随着电力电子技术的发展，对大功率、高性能的开关电源要求也越来越高。功率因数校正(PFC)技术是当前电力电子技术研究的热点问题。大多数电力电子装置通过整流器与电网接口，而传统的二极管或晶闸管整流装置会产生大量的谐波电流，对电网造成污染。许多国家和国际组织相继制定了一系列限制用电设备谐波的标准。有源功率因数校正技术能够有效的消除整流装置的谐波，因此具有广泛的应用前景。 本文首先分析了开关电源的发展现状及发展要求，详细地阐述了开关电源的基本构成和基本组态。然后研究了ZVT-Boost软开关PFC电路的基本结构、基本工作原理及软开关实现原理，在此基础上确定了主电路结构，并制定了控制系统方案。 鉴于功率要求，本文采用两级PFC电路。因此对常见的DC-DC变换器的拓扑结构、原理特性进行分析。并针对各自的变换器建立了简化模型，基于所建立的模型分析了变换器的特性，列出各变换器的优缺点及在设计开关电源时的选用原则。最后，对所设计的系统进行了仿真分析。 本文根据用户的要求研究设计了一种大功率高性能开关电源。该开关电源分为前级和后级，前级为采用BOOST结构的单相有源功率因数校正电路，后级为采用移相控制软开关技术的全桥变换器。最后研制出了实验样机，并给出了实验样机的功率因数校正电路和移相全桥软开关变换电路的实验波形。
上传时间： 2013-04-24
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开关损耗及其带来的散热问题限制了变流器开关频率的提高，从而限制了变流器的小型化和轻量化。软开关技术能够有效的降低开关损耗，提高变流器的效率和开关频率，被广泛的应用在各种大功率开关电源场合。 本文首先对软开关技术进行了一个概述，介绍了软开关技术的工作原理及发展历史，特别提到了最新的控制型软开关技术。在第二章中，针对课题，着重讲述了全桥电路。作为对比，首先分析了全桥硬开关电路的工作原理和开关损耗。然后，分析了全桥软开关两种常见的实现方法：ZVS和ZVZCS，并针对几种常见拓扑，详细对比了它们的工作原理，软开关实现方法，软开关实现效果，软开关实现范围和总体效率，指出了它们的优缺点和各自适合的应用领域。在第三章中，首先介绍了全桥软开关的两种控制策略：移相全桥和有限双极性，从实现方法和对软开关效果的影响两个方面，做出比较。然后介绍了开关电源常见的三种控制方式：电压模式控制、峰值电流模式和平均电流模式控制，其中详细介绍了平均电流模式控制，给出了设计思想和步骤。最后，给出了全桥软开关电路的小信号模型，分析了软开关技术的引入对传统PWM硬开关全桥电路小信号模型的影响。第四章给出了5kW电力操作电源的具体设计步骤，如方案选择，磁设计、控制环路设计、副边整流电压尖峰吸收等关键步骤。第五章分析了实验波形和实验数据，验证了上述理论和设计的正确性。
上传时间： 2013-05-22
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开关电源以其效率高、功率密度高在电源领域中占主导地位。开关电源多数是通过整流器与电力网相接的，经典的整流器是由二极管或晶闸管组成的一个非线性电路，其输入电流波形呈脉冲状，交流网侧功率因数很低，在电网中会产生大量的电流谐波和无功功率而污染电网，成为电力公害。开关电源己成为电网最主要的谐波源之一。因此，进行网侧功率因数校正成为目前研究的热点之一。目前研究和应用得较多的高功率因数变换器要用两级：DC／DC开关变换器串联。这种电路的最大缺点是需要多个元器件、成本高、效率低，尤其在中小功率场合应用时很不经济。现在国内外正在开发研究单级功率因数校正电路，具有很高的功率因数且成本低。因而研究单级功率因数校正及变换技术对抑制谐波污染、开创绿色电源以及实现当今开关电源的小型轻量化具有重大意义。 近年来随着电子信息产业的高速发展，人们对开关电源的需求与日俱增，开关电源。PFC(Power Factor Correction)集成控制器己成为发展前景十分诱人的朝阳产业。随着开关电源的广泛应用，开关电源PFC集成控制器显示出了强大的生命力，它具有集成度高、性价比高、外围电路简单和性能指标优良等优点，现已成为开发各类电源及开关电源模块的优选集成电路。 本文首先阐述了电网污染的危害、功率因数的定义，总结了各种功率因数校正变换器的典型拓扑，对各种拓扑的特点、应用场合及控制方法作了比较分析，着重详细介绍了反激拓扑的功率因数校正变换器的应用及优缺点。最后采用功率因数校正芯片SA7527进行了一个小功率电源的功率因数校正的设计，用实验验证了该设计的可行性，结果显示功率因数能达到0.95左右，达到了较好的功率因数校正效果。
