基于LLC谐振变换器的X光机高压电源设计与仿真

针对X光机高压电源系统稳定性差、效率低等缺点,设计了一种基于LLC串并联谐振变换器的高压电源。介绍了LLC谐振变换器的基本原理,并对其拓扑结构进行基波近似分析,得出电路的增益特性。采用正负双向对称倍压整流电路,有效抑制了输出纹波。最后,采用Saber仿真软件进行了电路建模和仿真分析,得出的仿真结果验证了控制电路的有效性和可行性。     

LCC谐振变换器的电路建模与参数设计

对用于高压场合的LCC谐振变换器进行了分析和研究,采用基波近似法推导等效模型,建立了谐振电路的大信号模型和等效模型,对LCC谐振变换器的稳态特性进行分析,采用了一种以输入阻抗角为限定条件的参数设计方法,该方法可以实现谐振变换器零电压开关的同时兼顾谐振电流对效率的影响。在大信号模型的基础上,建立了小信号模型,得到输出电压与输入占空比之间的传递函数,从而建立闭环系统,实现电压的宽范围输出。通过Simulink仿真验证了所设计的LCC谐振变换器可实现全负载范围的零电压开关(ZVS),说明了设计方法的可行性。     

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。     

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。     

重复频率脉冲磁场初级能源

为产生重复频率脉冲磁场的螺线管,研制了一种新型的初级能源,它采用半桥串联谐振恒流充电拓扑结构,可在0~2.5 kV范围内实现输出可调,最大平均充电功率达4.7 kW。该电路最大特色在于无需使用外加谐振元件,只利用变压器的漏感和半桥桥臂电容组成谐振元件。简要分析了电路的工作过程,给出了电路参数设计方法和设计实例,并进行电路仿真和初步实验研究,结果表明,该设计基本达到要求。最后,进行了带螺线管负载的实验研究,实验证明该能源在重复频率10 Hz条件下运行稳定可靠。     

S波段宽带高平均功率速调管输出段的研制

 研制了一种用于S波段、7.1%带宽、高平均功率速调管的输出段结构。该结构采用双间隙重叠模耦合腔,利用短槽耦合方式,计算得到耦合槽的尺寸,常规选取两个谐振腔的频率、品质因子及两腔间隙中心之距等参数。根据这些参数加工冷测模型,冷测获得的槽的谐振频率和耦合系数与设计值误差只有2.5%。计算的阻抗矩阵曲线与冷测的相对阻抗曲线趋势基本一致,计算的功率与实际的热测结果均满足峰值输出功率大于1.1 MW、平均输出功率大于22 kW的设计要求。实验结果证明该输出段可达到7.1%的带宽,从而验证了该设计方法的正确性。     

并联谐振长脉冲调制器的仿真研究

 介绍了一种基于并联谐振波形叠加技术的长脉冲调制器,该结构采用多模块进行波形叠加(并联),这样可以在纹波一定时,减小脉冲前沿,同时可以提高输出功率,单级结构采用并联谐振结构。为了稳定输出电压,且尽量减小开关损耗,采用频率和相位联合控制方式。对频率和相位联合控制、前馈稳压控制原理及谐振参数设计进行了说明,对基于上述原理的多级并联结构进行了仿真。仿真结果表明：输入直流电压在450~550 V变化时,3个变换器模块并联,谐振参数中心频率50 kHz,在5.2 kΩ负载上产生60 kV电压,上升沿约35 μs,输出电压能保持基本稳定,纹波小于4%。     

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。     

基于副边LLC谐振变换器的功率处理单元建模与分析

随着航空航天技术的不断发展,航天器对于霍尔电推进功率处理单元（PPU）的需求不断提高,高增益、大功率以及高效的PPU成为研究的主流方向。LLC拓扑能够在全负载范围内实现软开关,因此在PPU阳极电源中具有广阔的应用前景。原边LLC因其原副边增益特性,给阳极电源高增益变换器的谐振电感设计带来极大的挑战。针对上述问题,提出了一种改进的副边LLC谐振拓扑,在保留原边LLC谐振电路软开关特性的同时,有效解决了谐振电感设计问题,使得PPU阳极电源具备高增益的性能。首先利用时域分析法建立了副边LLC拓扑数学模型,其次在模型的基础上给出其峰值增益的计算方法,最后通过一台样机验证了所建模型的正确性并验证了副边LLC电路的有效性。     

