张安冉[1]2013年在《用于静电除尘中的高频高压开关电源设计与研制》文中指出静电除尘行业中采用的传统工频可控硅整流电源不仅体积大、耗材严重而且除尘效率较低,针对传统供电电源中的诸多缺点,本文提出了一种新型的基于数字处理芯片的高频开关电源设计方案。新型高频电源不仅体积大大减小而且除尘效率也大幅度提高,符合除尘行业的发展方向和需求。首先,本文对静电除尘的工作原理、不同种类的供电电源和电场特性作出简要的介绍。通过了解实际工况所需要的电压、电流确定了我们设计的高频开关电源的最大输出功率与逆变频率并且设计出基本的拓扑结构。其次,本文介绍了新型高频电源供电系统的硬件和软件两个方面的设计思路和设计方案。随着电力电子开关器件的不断发展和革新,本文采用了先进的电力电子全控型开关器件IGBT作为功率电路的设计核心,并采用串联谐振技术实现IGBT软开关使整个电源系统满足设计要求。本文介绍的电源控制系统以TMS320F28335为核心,主要实现系统安全监控和信号处理控制两个方面,能够保证系统的稳定性和迅速性。最后,本文通过一系列的实验得出电源系统符合设计要求的结论,并提出了设计中有待改进的地方和发展方向。
薛维灵[2]2015年在《用于铝型材阳极氧化高频开关电源研制》文中提出随着绿色能源和环保理念的普及,越来越多的人开始意识到节约能源的重要性。同时伴随着电力电子技术的不断进步,技术实现手段的日益完善,新型的大功率高频开关电源代替传统的可控硅整流器电源也逐渐成为一个新的发展趋势。在铝型材阳极氧化行业,现多使用可控硅整流电源作为氧化电源。这种可控硅整流氧化电源由于大容量工频变压器的使用,同时在实际使用中还需要配合专用的滤波柜,使得设备体积庞大,安装空间大而且整机效率低下。本文针对铝型材阳极氧化电源低电压、大电流和大功率密度的特点,有针对性的设计了一种新型的频率为20KHZ的移相全桥软开关氧化电源。在设计过程中比较了多种软开关电路拓扑结构后选择了移相全桥型拓扑结构,并详细分析了该拓扑结构下零电压的实现过程,并分析了滞后臂功率开关管零电压难以实现的原因。在控制电路选择方面结合了电压型控制和峰值电流模式控制的优点,并以移相控制专用PWM芯片UC3879为基础,设计了内环峰值电流外环平均电压的双环控制系统。在高频变压器的设计方面,选择了采用环形磁芯制作而成的散热效果良好的开放式变压器。最终,为了检验理论分析和参数选取的正确性,通过不断的改进和参数调整,试制了单模块容量为44KW,总容量为220KW的样机一台。通过对样机的实际数据测量,样机软开关波形良好。五台单机并联运行时,各单机模块间的均流效果良好,并且能够满足铝型材阳极氧化工艺对于恒压、恒流的控制要求。在实际应用环境中的测试数据表明,新型高频软开关电源节能效果明显,较传统可控硅整流器氧化电源可节能15%左右,有效降低了铝型材阳极氧化工艺的用电量,为企业节省了生产成本。新型高频软开关氧化电源的整机效率在90%左右,输出电压波形稳定,完全满足设计要求。
程旭[3]2010年在《新型矿用直流开关电源系统研究》文中研究说明随着电子设备在煤矿中的不断发展和应用,煤矿井下的电源由最初的线性电源发展到恒压式开关电源,其质量的好坏直接影响着电子设备的可靠性。开关电源在煤矿行业中扮演着越来越重要的角色,如何能够使开关电源在井下更高效的工作,延长其寿命,可靠性的提高等因素成为电源领域关注的热点。开关稳压电源的调整工作在开关状态,主要的优越性就是变换效率高,可达70%~95%。经过了解国内外开关电源的发展现状和发展趋势,结合实际应用环境的要求,确保电源在井下使用的安全,提高电源的效率和使用寿命成为设计开关电源必须考虑的因素。提出了一种以恒定电流驱动白光LED的矿用直流开关电源,给矿井下的直流电机车和矿灯供电。在本论文中,介绍了基于恒流源式的开关电源设计的原理,特别是以白光LED取代以前用的汽车前大灯作为煤矿井下的照明灯具的应用。并具体介绍了开关电源的整体结构,接下来阐述电流控制模式开关电源的工作原理及其优越性。根据具体使用要求进行了电路的总体结构及应用电路设计,采用典型的电流模式PWM控制器的结构,将整体电路划分为六个部分,分别是输入整流部分、逆变部分、过流保护部分、控制电路部分、恒流部分、输出整流部分。