上传时间： 2013-06-30
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随着电力电子技术的发展，开关电源的小型化、高频化成为趋势，其中各个部分工作时的电磁干扰问题也越来越严重，因此开关电源的电磁兼容性也越来越引起人们的重视。目前，软开关技术因其能减少开关损耗和提高效率，在开关电源中应用越来越广泛。本文的主要目的是针对开关电源中的电磁干扰进行分析，研究软开关技术对电磁干扰的影响，并且提出一种抑制共模干扰的滤波方法。 本文首先介绍了电磁兼容的定义、开关电源EMI的特点，论述了开关电源中EMI的研究现状。从电磁干扰的三要素出发，介绍了开关电源中电磁干扰的干扰源和干扰的耦合通路。分析了电感、电容、高频变压器等器件的高频特性，并介绍了线性阻抗稳定系统(LISN)的定义和作用。在了解了软开关基本概念的基础上，本文以全桥变换器为对象，介绍了移相全桥ZVS的工作原理，分析了它在实现过程中对共模干扰的影响，并在考虑IGBT寄生电容的情况下，对其共模干扰通道进行了分析。然后以UC3875为核心，设计了移相全桥ZVS的控制电路和主电路，实现了软开关。为了对共模干扰进行抑制，本文提出了一种新型的有源和无源相结合的EMI滤波器，即无源部分采用匹配网络法，将阻抗失配的影响降到最低；有源部分采用前馈控制，对共模电流进行补偿。 针对以上提出的问题，本文通过Saber软件对移相全桥ZVS进行了仿真，并和硬开关条件下的传导干扰进行了比较，得出了在高频段，ZVS的共模干扰小于硬开关，在较低频段改善不大，甚至更加严重，而差模干扰有较大衰减的结论。通过对混合滤波器进行仿真，取得了良好的滤波效果，和传统的无源EMI滤波器相比，在体积和重量上都有一定优势。
上传时间： 2013-05-28
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电力电子系统的集成化是现今电力电子技术发展的趋势，系统的模块化和标准化技术是目前电力电子领域的重要研究方向。研究基于电力电子网络的变流系统，对复杂电力电子装置的系统级集成具有重要意义，是电力电子系统集成技术的基本组成部分。本文从变流系统的功率流和信息流双重分布性的角度出发。对电力电子系统网络（Power Electronics System Network，PES—Net）的模型和变流系统的通信需求进行分析，提出实时电力电子系统网络（Real—time power electronics system network，RT—PES—Net）；并对基于新网络的分布式控制及管理方案和模块化软件方案等内容进行系统的研究，提出基于栈操作的实时软件构建方案。本文的研究将为变流系统的控制结构和软件方案标准化提供参考和理论依据，为应用系统的集成提供解决方案。 复杂中大功率变流系统是网络化分布式控制系统的应用对象。首先，论文以复杂系统为研究对象，分析了应用系统的功率流和信息流在空间结构上的对偶关系和双重分布的特性；在电力电子集成模块（Power Electronics Building Blocks，PEBB）的基础上，研究了变流系统的网络化分布式控制方案，并得出系统组构的初步构想，总结出适合复杂电力电子系统集成的标准化理论。 接着，论文对电力电子网络模型进行了研究。分析了现有各类总线网络和目前用于电力电子应用系统的网络，从结构、速率和协议等各个方面将两类网络进行了系统的对比。明确了电力电子系统网络（PES—Net）的定义，分析并总结复杂电力电子实时系统所需网络必需具备的条件。根据现有网络技术背景，综合控制结构和网络需求，提出了电力电子系统网络（PES—Net）的模型。 为满足变流系统的实时控制，论文对分布式控制结构的通信需求进行了研究。以网络控制系统（Networked Control System，NCS）为背景，对变流器系统控制信息延时因素进行了分析；通过对典型电力电予系统的分析，归纳和总结了系统的控制功能和控制内容，对系统不同层次的控制任务进行了响应时间需求分析和网络的分层配置；通过对仿真结果的分析，研究了应用系统内模块控制信息延时对不同应用系统的性能影响和对开关频率的限制。根据变流系统对控制延时的接受程度，将电力电子复杂系统归为两大类：1）零延时系统；2）定延时系统。