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3 000 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。     

基于漂移阶跃恢复二极管开关的脉冲源仿真计算

介绍了新型半导体开关漂移阶跃恢复二极管(DSRD)的工作原理和特性,总结了基于半导体开关器件的脉冲源的发展现状及应用。基于DSRD的等效模型,建立了其正反向泵浦电路的仿真模型,按照输出电压参数的要求,对主储能电感、初级储能电感的取值进行了仿真计算分析,并得到了主回路各元件参数的最优值。通过仿真分析了MOSFET漏源端寄生电容与限压并联电容对输出参数的影响,得到了限压并联电容最优值为0.2 nF,通过计算与仿真得到隔直电容的最优值为100 pF。研制了一款可连续输出的脉冲功率源,其重复频率为1 MHz,脉冲前沿等于680 ps(20%~90%),电压幅值2 kV,半高宽1.5 ns。     

基于三维激光扫描的物体重构建模

针对锂离子电池SOC(荷电状态)难以估算的问题,通过对电池建立等效的Thevenin电路模型,对不同时刻的SOC的模型参数进行拟合得到动态的模型参数,在Matlab中借助Simulink建立仿真模型,采用模块化结构,建立基于卡尔曼滤波算法的电池SOC估算系统;利用测得的电池电压电流,仿真系统可直接估算出实时的电池SOC,与实际的电池SOC对比,误差保持在2.5%以内,表明该方法可以有效的估计电池的SOC,对于锂离子电池在实际应用的容量估算有着重要意义。     

基于Simulink的锂电池建模仿真

针对锂离子电池SOC(荷电状态)难以估算的问题,通过对电池建立等效的Thevenin电路模型,对不同时刻的SOC的模型参数进行拟合得到动态的模型参数,在Matlab中借助Simulink建立仿真模型,采用模块化结构,建立基于卡尔曼滤波算法的电池SOC估算系统;利用测得的电池电压电流,仿真系统可直接估算出实时的电池SOC,与实际的电池SOC对比,误差保持在2.5%以内,表明该方法可以有效地估计电池的SOC,对于锂离子电池在实际应用的容量估算有着重要意义。     

一种高压电源谐振升压倍压电路

提出了一种高压电源谐振升压倍压电路,该电路由LC谐振电路与整流电路组成。对该电路的工作模式和稳态输出特性进行了分析;建立了该电路的数学模型:以归一化的形式定量描述了稳态输出电压与电流的增益、短路特性和开路特性、输出纹波与电压降、以及器件上的电应力,并分析了电路品质因数、归一化频率和电容比对输出特性的影响;对该电路进行了仿真与实验研究,仿真结果与实验结果具有很好的一致性,验证了数学模型的正确性。与C-W电路的对比研究结果表明:所提出的电路具有输出电压稳定、输出纹波小、短路特性好以及响应速度快的优点,满足高压小电流的应用需求。     

电感电流伪连续导电模式下Buck变换器的动力学建模与分析

以电感电流伪连续导电模式(pseudo-continuous conduction mode, PCCM)下Buck变换器为例, 通过对开关变换器的开关模态的完整描述, 建立了PCCM Buck变换器的精确离散时间模型. 基于该模型, 研究了PCCM Buck变换器在负载电阻、电感等效串联电阻、电感、电容、参考电流和输入电压等电路参数变化时的分岔行为, 并揭示了变换器存在的次谐波振荡、倍周期分岔和混沌等复杂动力学行为. 基于分段光滑开关模型的数值仿真, 得到变换器在不同负载电阻下的时域波形图和相轨图, 验证了离散时间模型的正确性. 理论分析和仿真结果表明: PCCM Buck变换器更适合工作在轻载条件, 加大负载会导致变换器工作状态的失稳以及工作模式的转移; 电感的等效串联电阻对变换器稳定性具有一定程度的影响, 且等效串联电阻越大, 变换器越稳定. 研究结果对于设计与控制PCCM Buck变换器具有重要意义.     

基于P-N结的太阳能电池伏安特性的分析与模拟

通过分析实际P-N结与理想模型之间的差别,建立了P-N结二极管及太阳能电池的数学模型;利用Matlab中的系统仿真模块库建立仿真模型,设置参量,求解模型方程并绘制了图形.对太阳能电池在一定光照下旁路电阻及串联电阻取不同数值时对其开路电压、短路电流及填充因子的影响做了模拟,并与实际测得的硅太阳能电池伏安特性进行了比较.模型分析与实验测量的结果表明:等效的旁路电阻和串联电阻分别影响电池的开路电压和短路电流.仿真结果与实验测量结果一致.     

