凡木文[1]2003年在《新型无污染大功率开关电源》文中认为高频开关电源技术带来的“20KHz电源技术革命”，不仅在直流稳压电源领域占据了主导地位，在许多工业电源领域如电焊机、高频感应加热、航空电源、激光电源等领域，也得到了广泛的应用和迅速的发展。开关电源的大量应用，特别是大功率开关电源的应用，给电网带来了电磁污染的问题，制造了大量的高次谐波和电磁干扰(EMI)。其原因一是由于硬开关的PWM调节方式，电子开关速度很快(ns数量级)在高电压下导通，大电流下关断，导致很高的du／dt和di／dt，产生很强的尖峰脉冲，对周围环境造成电磁干扰。原因之二是开关电源的输入端采用二极管整流，后接较大的滤波电容，导致输入电流为一很窄的脉冲波，含有丰富的谐波分量。据报道，单相谐波总畸变率(THD)可达100％以上，严重超过5％的国家标准和国际标准，如IEC 1000-10-3-2、IEEE 519、IEC 555-2、IEC 6100-3-2等。为此，许多功率因数校正变换器作为解决这一问题的最佳方法被研制出来了。 消除开关电源对环境的电磁污染，一是要采用软开关的PWM调节方式，二是在输入端增加功率因数校正器，这是目前一般采用的办法。其主要缺点是由于增加了一级校正器，因而控制复杂、成本高、效率低。为此，出现了所谓单级功率因数校正和变换装置，采用一级变换器同时完成功率因数校正和输出电压的调节。目前，这仅在输入电源为单相的变换器中实现，而且不是软开关，仍存在EMI；对于污染问题更严重的输入电源为叁相叁线的较大功率的变换器，则未见报道，同时，叁相大功率的电磁污染治理问题也成为国际研究的热点之一。 本文提出的新型无污染大功率开关电源正是采用叁相叁线制输入电源，利用单级伪相移零电压零电流开关脉宽调制(PPS-ZVZCS-PWM)全桥变换器完，成功率因数校正(PFC)和输出电压快速调节、隔离的双重功能，并且该变换器开关管在零电压或零电流下通断，显着的减小了EMI。该新型开关电源具有结构简单、易于控制、成本较低等优点，特别适合输出功率为几十千瓦并且要求输入输出隔离的直流电源系统工业。 本文详细分析了新型变换器的工作过程，推导了重要公式，并对主要参数进行了讨论。最后，对该新型无污染大功率开关电源进行了具体仿真和实验，验证了其可行性和有效性。
凡木文, 黄念慈, 窦国珍[2]2002年在《新型无污染大功率开关电源》文中认为提出了一种新型的高功率因数的叁相大功率变换器主电路拓扑方案 ,该电路利用单级PS -ZVZCS -PWM逆变桥完成功率因数校正 (PFC)和输出电压调节双重功能 ;分析了该电路的基本工作原理、关键参数的设计计算 ,仿真结果表明这种新型的单级大功率开关电源功率因数可达到 0 .995。
杨钰辉[3]2006年在《基于PSM技术的高压开关电源研究》文中研究表明随着功率半导体技术的发展和电力电子技术的进步,电力电子技术开始广泛应用于高压电源领域。应用电力电子技术的高压开关电源,工作频率大大的提高,可以显着的减小高压电源的重量和体积,提高电源的效率,同时还具有控制精度高、稳定度高、纹波低等优点,是今后高压电源发展的趋势。 脉冲阶梯调制(PSM)技术是将阶梯调制(SM)技术和脉宽调制(PWM)技术相结合,是高电压、大功率电源系统中一种重要的调制技术。基于脉冲阶梯调制(PSM)技术的高压开关电源具有电路拓扑简单,较易获得高输出电压、大输出功率,输出电压连续可调,系统可靠性高,效率高等众多优点。目前,脉冲阶梯调制(PSM)技术主要应用于高压直流电源系统中,其输出电压可以达到几十千伏至几百千伏,功率输出可以达到几百甚至上千千瓦。 基于脉冲阶梯调制(PSM)技术的高压开关电源由一系列开关模块单元串联组成,文中对其电路拓扑和工作原理进行了详细的介绍和分析,说明其输出电压波形为阶梯波和PWM波的迭加,在相同的参数下,此电路拓扑需要较小的输出滤波电感,对提高系统的动态性能具有重要意义。文中基于MATLAB/SIMULINK的仿真环境,对系统的控制方法进行了仿真研究,分析了系统在不同调制器形式下的动态特性。文章最后,采用四组开关模块单元串联,通过实验对脉冲阶梯调制(PSM)技术的基本原理进行了实验验证。