针对上述两类系统，论文给出了电力电子网络（PES—Net）的通道容量和应用系统开关周期的计算方法。 论文对开放式、分布式的电力电子系统网络（PES—Net）的硬件组成和同步方案进行了研究，提出新的实时网络和系统级集成方案。根据主节点和从节点的控制任务需求，分别从功能和系统结构的角度对开放式网络的硬件构成进行研究；根据控制系统的接口需求分析，对节点的通用性设计进行重点讨论。针对网络的同步问题，本文分析了简单有效的解决方法，即基于数据结构的同步补偿方案；此外，论文提出基于实时高速电力电子系统同络（RT-PES-Net）的同步方案，研究适合变流器实时控制的网络结构和相应的硬件配置。根据应用控制和通信系统所需的各种操作，论文对实时网络的管理进行了讨论，研究了信息帧管理和相应的硬件设置，并对各种工作模式下所需的通信时间进行了计算和比较。基于实时网络系统及其管理方案，论文给出了组构以PEBB为基础的变流系统的方案。 论文对基于RT-PES-Net的模块化软件方案进行了研究。首先，将控制软件与功率硬件进行解耦，使得软件设计与硬件部分分离。在分析电力电子软件特性的前提下，论文提出基于栈操作的模块化软件方案，增加子程序实时构件的内聚性；对软件模块化的通用性进行研究，分析模块接口参数和变量的申明和配置，并研究参数的定标，对构件进行分类；分析子程序实时构件在执行速度上的优点。论文对电力电子系统控制软件（Powerr Electronics System Control Software，PES-CS）的组构和集成进行研究，简化软件主框架。 最后，论文分别对RT-PES-Net和模块化软件方案进行了相应的实验研究和分析。论文对提出的实时电力电子系统网络（RT-PES-Net）进行了通信实验，将新网络拓扑对变流系统的延时影响与旧网络系统的延时影响进行比较，总结新网络系统在控制实时性、提高开关频率、网络可扩展性和管理灵活度等方面的优势。论文针对RT-PES-Net进行应用研究，验证该网络可解决网络通信失步所造成的问题。论文对基于通用型实时构件和栈操作的模块化软件方案进行实验验证，为标准化软件库的建立和系统级集成提供参考方案。 网络化的控制结构研究是复杂电力电子系统级集成研究的关键。本课题针对复杂变流系统提出了实时电力电子系统网络（RT-PES-Net），并以该网络为基础对分布式控制结构及相应的网络化管理方案和模块化软件方案展开一系列研究，为电力电子控制系统提供标准化、开放式的网络参考体系，并以此结构来快速构建终端复杂变流系统，为实现标准的应用系统组构提供参考方案，有助于解决电力电子标准化推广所面临的难题。论文为应用系统的即插即用和动态重构提供了研究基础，从而为最终实现复杂变流器的应用系统级集成提供系统化的理论和方法依据。同时，论文的研究开拓了电力电子系统集成和标准化研究的一个新方向。
上传时间： 2013-06-15
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低电压输入高电压输出的直流变换器被广泛地应用在太阳能光伏发电系统、风能发电系统、燃料电池系统、车载逆变器电源等电力电子装置中。随着电力电子技术的发展，对该类型的变换器也提出了更高的要求。 本文主要针对中小功率的升压变换器，对串联谐振软开关推挽电路进行了研究分析及实验。 文章首先对理想工作条件下的串联谐振软开关推挽电路进行理论、仿真分析，并通过实验验证了电路损耗小、效率高的特性。三种不同的控制方案：导通时间固定、关断时间变化的PFM调制方式，导通时间变化、关断时间固定的PFM调制方式，PWM调制方式，被分别应用到电路中。通过理论、仿真以及实验研究，比较分析了三种控制方案的优缺点，特别是对软开关特性、输出电压调节及适用范围等问题做了细致分析。文章还对应用在串联谐振软开关推挽电路中的变压器作了一定研究分析。根据变压器的机理，对该电路中特有变压器的高变比问题和漏感问题展开分析，并提出工艺和设计原理上的相应的解决方案。 为进一步实现能量的高效转换，提出了基于双变压器结构拓扑的串联谐振软开关推挽电路，并进行了有关理论分析、仿真和实验研究。同单变压器电路相比，该电路具有开关损耗小、变压器损耗小、效率更高的优点，实验结果充分验证了以上结论。
上传时间： 2013-04-24