基于P-N结的太阳能电池伏安特性的分析与模拟

通过分析实际P-N结与理想模型之间的差别,建立了P-N结二极管及太阳能电池的数学模型;利用Matlab中的系统仿真模块库建立仿真模型,设置参量,求解模型方程并绘制了图形.对太阳能电池在一定光照下旁路电阻及串联电阻取不同数值时对其开路电压、短路电流及填充因子的影响做了模拟,并与实际测得的硅太阳能电池伏安特性进行了比较.模型分析与实验测量的结果表明等效的旁路电阻和串联电阻分别影响电池的开路电压和短路电流.仿真结果与实验测量结果一致.     

螺线管型爆磁压缩发生器快速计算模型

 根据等效电路模型,建立了单级螺线管型爆磁压缩发生器运行期间的电路方程,得到了回路电流表达式。采用0维电路模型计算电路参数,得到了电感和电阻计算公式。根据等效电路方程和电路参数计算公式,编写了一套计算编码,计算发生器充电过程和运行过程中发生器电路参数、内部电压、输出电流和能量、导线电导率和温度等参数的变化。与实验数据对比表明,该计算模型能准确预测单级螺线管型爆磁压缩发生器性能,对发生器的设计具有实际意义。     

基于双缘调制的数字电压型控制Buck变换器离散迭代映射建模与动力学分析

建立了双缘调制数字电压型控制Buck变换器的离散迭代映射模型. 在该模型的基础上, 详细研究了双缘调制数字电压型控制Buck变换器的非线性动力学行为. 以输入电压、负载电阻等电路参数作为分岔参数, 绘制了输出电压和电感电流的分岔图, 并通过分岔图的分析发现了两种相似却又不同的Hopf分岔现象. 采用庞加莱截面、时域仿真波形和相轨图, 对比分析了两种不同的Hopf分岔和低频振荡现象, 并引入离散迭代映射模型的雅克比矩阵的特征值分析方法, 从理论上证明了两种Hopf分岔的存在性和差异性. 首次观察到基于双缘调制的数字电压型控制Buck变换器出现了奇数倍周期分岔现象, 并通过时域仿真波形和相轨图验证了该现象的真实性. 为更加接近实际电路, 考虑电容和电感的等效串联电阻, 使用Psim进行仿真, 其结果与理论仿真结果基本一致, 验证了理论仿真的正确性.     

基于扩展单粒子模型的锂离子电池参数识别策略

为了精确识别电动汽车锂离子动力电池的关键状态参数,基于多孔电极理论和浓度理论,建立了一种考虑液相动力学行为的锂离子电池扩展单粒子模型.相较于传统单粒子模型,该模型增加了对负电极表面固体电解质界面膜参数的描述,并考虑了温度和液相浓度变化对锂离子电池关键参数的耦合影响.基于所建立的扩展单粒子模型,提出一种简化的参数灵敏度分析方法和有效的锂电池参数识别策略,用以确定特定工况下的高灵敏度待识别参数,进而利用遗传算法实现参数的优化求解.最后,通过对比分析本文模型和传统单粒子模型的仿真输出电压和相同工况下电池的实验输出电压验证了提出模型和参数识别方法的有效性和可行性,为电池管理系统的健康状态估计提供了理论基础.     

基于等效模型和多时间尺度扩展卡尔曼滤波的锂离子电池SOC预测

荷电状态(SOC)和最大可用电量估计是锂离子电池寿命预测中的两个最重要部分;然而与快速时变的SOC比较,最大可用电量的参数变化缓慢;文章提出了一个基于等效模型和多时间尺度的扩展卡尔曼滤波(EKF)预测算法对SOC和最大可用容量分别在不同时间尺度上进行估计,在宏观尺度上利用了SOC估计值作为观测量,更新最大可用电量;针对NCA/C卫星锂离子电池实验数据的仿真结果表明,提出的多时间尺度EKF预测算法与EKF联合估计算法相比,SOC和最大可用电量估计准确度更高,同时提高了计算效率。     

纵向极化与磁化叠层复合材料磁电效应理论及计算

基于纵向极化压电材料及纵向磁化磁致伸缩材料的压电和压磁方程与磁电元件运动方程,给出磁电元件开路电压表达式;鉴于压电材料高输出阻抗的特点,考虑测试仪器的有限输入阻抗和传输信号引线电缆电容,通过建立等效电路模型推出了非开路情况下磁电电压计算式,取不同材料参数对磁电电压进行了数值计算.研究表明,材料参数、电路参数对输出电压均产生影响.对磁伸材料两端面受非均匀偏置磁场产生外力的非自由边界磁电效应进行研究发现,恒外力作用使压电元件产生不可检测的稳恒电压. 关键词： 纵向极化 磁电效应 磁电元件 层叠材料     

锂离子动力电池高倍率充放电过程中弛豫行为的仿真

基于电化学热耦合模型研究了动力锂离子电池高倍率充放电过程中的弛豫行为, 分析对比了不同充放电机制对电池弛豫行为的影响. 研究发现: 充放电过程中, 欧姆极化是造成电压骤变的主要原因; 而恒流-恒压的充电模式能够缓慢消除欧姆极化, 避免电池电压的骤变; 利用恒流恒压对电池进行充电能够充进更多的电量, 有利于电池性能的完全发挥; 固相锂离子浓度的弛豫时间比液相锂离子浓度的弛豫时间长, 并且在放电后期, 固相扩散的特征时间与液相扩散特征时间的比值不断增大, 固相扩散造成的极化在整个放电过程不可忽略.     