黄念慈, 凡木文, 张代润, 赵莉华, 窦国珍[4]2002年在《没有电磁污染的大功率开关电源》文中进行了进一步梳理提出了一种新型的没有电磁污染的叁相大功率开关电源主电路拓扑方案,该电路利用单级移相零电压零电流开关脉宽调制(PS-ZVZCS-PWM)逆变桥完成功率因数校正(PFC)和输出电压调节、隔离的双重功能;分析了该电路的基本工作原理、关键参数的设计计算,并且以输出功率为36V/400A的直流开关电源作了仿真试验,仿真结果表明这种新型的单级大功率开关电源功率因数可达到0.995以上,并且开关管在零电压零电流下通断,显着的减小了EMI。
刘志强[5]2013年在《适用于载人航天器的低压大功率电源系统的设计》文中指出载人航天是航天技术领域最引人关注的项目，载人航天器具有各类航天器中最复杂的控制技术，对航天器的可靠性、安全性要求也最为苛刻。其技术水平的高低标志着一个国家科技综合实力的高低。目前我国已经成功将宇航员送入太空，初步掌握了太空行走和交会对接技术。下一步，我国将研制功能更为复杂的新一代载人航天器，而随着航天器功能越来越复杂，所要求的电源负载功率也越来越大，目前国内载人航天器的电源系统已经无法满足新任务的功率需求。在此背景之下，本文提出一种适用于载人航天器的新型低压大功率电源系统的设计方案，并对其关键技术进行研究，为载人航天后续任务提供电源系统的大功率需求的保障。航天器的电源系统主功率供电回路输出的额定电压一般称之为电源系统的母线电压，该母线电压的大小取决于负载的要求以及航天器的需求[1,2,3]。设计大功率的航天电源系统，目前常用的一种思路为提高电源系统的母线电压。目前国际上很多国家都在对高压航天电源系统进行研究[4,5,6,7]，国内高压母线电源系统研究也已经起步，并且已经取得了一些成功的经验，但技术尚不成熟。而随着航天器母线电压的提升，很多负面影响难以避免，高压电源系统的可靠性还有待提高。从安全性角度考虑，载人飞行器也不适合使用过高的母线电压，以危及宇航员安全。另外，从国家航天科技战略角度考虑，大功率航天器电源系统，高低压体制各有优势和劣势，我们在研究高压母线电源系统的同时，也必须掌握低压大功率电源系统的关键技术。综合以上因素，本文设计的适用于载人航天器的低压大功率电源系统，将采用相关技术、基础器件以及设备相对成熟[2,3]，且在人体正常安全承受范围内的28V低压母线系统。本文为提高系统整体可靠性和降低电源系统单机组充放电功率压力，首次创新性地采用了叁机组系统设计方案，在储能电池选择上，首次采用了性能优势明显，但控制相对复杂的锂离子蓄电池作为储能电池。为此，本文对采用叁机组方案所面临的机组间放电均衡设计、故障重构策略，以及采用锂离子电池的充放电控制技术进行了重点研究。并从系统控制拓扑选型，太阳电池阵设计、功率调节单元设计等方面对电源系统进行了整体设计。其后对系统重点控制技术和电路进行了电路仿真，并且进行了系统能量平衡分析，理论上验证了系统方案的可行性。最后根据电源系统方案，完成了地面工程样机系统的研制，并对样机系统进行了功能、性能测试，地面测试数据满足设计要求，同时在此基础上提出了后续完善建议。本文从实际工程应用出发，结合目前国内外成熟设计方案，对载人航天器叁机组低压大功率电源系统进行了整体方案设计，解决了载人航天后续任务大负载的功率需求。方案中采用了目前最先进的锂离子蓄电池，并且设计、验证了其充放电控制技术。在叁机组电源系统研制过程中所采用的多机组均流并网控制技术，多机组的故障重构技术等均为国内航天器电源系统首次应用，为后续航天型号任务更大功率，更复杂的多机组电源并网控制、在轨能量管理的研制做出了技术贡献。