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随着对电能应用高效率的要求，基于电力电子技术的非线性负载等开关设备的应用越来越普遍，这些开关设备造成的谐波成分对电网的污染也越来越严重。这些谐波会影响其它电气设备的正常工作，危及电网安全。电力有源滤波器由于能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，得到了广泛的研究。 本文是在课题组380V、260kVA纯有源电力滤波器项目方案的论证阶段，为提高大容量单台纯有源滤波器的效率和动、稳态性能而做的分析、设计和仿真验证工作。论文首先介绍了通过LCL滤波器与电网相连的并联电力有源滤波器的主电路结构，进而分析了这种主电路结构在大容量和低开关频率场合对开关纹波衰减的优势。通过比较PI控制和状态反馈控制，选取全状态反馈来达到对系统的稳定控制。 将电网处理为扰动输入，对LCL主电路在静止abc坐标系中进行了建模，然后选取系统闭环期望极点设计了控制系统。为消除电网这个外部输入对指令电流跟踪的影响，引入了电压前馈，并从理论上推导了前馈的具体关系式。之后引入了观测器，并把对电网输入的建模考虑进了观测器，消除了电网输入对状态估计和补偿输出造成的偏差。在电力有源滤波器实际安装时，电网进线和变压器的电感是不确定的，其会加在LCL的网侧电感上，从而使对系统基于状态空间的建模产生偏差，因此文章研究了所设计的控制器对LCL网侧电感变化的适应性。为保证电力有源滤波器的稳态指标，对状态反馈后的系统设计了重复控制器。 最后，基于设计的控制器在MATLAB/Simulink环境下建立了对1MW不控整流负载进行补偿的电力有源滤波器系统模型，进行了仿真；并对动静态性能进行了分析，验证了设计和理论分析的正确性。
上传时间： 2013-06-20
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随着电力电子技术的迅速发展，双向DC/DC变换器的应用日益广泛。尤其是软开关技术的出现，使双向DC/DC变换器不断朝着高效化、小型化、高频化和高性能化的方向发展，软开关技术的应用可以降低双向DC/DC变换器的开关损耗，提高变换器的工作效率，为变换器的高频化提供可能性，从而减小变换器的体积，提高变换器的动态性能。双向DC/DC变换器在直流不停电电源系统、航空电源系统、电动汽车等车载电源系统、直流功率放大器以及蓄电池储能等场合都得到了广泛的应用。 本论文首先在研究硬开关的缺陷上，提出软开关技术；然后在研究双向DC/DC变换器的基本工作原理的基础上，对双向DC/DC变换器的应用及软开关双向DC/DC变换器的几种拓扑结构进一步阐述；把软开关技术和双向DC/DC变换器技术有机地结合在一起，提出一种新型的双向DC/DC变换器的拓扑结构。该双向DC/DC变换器的降压变换电路采用移相控制ZVSPWMDC/DC变换器；升压变换电路采用Boost升压和推挽式升压两种变换器相结合的两级升压的新型变换器。 在分别对移相控制ZVSPWMDC/DC变换器和Boost推挽式DC/DC变换器的工作原理进行分析研究的基础上，使用PSpice9.2计算机仿真软件对变换器的主电路进行仿真和分析，验证该新型双向DC/DC变换器的拓扑结构设计的正确性和可行性。
上传时间： 2013-04-24
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电力电子装置的控制技术随着电力电子技术的发展而愈来愈复杂。开关电源是现代电力电子设备中不可或缺的组成部分，其质量的优劣以及体积的大小直接影响电子设备整体性能。高频化、小型化、数字化是开关电源的发展方向。 在应用数字技术进行控制系统设计时，数字控制器的性能决定了控制系统的整体性能。数字化电力电子设备中的控制部分多以MCU/DSP为核心，以软件实现离散域的运算及控制。在很多高频应用的场合，目前常用的控制器(高性能单片机或DSP)的速度往往不能完全满足要求。FPGA具有设计灵活、集成度高、速度快、设计周期短等优点，与单片机和DSP相比，FPGA具有更高的处理速度。同时FPGA应用在数字化电力电子设备中，还可以大大简化控制系统结构，并可实现多种高速算法，具有较高的性价比。 依据FPGA的这些突出优点，本文将FPGA应用于直流开关电源控制器设计中，以实现开关电源数字化和高频化的要求。主要研究工作如下： 介绍了基于FPGA的DC/DC数字控制器中A/D采样控制、数字PI算法的实现；重点描述了采用混合PWM方法实现高分辨率、高精度数字PWM的设计方案，并对各模块进行了仿真测试；用FPGA开发板进行了一部分系统的仿真和实际结果的检测，验证了文中的分析结论，证实了可编程逻辑器件在直流开关电源控制器设计中的应用优势。