Transfer matrix methods for sound attenuation in resonators with perforated intruding inlets

A resonator with perforated intruding inlet (PII) is a superior silencer element, since the use of perforated inlet extensions can dramatically improve the acoustic performance. In this work, both a one-dimensional (1D) and a two-dimensional (2D) transfer matrix methods are developed to predict the transmission loss of the resonator without considering the mean flow. Based on the two groups of comparisons with tests, it is found out that the applicability of 1D method is limited by the resonator geometry even when the frequency is below the cut-off value of plane wave. Whereas the 2D approach is much more accurate while predicting the transmission losses within entire frequency range. Subsequently, five groups of resonators are chosen to determine the effects of structure parameters to transmission loss based on the 2D approach. The resonant frequency decreases and more resonant peaks appear when the length of inlet extension increases. A higher perforation rate leads to a shift of resonant peak towards higher frequencies. Besides, better acoustic performance could be obtained with the perforation being properly designed. Reducing the inlet/outlet radius can obviously improve the transmission loss without changing the frequency of resonant peak. The theories and conclusions in this study can be used for the design and optimization of resonators in various engineering applications.     

双锥型五模材料低频声波调控及参数设计*

为有效控制噪声并进行声波调控,构造了双锥区域为TC4钛合金,节点区域为硫化橡胶的六边形排列双锥五模材料,进行能带分析发现其具有较窄的低频声子带隙和单模传输区域。为提高五模材料的低频声波调控性能设计了正方形和三角形排列构型,结果表明三角形排列的双锥五模材料带隙的频率更低,带宽更宽且具有单模传输性能和较好的五模特性。此外分别探究了五模材料构型的材料参数包括双锥区和节点区的密度、泊松比和杨氏模量以及几何参数包括双锥宽和节点半径的变化对带隙及单模传输区域的影响,得到带隙和单模传输区的变化规律,选择密度较轻的填充材料、较小的双锥宽和较大的节点半径不仅可以提高低频声波调控性能,而且可以降低结构质量、提高结构的稳定性。本文结果对用于低频声波传播调控的五模材料的构型和参数的设计具有一定的借鉴意义。     

混合压电分流电路作用下声子晶体杆振动带隙结构分析

对于电阻电感(RL)及负阻抗变换器(NIC)混合压电分流电路分别采用紧密及间隔排列方式进行带隙结构计算,并且针对分流电路中电阻、电感及电容对于局域共振带隙的影响进行研究。采用传递矩阵法建立了压电分流电路作用下声子晶体杆带隙分析的理论模型,并运用MATLAB语言对带隙结构进行编程仿真计算。通过电阻、电感、电容参数的匹配及电路不同排列方式的对比,最终得到了在混合间隔压电分流电路作用下宽度为13 kHz的带隙,并对振动控制系统稳定性进行了分析。研究结果表明:采用混合压电分流电路会对杆件带隙结果产生影响,且采用压电片间隔排列的方式会使带隙宽度明显扩大。      

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。     

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。     

利用非线性传输线产生高功率射频场

根据孤立子理论,分析了利用变容非线性传输线产生射频场的机理。利用电路仿真方法系统地研究了影响射频场产生的相关参数,发现电感和零压电容越小、输入电压越大,射频场的频率越高;电容的非线性率越大,射频场的峰值电压越高、高频成分越多。并在此基础上,仿真设计了能产生峰值功率为0.8 GW、主频为19.42 MHz射频场的非线性传输线。     

A CW CO2 laser using a high-voltage Dc–dc converter with resonant inverter and Cockroft–Walton multiplier

I propose a high-voltage Dc–dc converter for a CW (continuous wave) CO₂ laser system using a current resonant half-bridge inverter and a Cockcroft–Walton circuit. This high-voltage power supply includes a two-stage voltage multiplier driven by a regulated half-bridge series resonant inverter. The inverter drives a step-up transformer and the secondary transformer is applied to the voltage multiplier. It is highly efficient because of the reduced amount of switching losses by virtue of the current resonant half-bridge inverter, and also due to the small size, low parasitic capacitance in the transformer stage owing to the low number of winding turns of the step-up secondary transformer combined with the Cockroft–Walton circuit. I obtained a maximum laser output power of 44 W, a maximum system efficiency of over 16%, and the stability of laser output power of about 4.6% in this laser system.