黄念慈, 凡木文, 张代润, 赵莉华, 窦国珍[6]2003年在《没有电磁污染的大功率开关电源》文中进行了进一步梳理提出了一种新型的没有电磁污染的叁相大功率开关电源主电路拓扑方案,该电路利用单级移相零电压零电流开关脉宽调制(PS-ZVZCS-PWM)逆变桥完成功率因数校正(PFC)和输出电压调节、隔离的双重功能;分析了该电路的基本工作原理、关键参数的设计计算,并且以输出功率为36V/400A的直流开关电源作了仿真试验,仿其结果表明这种新型的单级大功率开关电源功率因数可达到0.995以上,并且开关管在零电压零电流下通断,显着的减小了EMI。
王晗[7]2009年在《大功率单相数字APFC的研究与实现》文中认为在单相电网中，随着电力电子技术的快速发展，越来越多的电力电子设备在电网中投入使用，特别是采用整流桥和电解电容作为前级电路的开关电源电路和交直交变频电路的广泛使用，对电网造成了严重的谐波电流污染。有源功率因数校正（APFC）技术作为解决谐波电流污染的重要技术，得到了广泛的研究和发展。本文主要进行了以下几个方面的研究：对单相APFC的发展情况、研究现状、两个主要谐波标准（IEC61000-3-2和IEC61000-3-12）、拓扑结构、工作原理、控制策略等方面进行了详细的研究、分析和总结，把APFC电路的大功率化和数字化作为本文的主要研究目标；对模拟APFC电路进行了大功率化研究，基于模拟PFC专用控制芯片L4981B设计了一款大功率APFC电路，分析了L4981B的内部结构和工作原理，进行了外围器件参数的设计选型，特别是功率电感、功率开关管以及滤波电容的设计，重点研究了L4981B的开关频率调制的特点，并进行了基于L4981B控制原理的SIMULINK仿真分析，最后对电路进行了大功率试验研究，丰富深化了单相APFC的研究功率等级；分析了无桥功率因数校正（BLPFC）拓扑的工作原理和部分PFC的各种控制策略，结合这两者设计了一款无桥部分APFC电路，采用FPAB50PH60智能功率模块作为电路的主功率器件，单片机ST7MC1K2作为电路的核心控制器，对电感和输出滤波电容等参数进行了设计选型，并进行了仿真分析，总结了BLPFC电路的本质特点，最后进行了大功率试验研究；研究了有桥APFC电路的数字化实现，进行了硬件电路的设计和相关外围器件参数的选型。采用数字信号处理器TMS320LF2808作为核心控制器，具体实现了乘法器这种PFC控制策略的算法，其中包括电流环、电压环的算法的研究和实现，以及数字PI调节器和数字滤波等各种算法的实现。最后进行了数字APFC电路的大功率试验研究，效果良好，达到了设计的目的。
朱君鸿[8]2014年在《大功率高频开关电源同步整流器研究与设计》文中研究表明电源是各种电力、电子等设备必不可少的电力源泉。开关电源具有效率高、功耗低、体积小、质量轻等显着优点,电源效率可达到80%以上,远远高于线性电源的转换效率。开关电源有着广泛的发展前景,是电源设计制作的发展方向,也是当今大功率电源研究的主流方向。其应用行业广泛,既包括工业设备领域的电镀、励磁等行业,也包括民用领域的通信、计算机、家用电器、交通设施等。这类领域对电源输出的需求有一个共同的特点：大功率、大电流。然而,由于电流较大的特性,设备损耗问题则显得尤为严重,这意味着提高效率是此类整流器的重点与难点。基于以上需求,本文首先介绍了大功率的开关电源的发展概况及其拓扑结构,详细分析了带有变压器隔离的开关电源中DC-DC变换部分的拓扑结构种类,在此基础上选择了最合适的大功率开关电源拓扑。研究了在开关电源的变压器次级整流中引入的同步整流技术,并结合移相全桥软开关技术(PS-ZVS)分析了所选择的的大功率开关电源同步整流器的电路运行原理及方式。结合大功率开关电源设计的特点以及对电路的分析,对该电源的主要部分进行了参数的计算,并依此为根据对电路各个功率开关管元器件进行了选择,给出了主电路隔离变压器的参数选择及其原副边电压电流大小的计算方法以及高压直流侧、输出侧储能滤波电容与电感的计算方式。同时,本文研究了基于同步整流技术的开关电源的控制方式,提出了一种新的控制架构的控制平台,采用相移式PWM软开关控制芯片UC3879和复杂可编程逻辑器件FPGA协同控制的方式,设计了以UC3879为主控芯片的核心控制板。研究了电路中功率开关管的驱动电路,选择了专用驱动控制芯片并设计了功率器件的专用驱动电路板。采用verilog HDL硬件语言编写了FPGA的控制程序,成功实现了次级同步整流信号控制、PI调节器以及其他各种信号的综合与控制。最后,本文设计了一台高效率的大功率移相全桥零电压开关同步整流器样机作为实验系统,通过在该样机中进行实际实验测试,给出了实验波形,证明了该设计的具有功率大、效率高等特点。