接着在此基础上完成了各个子电路的电路的设计及相关重要参数的分析、计算。本文的创新点在于,将目前煤矿井下使用的线性电源改造为数字开关电源,其体积变小,稳定性和工作效率得到了提高;其次,在设计开关电源的过程中引入了数字化的保护电路;同时改造了光源系统。通过实验知:降低了功耗,提高了发光效率。由于本开关电源系统应用在环境恶劣的煤矿井下,因此在硬件电路设计时,分析了电磁兼容问题,从硬件设计上保证了系统工作稳定性,可靠性较以前得到进一步的提高。在硬件电路搭建之前,对其进行了理论分析、部分电路的仿真和电路实验,优化了电路主要参数。实验表明在相同的光照强度下,输出功率得到了提高。由于白光LED灯正常工作时需要恒定的电流,而基于恒压式的电源不能提供稳定的工作电流,所以灯光闪烁,不能正常工作。恒流式逆变电源克服了这一缺点。
王延安[4]2010年在《大功率高频高压ESP电源及其监控系统的研究》文中提出节能、增效、减排已成为时代发展的主题。在控制烟气颗粒污染物排放方面,静电除尘器依其独特的优势被广泛应用。目前我国火力发电厂的静电除尘电源几乎100%采用工频电源供电。相比高频静电除尘电源,它存在除尘效率低(需要四级电场依次除尘),能耗大(静电除尘电源用电量,占火电厂厂用电量的5%左右)等缺点。而高频静电除尘电源可以提供几乎平直的电晕电压和快速响应时间。据试验,当采用高频静电除尘电源时,只要采用一级电场进行除尘,即能满足当前烟气颗粒污染物排放标准的要求。而且高频静电除尘电源相比工频静电除尘电源节能20%。因此高频静电除尘电源具有广泛的应用前景,并且受到研究人员的普遍关注。本文围绕研制高效节能的高频静电除尘电源系统展开工作。一个完整的高频静电除尘电源系统包括大功率(60kW)高频(20kHz)高压(52kV)变压器、大功率逆变器、静电除尘控制器和后台监控系统。大功率高频高压变压器不同于常规低压开关电源变压器、高压脉冲变压器和工频高压变压器。首先,分析了高频变压器的特点,建立了高频变压器的等效电路,针对电力电子电路的不同侧重点,得出高频高压变压器等效电路的分类方法,即时间响应特性等效电路和能量传输特性等效电路。给出了高频高压变压器铁芯材料的选择依据,并选定超微晶(纳米晶)磁性材料作为本变压器的铁芯材料。其次,针对磁性材料生产厂家给出的产品参数都是在正弦励磁和特定形状样品条件下测量所得数据的现状,搭建了试验平台,进行了在方波电压励磁和预采用铁芯形状样品条件下的超微晶磁芯特性试验,得出超微晶(纳米晶)铁芯特性除受生产环境因素影响很大外,还与励磁电压波形和铁芯形状尺寸有关。再次,针对大功率高频高压变压器的特点,提出一种基于变压器绝缘结构的大功率高频高压变压器的优化设计方法。该方法对高频特性(集肤效应和邻近效应)、高压特性(绝缘结构)、铁芯形状和尺寸、散热特性和最优效率等进行了综合优化。最后,研制了本电源系统所采用的静电除尘电源变压器,基本数据为:输入电压510 V,输出电压为52 kV,输出功率为60 kW,工作频率20 kHz,效率96%,铁芯材料为超微晶铁芯。一般情况下提高变压器的工作频率可以增加变压器的功率密度。但在生产实践中发现常规结构大功率高频高压变压器的体积没有按预计比例缩小。通过分析导致常规高频高压变压器功率密度不高的因素,提出一类新型变压器:基于平面铁芯和串级变压器技术的变压器。该类变压器有效解决了“高频促使变压器体积减小”和“高压导致变压器体积增大”之间的矛盾。依据所提出的新型变压器原理,首先设计了基于平面铁芯和绕线绕组的变压器,该变压器改进了变压器内导体的电位分布,提高了变压器的功率密度。其次,设计了基于平面铁芯和ML-PCB(多层印制电路板)绕组的变压器,该变压器使绕组布线更加灵活、精准,提高了变压器批量生产时其分布参数的一致性。最后,给出此类变压器的多种结构拓扑及其变化规律。由于时间原因此类变压器只进行了模型研制和试验。常规结构的大功率高频高压变压器由于其匝比很大(>100)而存在严重的分布参数问题。通过计算和实验验证,发现该变压器入口特性为容性。基于此发现,提出在变压器原边串联一个较小电感来补偿变压器分布电容的处理方法,并研制了相应的DC-AC-DC变换器。