上传时间： 2013-07-23
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文章开篇提出了开发背景。认为现在所广泛应用的开关电源都是基于传统的分立元件组成的。它的特点是频率范围窄、电力小、功能少、器件多、成本较高、精度低，对不同的客户要求来“量身定做”不同的产品，同时几乎没有通用性和可移植性。在电子技术飞速发展的今天，这种传统的模拟开关电源已经很难跟上时代的发展步伐。 随着DSP、ASIC等电子器件的小型化、高速化，开关电源的控制部分正在向数字化方向发展。由于数字化，使开关电源的控制部分的智能化、零件的共通化、电源的动作状态的远距离监测成为了可能，同时由于它的智能化、零件的共通化使得它能够灵活地应对不同客户的需求，这就降低了开发周期和成本。依靠现代数字化控制和数字信号处理新技术，数字化开关电源有着广阔的发展空间。 在数字化领域的今天，最后一个没有数字化的堡垒就是电源领域。近年来，数字电源的研究势头与日俱增，成果也越来越多。虽然目前中国制造的开关电源占了世界市场的80％以上，但都是传统的比较低端的模拟电源。高端市场上几乎没有我们份额。 本论文研究的主要内容是在传统开关电源模拟调节器的基础上，提出了一种新的数字化调节器方案，即基于DSP和FPGA的数字化PID调节器。论文对系统方案和电路进行了较为具体的设计，并通过测试取得了预期结果。测试证明该方案能够适合本行业时代发展的步伐，使系统电路更简单，精度更高，通用性更强。同时该方案也可用于相关领域。 本文首先分析了国内外开关电源发展的现状，以及研究数字化开关电源的意义。然后提出了数字化开关电源的总体设计框图和实现方案，并与传统的开关电源做了较为详细的比较。本论文的设计方案是采用DSP技术和FPGA技术来做数字化PID调节，通过数字化PID算法产生PWM波来控制斩波器，控制主回路。从而取代传统的模拟PID调节器，使电路更简单，精度更高，通用性更强。传统的模拟开关电源是将电流电压反馈信号做PID调节后--分立元器件构成，采用专用脉宽调制芯片实现PWM控制。电流反馈信号来自主回路的电流取样，电压反馈信号来自主回路的电压采样。再将这两个信号分别送至电流调节器和电压调节器的反相输入端，用来实现闭环控制。同时用来保证系统的稳定性及实现系统的过流过压保护、电流和电压值的显示。电压、电流的给定信号则由单片机或电位器提供。再次，文章对各个模块从理论和实际的上都做了仔细的分析和设计，并给出了具体的电路图，同时写出了软件流程图以及设计中应该注意的地方。整个系统由DSP板和ADC板组成。DSP板完成PWM生成、PID运算、环境开关量检测、环境开关量生成以及本地控制。ADC板主要完成前馈电压信号采集、负载电压信号采集、负载电流信号采集、以及对信号的一阶数字低通滤波。由于整个系统是闭环控制系统，要求采样速率相当高。本系统采用FPGA来控制ADC，这样就避免了高速采样占用系统资源的问题，减轻了DSP的负担。DSP可以将读到的ADC信号做PID调节，从而产生PWM波来控制逆变桥的开关速率，从而达到闭环控制的目的。 最后，对数字化开关电源和模拟开关电源做了对比测试，得出了预期结论。同时也提出了一些需要改进的地方，认为该方案在其他相关行业中可以广泛地应用。模拟控制电路因为使用许多零件而需要很大空间，这些零件的参数值还会随着使用时间、温度和其它环境条件的改变而变动并对系统稳定性和响应能力造成负面影响。数字电源则刚好相反，同时数字控制还能让硬件频繁重复使用、加快上市时间以及减少开发成本与风险。在当前对产品要求体积小、智能化、共通化、精度高和稳定度好等前提条件下，数字化开关电源有着广阔的发展空间。本系统来基本上达到了设计要求。能够满足较高精度的设计要求。但对于高精度数字化电源，系统还有值得改进的地方，比如改进主控器，提高参考电压的精度，提高采样器件的精度等，都可以提高系统的精度。 本系统涉及电子、通信和测控等技术领域，将数字PID算法与电力电子技术、通信技术等有机地结合了起来。本系统的设计方案不仅可以用在电源控制器上，只要是相关的领域都可以采用。
上传时间： 2013-06-29
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