基于电化学-热耦合模型研究隔膜孔隙结构对锂离子电池性能的影响机制

隔膜孔隙结构对锂离子电池性能具有重要的影响,本文提出了可准确描述充放电过程中锂离子电池内部复杂物理化学现象的电化学-热耦合模型,发现该模型较文献中模型的计算结果更接近实验测试数据.利用该模型探讨了隔膜孔隙率与扭曲率分别对锂离子电池性能的影响规律,发现减小孔隙率或增大扭曲率,电池输出电压、最大放电容量和平均输出功率均不断降低,电池表面温度和温升速度均不断升高;当孔隙率减小或扭曲率增大到一定程度时,放电初期电池输出电压均会出现先下降后回升的现象,且孔隙率越小或扭曲率越大,其下降的幅度越大、速度越快,回升所需时间也越长;要确保其不低于截止电压,隔膜扭曲率必须小于临界扭曲率(其下降至最低点刚好等于截止电压时的隔膜扭曲率).综合分析了放电过程中电池内部各电化学参量和产热量的动态分布规律,发现隔膜孔隙率和扭曲率主要影响放电末期电极膜片内部电化学反应以及其他放电时刻电解液中有效Li~+扩散(传导)系数.     

GaN发光二极管表观电容极值分析

利用正向交流(ac)小信号方法对GaN发光二极管的电容-电压特性进行测量,可以观察到GaN发光二极管中的负电容现象。正向偏压越大,测试频率越低,负电容现象越明显。测量到的负电容现象是表象,不存在负电容;提出GaN发光二极管p-n结的结电容在特定的正向电压范围内等效于可变电容。分析可变电容对正向交流小信号响应得到:特定参数的可变电容使结电容电流相位落后于交流小信号电压相位π/2,使得在测量中表现为负电容。发现表观电容-正向电压曲线的极值点与理论模型相吻合,证明了该理论模型的正确性。     

PIN光电探测器的建模与仿真分析

为了优化PIN光电探测器响应特性,首先依据载流子速率方程,并考虑芯片寄生参量和封装寄生参量,建立光电探测器的等效电路模型。然后仿真分析了反偏电压、I区宽度、光敏面、芯片寄生电阻和电容、封装寄生电阻、电容和电感对光电探测器脉冲响应特性和频率响应特性的影响。结果表明:通过增大反偏电压,减小光敏面和寄生参量(芯片寄生电容和电阻,封装寄生电容和电阻),选取合适的I区宽度,利用引线电感的谐振效应现象,可以抑制脉冲响应波形畸变,提高频率响应带宽。     

GaN发光二极管表观电阻极值分析

利用正向交流(ac)小信号方法对GaN发光二极管的电容-电压特性进行测量,可以观察到GaN发光二极管中的负电容现象。利用LED串联等效电路对表观电容和表观电阻进行了测量,表观电阻-正向电压曲线出现了一个极值点。通过对相关文献分析,提出负电容现象的根本原因是在较高的正偏下微分电容dQ/dU<0;推论出pn结的微分电容先随正向偏压的增大而急剧增大,当出现复合发光后随正向偏压的增大而减小,直到随正向偏压的增大而出现负值;正向偏置电压较大时,结电导电流的变化率根据I-V特性曲线取极大值,此时微分电容由于强复合效应已快速变小,表观电阻有极大值;得到了表观电阻极大值表达式。表观电阻与正向电压曲线的极值点与理论模型相吻合,证明了该理论模型的正确性。     

电阻电容和电感元件在交流电中的星-三角等效变换研究和仿真

基于纯电阻的Y-△等效变换和交流电的相量运算规则,对电阻、电容和电感元件的星形连接和三角形连接进行等效变换.在变换过程中利用基尔霍夫电压和电流定律,并结合相量的代数式、指数式和极坐标式来对相应方程进行运算,最后得出电阻、电容和电感的Y-△等效变换公式,并对其进行相应的仿真验证.通过计算和仿真发现,对于纯元件电路中,当Z L+Z C=0时其等效变换可以进行,否则就不能进行等效变换.