首先,分析了该变换器的工作原理,并给出了设计要点。其次,通过分析静电除尘负载的运行规律,得出静电除尘器的工作特性曲线族和不同运行区,给出不同工作区的判据。根据判据并以振打周期为控制间隔,提出基于数据检索的自学习控制策略。以DSP控制芯片为核心研制了静电除尘控制器的软硬件部分。再次,针对大功率高频高压等工况特点,提出了组合电容均压方法和增强耐压特性的PCB板结构,优化设计了硅离子的空间布置,设计了高压高频整流桥。最后,根据静电除尘负载的特性,搭建了模拟负载。通过运行试验证实该变换器不但补偿并利用了变压器固有的分布电容,而且具有软开关特性、良好的全功率输出能力、静电除尘火花闪络限流能力和脉冲供电特性,这些特性表明基于变压器分布电容补偿方法的变换器特别适合于静电除尘电源应用且性能优良。静电除尘电源的工作机制是大功率高压功率流的高频切换,输出电压是50kV,采样和调理信号是3~5V,并且伴随工作过程电火花和电弧现象频繁发生,因此静电除尘电源的电磁干扰严重。针对此情况,从干扰源、传播路径和被干扰体叁者为切入点进行了电磁兼容性方面的设计,实验表明有效的抑制了相互之间的电磁干扰。在静电除尘电源监控系统中,通信协议采用国际标准变电站通信协议IEC 60870-5-103,提出了基于EFSM(扩展有限状态机)的变电站通信协议一致性模型的描述方法。基于EFSM的一致性测试模型设计开发了本系统的通信模块,保证了通信协议的一致性。为将来接入厂站总监控后台提供了物理接口。本系统已经累计运行300多个小时,连续重负荷运行24小时以上,输出电压、电流和功率分别为51kV、1200mA和61.2kW,IGBT和电感温度都低于63℃,变压器最高温度为79℃,满足设计目标。成功实现产品化,首批完成四台电源通过客户验收。
李腾飞[5]2005年在《基于DSP的高压直流开关电源的研制》文中认为传统的高压直流电源通常是用220V工频交流电经变压器升压、整流滤波而获得的,使得电源的体积和重量很大,并且纹波较大,稳定性不高,效率低。本文将开关电源技术应用于高压电源中,做成高频高压电源,大大减少电源的体积和重量,提高了电源的稳定性和效率。在实现高频化的主要逆变电路中,通过研究开关电源的PWM技术和软开关技术,提出了LCC混合谐振式移相控制ZVS PWM DC/DC变换器作为电源的主变换电路,利用高频变压器漏感来实现软开关,详细分析了这类电路的工作原理和实现ZVS的策略,给出了具体设计参数和仿真、实验波形。在主电路中增加一个BUCK变换器用来选择和调整整个电源的输出电压。高频升压变压器的设计巧妙地利用两级串联的方式解决了高低压绝缘的问题。倍加器采用双向倍压的方式,减小了倍压级数,提高了电源的稳定度。整个电源系统以DSP为控制核心,用单个TMS320LF2407 DSP芯片来集中实现移相全桥逆变技术、电源输出调压和过压过流保护等功能。控制算法通过软件编程实现使得系统升级方便,也便于用户根据各自的需要灵活地选择不同的控制功能。驱动电路采用 IR2110/2125系列MOSFET专用驱动器,用于对全桥逆变器和BUCK变换器中开关管的驱动,辅助电路采用TopSwitch单片开关电源,产生稳定的+3. 3V、±5V、+15V直流电压用于DSP和驱动器的辅助电源,通过一系列的抗干扰措施,保证了整个电源系统运行可靠。最后通过有限元分析软件Maxwell仿真了球体的静电场模型,给出了球体周围标准静电场的理论数值。本电源功率100W,开关频率为20kHz,高压直流电源输出电压25kV、50kV、75kV、100kV定点可调,纹波系数不大于0. 5%,整个电源效率在80%以上。
