LCC谐振变换器的优化设计与实现

LCC谐振变换器是电除尘高频高压电源的核心器件,十分适用于高压大功率场合,针对连续模式应用于电除尘高频高压电源的不足,采用LCC谐振变换器断续模式进行优化设计。分析了带RC负载的LCC谐振变换器断续模式(简称DCM)的工作原理及拓扑结构,采用状态空间法推导了其数学模型,研究并建立了新颖的LCC谐振变换器断续模式下的损耗模型。在此基础上提出了一种基于遗传粒子群算法的LCC谐振变换器优化设计方法,该方法直观并且准确,实现了软开关技术,提高了电源的工作效率。并在现场通过一台72KV/85KW的电除尘高频高压电源样机验证了本文的正确性。     

基于LCC-LC谐振变换器的高压储能电源研究

针对脉冲等离子体推力器(PPT)高压储能电容充电这一应用背景,研究了一种新型LCC-LC谐振变换器。该变换器在保留了LCC谐振网络基本特性的同时,引入了零增益点,使谐振变换器具有负载短路保护和缓启动功能,且相比于LCC谐振变换器的工作频率调整范围更窄,有利于磁集成和功率密度的提升。利用基波分析法和阻抗分析法分析了高阶LCC-LC谐振腔的特性,并基于此进行工作区间划分,确保LCC-LC谐振变换器宽负载范围内实现软开关;针对LCC-LC谐振变换器的高效运行,给出了一整套参数优化设计方法。最后,通过仿真和1 kW的原理样机实验数据,对所研究的变换器各项功能进行了验证。     

宽输出电压的半导体激光器驱动电源研究

介绍了一种大功率、宽输出电压范围的半导体激光器脉冲驱动电源的设计方法。根据半导体激光器脉冲驱动电源高电压、大电流的工作特性需求,脉冲放电环节采用多模块级联与功率开关管线性控制脉冲放电相结合的拓扑结构,这样既实现了脉冲电流平滑稳定,又提高了输出电压等级与功率。充电环节采取LCC谐振变换器结构,其抗负载短路和开路的能力非常适用于脉冲放电场合。该脉冲电源输出参数为:电压0~1000 V,电流1~160 A,脉宽200~250 μs,频率100 Hz内可调,具备较宽泛灵活的输出范围,可适应不同规模的激光二极管阵列。最后,分别通过单模块、两模块与三模块小功率级联型驱动实验验证了采用多模块级联与功率开关管线性控制脉冲放电相结合方法的可行性。     

基于自激移相控制的行波管电源LLC变换器

为提高行波管高压电源变换器全工作状态的软开关和动态响应性能,分析了行波管负载的动态突变特性,设计了全桥LLC谐振倍压功率变换器,提出了基于自激移相控制的全桥LLC变换器的工作原理、大信号建模和设计方法,重点针对负载突变特性分析了变换器的瞬态软开关特性和控制参数设计原则。通过仿真验证了变换器在负载突变时能够实现开关管的零电压开通,说明了控制参数的自适应调整能够提高变换器的动态响应性能。通过实验分析了基于自激移相控制的全桥LLC变换器的典型波形,表明变换器具有较好的软开关特性。     

基于AC-Link串联谐振的Buck-Boost变换器控制算法

介绍了一种基于AC-Link串联谐振的Buck-Boost变换器拓扑结构,用状态平面分析法对串联谐振电路在Buck模式和Boost模式下工作过程进行分析。该方法相比于传统的基波等效分析法具有直接、精确和求解简单的特点。给出了详细的推导过程,提出了一种控制算法。建立了Matlab/Simulink仿真模型,仿真结果表明,该控制算法能够实现Buck和Boost的功能,能够得到稳定的输出电压,输入电流谐波含量低的特点,可以实现变换器在较宽的范围内调节输出电压。     

脉冲序列控制开关变换器的脉冲组合规律及其多周期态研究

开关变换器的脉冲序列控制是通过调整控制脉冲循环周期内高、低功率脉冲的组合方式实现对开关变换器输出电压的调节. 控制脉冲循环周期内高、低功率脉冲的组合方式决定了脉冲序列控制开关变换器的稳态性能. 基于数论中连分式展开的思想, 研究了控制脉冲循环周期内脉冲序列控制开关变换器的控制脉冲组合规律, 得到了确定控制脉冲循环周期内高、低功率控制脉冲组合方式的算法. 建立了脉冲序列控制开关变换器的输出电压一维离散迭代标准模型, 并结合高、低功率控制脉冲组合规律, 分析了脉冲序列控制开关变换器的稳态性能; 研究了其多周期态参数估计和分布; 得到了其输出电压纹波范围. 仿真和实验结果证明了算法的正确性. 本文的研究结果有助于深入理解脉冲序列控制这一类离散型开关变换器控制方法. 关键词： 脉冲序列 控制脉冲组合 输出电压稳波     

