构是直流分布式供电系统中常见的结构之一,然而,系统中各个子系统/模块之间的交互可能会引起整个系统的不稳定。本文阐述了级联型系统不稳定问题的本质原因,在此基础上提出了用于提高级联型电源系统稳定性的自适应型有源电容变换器,具体讨论了该变换器的物理意义,工作原理和参数设计,对一个120W、不稳定的Buck-Buck级联型系统进行实验,验证了有源电容变换器的正确性。

高速电压随动电源的发展及面临的挑战

随着3G通信时代的到来,新的数字调制方式使功率放大器的射频输入信号表现出高带宽和"非恒定包络"的特点,如果功率放大器仍采用传统的恒定电压供电,则将产生较大的功率损耗。因此,为提高其工作效率,高速电压随动电源的应用是发展趋势。本文阐述了高速电压随动电源的概念和应用背景,对现有包络线跟踪变换器的电路系统结构进行分类和归纳总结,指出各结构的优势、适用场合和直接应用于高速电压随动电源时的不足。最后,文章指出合理的系统架构、高频高效驱动电路的设计以及对寄生参数效应的考虑是高速电压随动电源的设计所面临的主要挑战。

开关线性复合包络线跟踪电源的全前馈方法

为提高现代无线通信系统中功率放大器的供电效率，本文采用AB型线性放大器和同步整流的Buck变换器并联构成包络线跟踪电源。其中线性放大器以电压型输出，跟踪参考信号的电压波形；Buck变换器以电流型输出，提供绝大部分的负载功率。为消除输出电压对线性放大器输出电流的影响，本文提出采用输出电压全前馈方法，该方法包含两个前馈项，分别用来抵消线性放大器的两个负载导纳，从而从本质上减小线性放大器的输出电流，提高ET电源的效率。为验证提出方法的有效性，本文通过一台跟踪频率为100kHz，输出电压为5～15V正弦波，峰值输出功率为75W的ET电源原理样机进行实验验证。实验结果表明，采用输出电压全前馈方法可以基本消除线性放大器输出电流中的基波成分，大大减小其电流有效值，ET电源的效率得到较大程度的提高。

变速恒频电源系统的交-交矩阵变换器闭环控制

功率电子变换器作为飞机变速恒频(Variablespeedconstantfrequency,VSCF)电源系统的重要组成部分,始终是人们的研究热点之一。本文分析了用于飞机变速恒频电源系统的新型交-交矩阵变换器的工作原理和特点,提出了基于空间矢量调制技术的矩阵变换器输出电压闭环控制方式,从而实现了变速恒频电源系统中功率变换器输出电压的局部调节功能,有效弥补了发电机调压器时间常数大、动态调节能力差等缺陷。仿真和原理样机实验结果表明,本文的理论分析和控制方案是正确可行的。

用于伺服压力机模拟试验系统动态加载的磁粉制动器励磁电源的设计

详细研究了伺服压力机的负荷特性,建立了伺服压力机的负荷与运动曲线。针对伺服压力机模拟系统,分析了模拟的动态载荷。磁粉制动器是通过控制通入的励磁电流来控制输出转矩的转矩加载装置,为了使传统的磁粉制动器输出动态载荷,设计了一个励磁电流曲线可以自由设定的励磁电源,详细介绍了该励磁电源的硬件结构和软件流程的设计。实验证明,该励磁电源可以作为模拟加载装置的控制单元,并具有控制灵活,性能可靠,移植性强等优点。

0.23W隔离式数字芯片供电电源的分析与实现

针对36～52 V输入,3.3 V/0.23 W输出的数字芯片供电电源,采用母线变换器的两级式变换方案。详细分析了半桥变换器的工作原理,给出了主要的参数设计依据,并根据损耗分析结果,讨论了频率对变换器效率的影响,给出优化后的工作频率,最后完成了样机的制作与实验,实验结果与损耗分析结果一致。在350 kHz时变换效率最高,满载时效率为56%～72%,相比反激变换器方案可提高10%。损耗分析结果为进一步优化变换效率提供了依据。

永磁同步电机伺服系统抗扰动自适应控制

为使永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)伺服系统能够满足某些驱动场合时变惯量、时变负荷的工作特性,提出一种具有抗扰动作用的自适应转矩控制方法。针对时变惯量,采用朗道离散时间递推算法对惯量进行实时估计,然后用辨识得到的惯量当前值依照规则对速度控制器各参数进行整定,使伺服系统在惯量发生变化时仍具有良好的动静态性能。针对时变负荷,采用一种简单的降维负载观测器对负载力矩进行辨识,并用辨识得到的负载力矩值对变载引起的速度扰动进行自适应补偿,以提高系统的鲁棒性。以一台面贴式永磁同步电机为对象进行试验,结果表明所提出的自适应算法有效,参数辨识的收敛速度较快,该方案所采用的补偿措施对系统参数变化和扰动等有很强的鲁棒性,能应用在一些时变负荷、时变惯量的驱动场合。

无轴承开关磁阻电机径向电磁力模型

针对现有无轴承开关磁阻电机数学模型忽略磁饱和或对磁饱和考虑不充分的不足,将麦克斯韦张量法和磁路分析法结合起来,提出了一种计算无轴承开关磁阻电机径向电磁力的方法。该方法考虑了电机运行过程中磁饱和以及转子的偏心位移,能够准确的描述电机径向电磁力的特性,为电机运行状态的离线分析和电机的设计提供了更为可靠的理论依据;该模型同时为无轴承开关磁阻电机电磁振动和噪声的预测与控制提供了理论依据。以一台实验样机为例,建立了考虑磁饱和的无轴承开关磁电机有限元分析模型。仿真结果证明了该解析模型的有效性。

电动汽车高效率无线充电技术的研究进展

发展电动汽车是节能、环保和低碳经济的需求,而无线供电(WPT)是未来电动汽车(EV)供电技术的发展趋势。本文介绍了目前常用的三种WPT技术,指出电磁感应式WPT和电磁共振式WPT因为相对效率较高,更适合于EV充电。针对WPT系统,结合高效变换的目的,从拓扑、控制及变压器角度,对目前EV用WPT技术进行了分析,指出非接触变压器成为制约EV用WPT系统高效能量传递的主要瓶颈,进而对变压器高效化需要解决的主要问题和相关研究展开讨论。对于感应式WPT技术,本文就变压器低耦合系数问题和移动充电系统中的"磁通分布不均"问题,进行了相关技术介绍,并提供了解决思路;对于共振式WPT技术,介绍了其研究进展,指出该技术为中等距离的高效能量传输提供了全新的思路,但仍然存在许多技术盲点。