彭晓珊[6]2004年在《大容量高频开关电源的研制》文中研究表明本文首先介绍了本次研制的高频开关电源的现实意义和需要达到的铁标要求，并介绍了主电路和控制电路的设计。在整个开关电源的研制过程中，采用了理论分析、仿真计算和实际硬件实验相结合的研究方法。 本文阐明了高频开关电源的基本原理，介绍了四种带变压隔离器的电路拓扑结构，并分析它们的优缺点，对全桥变换电路的运行模式和工作原理进行了分析，确定了电源的初步方案，即采用全桥式电路拓扑结构；然后使用仿真软件对开关电源主电路的运行情况进行了仿真测试，并根据相应的要求设计了控制电路。在此基础上，研制了一台样机，并对样机进行了不断的改进和完善。 本文对开关电源的工程最优设计做了一定的探讨，从可行设计的不足到最优设计的定义，数学原理以及具体实现上都做了详细的说明。论文根据对开关电源工作机理的分析，通过用Simulink工具仿真出各组不同的开关电源电路设计参数对电路性能的影响，并采用BP神经网络建立了开关电源电路设计参数与相对应的电路性能之间的非线性关系，使用遗传算法对开关电源可行电路设计参数进行了寻优，并在计算机上采用MATLAB软件做了初步的实现，通过MATLAB的遗传算法工具箱计算出了多组优化设计参数。最后通过Simulink仿真对比了最优设计和可行设计，最优设计的仿真结果要优于可行设计的仿真结果。 论文在最后部分简要的介绍了铁标上规定的电磁兼容性试验的试验内容和开关电源的电磁兼容性设计。
孙运宾[7]2013年在《低压大电流电解电镀高频开关电源的研究》文中进行了进一步梳理本文针对合肥某铜材有限公司的传统整流电源技术改造项目，研究了一种适用于低压配电网中的低压大电流高效节能型电解电镀高频开关电源，将PWM整流技术运用到开关电源中，大大降低了高频开关电源网侧电流的谐波含量，并提高了装置运行的功率因数，实现了能量的高效利用，节约了成本。本文主要从以下几个方面进行了研究：（1）首先分析了传统大功率整流电源的拓扑结构和工作原理，传统大功率整流电源一般采用两级式结构，即前级整流电路和后级DC/DC变换器电路。本文从网侧电流畸变率和功率因数方面的对比分析总结了传统整流电源存在的主要问题。提出新型整流电源的拓扑结构，即前级采用PWM整流器后级采用全桥DC/DC变换器的高频开关电源，对前后级电路的工作原理进行详细阐述并建立了数学模型。（2）深入研究了低压大电流电解电镀高频开关电源的控制策略。针对高频开关电源的前级PWM整流器提出了一种功率前馈的复合电流无差拍控制方法，实现了对负载功率变化的实时跟踪；针对后级全桥DC/DC变换器提出一种电流电压双闭环控制策略，实现变换器的低纹波输出。通过仿真验证了所提出的控制策略的正确性和有效性，文中还对所提控制策略进行了稳定性分析，分析结果证明控制策略具有良好的稳定性。对多台高频开关电源模块并联的均流问题，本文讨论了一种基于虚拟电阻的自均流控制策略，从控制上改变开关电源模块自身的输出特性，实现多台开关电源模块并联的自均流控制。（3）研制了一台额定功率为160kW的低压大电流高效节能型高频开关电源，给出了高频开关电源装置的详细的硬件系统与控制系统的设计方案，并给出了装置的实际应用效果，结果表明本文研制的新型高效节能开关电源具有网侧电流畸变率低、无污染、功率因数高和能量利用率高等优点。本文针对传统电化学整流电源存在较大的谐波电流和效率低等问题，研究了低压大电流高效电解电镀高频开关电源的拓扑结构与控制技术，并结合工程实例给出了低压大电流高效电解电镀高频开关电源详细的软硬设计方法。本文研究的内容可以为改造传统整流电源技术提供了借鉴和参考依据。
许大鹏[8]2005年在《用于放电水处理中的新型双向窄脉冲高压电源的研制》文中进行了进一步梳理高压放电水处理技术是国内外正在大力发展的新一代水处理技术。在该技术的应用中,给反应器供电的高压脉冲电源是至关重要的,是该技术发展的一个瓶颈。选用一个有较高峰值电压、尽量短的电压上升沿及较高频率的电源将对水处理的效果产生巨大的影响。单极性脉冲放电时,反应器上积累大量电荷,当积累的电荷不能及时释放,则会形成拖尾电压,致使后续供电脉冲形成空间电场,造成间歇火花放电,不利于能量的注入。双脉冲电源则可有效避免火花放电,有利于能量的注入。本文在进行了大量试验研究的基础上,设计了一种基于DSP控制的、用于放电水处理的新型双向窄脉冲电源。 该电源利用两路高压直流结合旋转火花隙控制电容的充放电来形成双向窄脉冲高压电源。其中高压直流电源部分实现了高频化,大大减小了电源的体积和重量。在实现高频化的重要部分逆变电路中,利用变压器漏感来实现软开关技术,这样不仅可以减少开关损耗从而使电源更加高频化,还可以解决功率开关变换电路的电磁兼容问题。