用于辉光放电清洗的LCC谐振变换器仿真

针对辉光放电清洗系统中气体击穿之后对电源的恒流要求，提出用LCC谐振变换器的新方案，以改进辉光放电清洗电源方案，增加电源方案储备。利用软件工具选取参数范围、辅助理解拓扑特性以及验证方案。分析了LCC传递函数中主要参数品质因数QL和串并联电容比A对电路增益以及谐振器件应力的影响，设计了合理的参数取值。根据参数取值，利用MATLAB仿真表明，电源的闭环仿真输出达到额定值，LCC拓扑能满足辉光放电清洗电源的参数要求。LCC谐振变换器的电流归一化曲线表现出良好的恒流特性，适合设计成电流源。     

不同开关频率下电压控制升压变换器中的Hopf分岔分析

由于电压控制升压变换器的传统平均模型中没有包含开关频率,从而无法分析开关频率的大小对电压控制升压变换器中Hopf分岔的影响. 通过建立电压控制升压变换器的含有开关频率的改进平均模型,分析了开关频率对电压控制升压变换器中Hopf分岔的影响,并设计硬件电路,给出电路试验结果. 研究表明:采用电压控制升压变换器的改进平均模型,可以有效地分析不同开关频率对电压控制升压变换器中Hopf分岔的影响; 随着开关频率的减小,电压控制升压变换器更易于发生Hopf分岔. 关键词： 改进平均模型 电压控制升压变换器 开关频率     

电压控制正极性输出罗变换器的改进平均模型建模及稳定性分析

基于平均建模法并考虑到正极性输出罗(positive output super-lift Luo, POSL Luo)变换器中能量传输电容电压存在突变的事实, 建立了POSL Luo变换器的改进平均模型, 推导并分析了POSL Luo变换器输出电压对占空比的传递函数. 建立了电压控制POSL Luo变换器的输出电压对基准电压的传递函数, 分析了系统的稳定性. 采用PSIM软件进行电路仿真以及设计硬件电路进行电路实验, 以PSIM仿真结果和电路实验结果验证了模型的有效性和理论分析的正确性. 研究结果表明: 相比于POSL Luo变换器已有的平均模型, 采用本文的改进平均模型可有效的分析POSL Luo变换器的特性及电压控制POSL Luo变换器的稳定性.     

并联谐振AC-link三相AC/AC变换器仿真研究

基于AC-Link技术的充电电源具有高效率、高功率密度等优点,可作为高功率微波系统的初级能源。针对三相AC/AC能量变换的需求,仿真研究了一种基于AC-Link并联谐振技术的三相AC/AC变换器。给出了并联谐振AC-link三相AC/AC变换器的拓扑结构;分析了控制原理;阐述了16模式的具体控制过程和软开关切换的实现方法;明确了开关切换时间的计算方法;搭建15 kW仿真平台分析了不同负载要求下的能量变换过程。结果表明: 该变换器可以实现固定输出的能量变换,并且输出电压、频率可调;输入/输出电流波形均为正弦,输入功率因数为1;控制方法正确有效,实现了软开关切换。     

单相并联谐振变换器输出LC滤波器参数优化

采用在静止直角坐标系中构造虚拟正交电路的方法,推导了单相并联谐振变换器在直接正交(D-Q)旋转坐标系中的等效电路,求解了该等效电路的传递函数;通过仿真验证所推导的D-Q等效电路能够准确地代表原变换器电路。基于阻抗匹配的原则,通过D-Q等效电路的传递函数对单相并联谐振变换器的输出LC滤波器参数进行了优化,达到了输出脉冲电压上升沿时间小于50μs、过冲小于5%、调节时间小于100μs和纹波小于5%的预期指标,验证了采用该方法来优化并联谐振变换器输出LC滤波器参数的可行性。     