赵嘉敏[9]2016年在《磁共振耦合无线电能传输系统前级大功率电源设计》文中研究表明无线电能传输是一种安全、高效的新型电能传输技术。利用磁共振耦合实现电能的无线传输,在交通、航空航天、水下、医疗等非接触供电领域具有极大的应用前景。本文对磁共振耦合无线电能传输系统的原理、研究现状和目前存在的研究难点进行了介绍,重点研究了磁共振耦合无线电能传输系统中的前级大功率电源。通过对全桥逆变电路、移相全桥逆变电路、串联谐振逆变电路、双桥移相串联谐振逆变电路等主要的大功率逆变拓扑和典型的电源输出功率调节方式的优缺点及适用场合比较分析,确定了以串联谐振逆变电路作为主逆变回路和基于FPGA的PFM控制的大功率前级电源的系统方案。本文重点研究了基于FPGA的双路180°移相PFM调制脉冲的形成和电源系统的过压、过流、过热等快速保护功能的设计,采用Verilog HDL语言编程实现实现,经过modelsim仿真和电路制板验证,结果表明采用FPGA后大大提高了系统的集成度和反映速度,减小了体积,提高了系统的抗干扰能力。经过理论分析和参数设计,完成了一台实验样机的设计和研制,电源系统最高输出电压1000V,最大额定功率5kW,输出电压可以步进调整。结果表明,本电源满足磁共振耦合无线电能传输系统前级大功率电源的要求,达到了设计目的。
黄念慈, 凡木文, 张代润, 赵莉华, 窦国珍[10]2002年在《没有电磁污染的大功率开关电源》文中研究表明提出了一种新型的没有电磁污染的叁相大功率开关电源主电路拓扑方案,该电路利用单级移相零电压零电流开关脉宽调制(PS-ZVZCS-PWM)逆变桥完成功率因数校正(PFC)和输出电压调节、隔离的双重功能:分析了该电路的基本工作原理、关键参数的设计计算,并且以输出功率为36V/400A的直流开关电源作了仿真试验,仿真结果表明这种新型的单级大功率开关电源功率因数可达到0.995以上,并且开关管在零电压零电流下通断,显着的减小了EMI。
参考文献：
[1]. 新型无污染大功率开关电源[D]. 凡木文. 四川大学. 2003
[2]. 新型无污染大功率开关电源[J]. 凡木文, 黄念慈, 窦国珍. 四川大学学报(工程科学版). 2002
[3]. 基于PSM技术的高压开关电源研究[D]. 杨钰辉. 合肥工业大学. 2006
[4]. 没有电磁污染的大功率开关电源[C]. 黄念慈, 凡木文, 张代润, 赵莉华, 窦国珍. 中国电工技术学会电力电子学会第八届学术年会论文集. 2002
[5]. 适用于载人航天器的低压大功率电源系统的设计[D]. 刘志强. 上海交通大学. 2013
[6]. 没有电磁污染的大功率开关电源[C]. 黄念慈, 凡木文, 张代润, 赵莉华, 窦国珍. 四川省电工技术学会第七届学术年会论文集. 2003
[7]. 大功率单相数字APFC的研究与实现[D]. 王晗. 上海交通大学. 2009
[8]. 大功率高频开关电源同步整流器研究与设计[D]. 朱君鸿. 广东工业大学. 2014
[9]. 磁共振耦合无线电能传输系统前级大功率电源设计[D]. 赵嘉敏. 南京信息工程大学. 2016
[10]. 没有电磁污染的大功率开关电源[C]. 黄念慈, 凡木文, 张代润, 赵莉华, 窦国珍. 展望新世纪——’02学术年会论文集. 2002
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