基于混合控制LLC谐振变换器的设计与分析

根据半桥LLC谐振变换器的拓扑结构,采用了一种混合控制方式,整合了电荷控制和传统频率控制两种控制方式。与目前的电荷型控制、双频率控制等常用控制方式相比,该控制方式增加的频率补偿斜坡,使得补偿器的设计十分简单,改进的线路瞬态性能可降低输出电容器值。根据基波分析法得到半桥LLC谐振变换器等效电路,确定了直流增益与品质因数、归一化频率和谐振电感与励磁电感的比值之间的关系式,并由该关系式设计出合适的谐振器件参数。通过混合控制方式与设计的LLC谐振参数搭建了一台5 kW/±85 V半桥LLC谐振变换器进行实验验证,实验结果显示,该样机动态特性良好,能够得到稳定的输出电压和具有较高的传输效率,验证了所采用的控制方法和基波分析法设计的LLC谐振参数的可行性。     

多端输出等幅振动的纵振动变换体

提出了一种一端输入多端输出等幅振动的纵振动方向变换体。变换体由输入杆、半球形过渡体和输出杆组成,通过半球形过渡体将一个输入杆与多个输出杆耦连为一体,并且多个输出杆呈立体分布,可实现一端纵振动输入多个方向上纵振动均匀输出。利用振动变换体端面的自由边界条件,以及各组件连接处的纵向位移、纵向力、横向位移和转角连续条件,推导了纵振动方向变换体的频率方程。解析计算了不同几何尺寸的纵振动变换体的谐振频率,与有限元法的计算值及实验测试值基本吻合。将纵振方向变换体的输入端与谐振频率为19.8 kHz的换能器相连,利用激光测振仪测试了纵振动变换体各输出端振型及各输出端相对于输入端的振幅放大系数,结果显示纵振动经过方向变换体成功地传输到了变换体的各输出杆的端面,且各输出端的振幅基本相等。      

Sampled-data modeling and dynamical effect of output-capacitor time-constant for valley voltage-mode controlled ewline buck-boost converter

By analyzing the output voltage ripple of a buck-boost converter with large equivalent series resistance (ESR) of output capacitor, one valley voltage-mode controller for buck-boost converter is proposed. Considering the fact that the increasing and decreasing slopes of the inductor current are assumed to be constant during each switching cycle, an especial sampled-data model of valley voltage-mode controlled buck-boost converter is established. Based on this model, the dynamical effect of an output-capacitor time-constant on the valley voltage-mode controlled buck-boost converter is revealed and analyzed via the bifurcation diagrams, the movements of eigenvalues, the Lyapunov exponent spectra, the boundary equations, and the operating-state regions. It is found that with gradual reduction of output-capacitor time-constant, the buck-boost converter in continuous conduction mode (CCM) shows the evolutive dynamic behavior from period-1 to period-2, period-4, period-8, chaos, and invalid state. The stability boundary and the invalidated boundary are derived theoretically by stability analysis, where the stable state of valley voltage-mode controlled buck-boost converter can enter into an unstable state, and the converter can shift from the operation region to a forbidden region. These results verified by time-domain waveforms and phase portraits of both simulation and experiment indicate that the sampled-data model is correct and the time constant of the output capacitor is a critical factor for valley voltage-mode controlled buck-boost converter, which has a significant effect on the dynamics as well as control stability.     

Sampled-data modeling and dynamical effect of output-capacitor time-constant for valley voltage-mode controlled buck-boost converter

By analyzing the output voltage ripple of a buck-boost converter with large equivalent series resistance(ESR) of output capacitor, one valley voltage-mode controller for buck-boost converter is proposed. Considering the fact that the increasing and decreasing slopes of the inductor current are assumed to be constant during each switching cycle, an especial sampleddata model of valley voltage-mode controlled buck-boost converter is established. Based on this model, the dynamical effect of an output-capacitor time-constant on the valley voltage-mode controlled buck-boost converter is revealed and analyzed via the bifurcation diagrams, the movements of eigenvalues, the Lyapunov exponent spectra, the boundary equations,and the operating-state regions. It is found that with gradual reduction of output-capacitor time-constant, the buck-boost converter in continuous conduction mode(CCM) shows the evolutive dynamic behavior from period-1 to period-2, period-4, period-8, chaos, and invalid state. The stability boundary and the invalidated boundary are derived theoretically by stability analysis, where the stable state of valley voltage-mode controlled buck-boost converter can enter into an unstable state, and the converter can shift from the operation region to a forbidden region. These results verified by time-domain waveforms and phase portraits of both simulation and experiment indicate that the sampled-data model is correct and the time constant of the output capacitor is a critical factor for valley voltage-mode controlled buck-boost converter, which has a significant effect on the dynamics as well as control stability.