整个电源系统以DSP为控制核心,用单个TMS320LF2407 DSP芯片来集中实现LCC-ZVZCS PWM全桥逆变技术、高压直流电源的电压调节(即双向窄脉冲的幅值调节)、直流电机调速(即双向窄脉冲的频率调节)等功能。实现了对水处理反应器参数变化所采取的实时智能控制,并使电源具有较好的易升级、易维修、易操控的特性。但该电源在实际应用中存在大量的环境干扰,致使电源中敏感元件DSP等的性能受到影响,因此本文结合实际情况,在进行大量的实验基础上,解决了该电源系统的电磁兼容问题,为其在实际中应用提供了可靠的保障。 本电源功率800W;高压直流电源输出0～50KV;双向窄脉冲的上升时间50nS～100nS:脉宽200nS～500nS。实验表明:该双向窄脉冲电源完全符合放电水处理的要求,并有较好的处理效果。
范伟[9]2007年在《超级电容器直流电源的研制及应用》文中进行了进一步梳理超级电容器作为一种新型电力储能技术,由于其动态响应速度快,储、释能效率高,被认为是一种非常有前途的电能存储器件。超级电容器直流储能单元是超级电容器储能系统中最为关键部位,其可靠工作对提高超级电容器储能系统的效率和能量利用率,增强储能系统的可靠性具有重要的意义。本文立足于超级电容器直流储能单元的研究与应用设计,建立了超级电容器与蓄电池直接并联储能的等效模型;针对脉动负载,分析了储能系统的性能改善及其影响因素。对超级电容器应用于直流电源,研究了基于超级电容器单独储能和基于超级电容器和蓄电池混合储能的直流电源系统两种方案,通过一系列的试验,验证了超级电容器应用于直流电源系统的可行性和可靠性,具有一定的理论意义和实用价值。
王会山[10]2012年在《基于均流并联的高频电源的研究与实现方法》文中研究表明现代社会发展中，人们对电子设备的依赖越来越高，而伴随着电子设备的就是各种电源。日常所用的线性稳压电源，效率低，功耗大，而且体积大，制约着电子设备的应用，而开关电源却没有这些缺点，它效率高，能耗低，而且，随着开关频率的升高，开关电源也是越来越小的，因此如何使开关电源的高频化，以及如何提高开关电源的输出功率，是人们不得不面对的一个问题。本设计采用了PWM控制芯片SG3525作为本次电源的控制模块，它采用PWM的控制方式，控制着开关管的开关通断，即可以控制输出占空比，从而可以控制高频变压器的输出。它属于电流型控制芯片，可以根据输出电流反馈回来的电流进行PWM的控制。它的输出采取灌拉式输出，可以输出两路信号，同时控制两路信号的开关通断。它的输出电流比较大，可以直接驱动IGBT或者MOS管。它内部集成有过电压和过电流保护，软起动和欠压锁定等电路。在本设计中，它可以通过反馈电压电流的输入，控制输出PWM占空比，进而控制高频变压器，因此可以达到稳压稳流的目的，同时，采用LM324组成的PID调节环节，可以通过输入电压电流的变化控制输出电压电流的变化。另一方面，随着电子技术的发展，人们对电源输出功率的要求越来越高，但是受限于某些元器件的参数和磁性器件的功能等条件，大功率的输出往往很难做到。因此，本设计另一个研究方向就是多个模块电源的并联输出。模块电源的并联方式主要有四种，分别为下垂法、主从法、平均值均流法和最大值均流法。本文首先介绍了这四种方法的构成电路图及工作原理，分析了四种方法的不同特点及各自的优缺点，最终确定了最大电流均流法作为本次并联均流的方法。然后介绍了UC3902芯片的功能及外围电路，通过芯片外围电路的连接，说明了其实现并联均流的过程。本设计主要是针对一些实验性的电源模块的设计，希望能对以后设计更大功率模块电源提供一定的参考价值。
参考文献：
[1]. 用于静电除尘中的高频高压开关电源设计与研制[D]. 张安冉. 华东理工大学. 2013
[2]. 用于铝型材阳极氧化高频开关电源研制[D]. 薛维灵. 广东工业大学. 2015
[3]. 新型矿用直流开关电源系统研究[D]. 程旭. 太原理工大学. 2010
[4]. 大功率高频高压ESP电源及其监控系统的研究[D]. 王延安. 上海交通大学. 2010
[5]. 基于DSP的高压直流开关电源的研制[D]. 李腾飞. 大连理工大学. 2005
[6]. 大容量高频开关电源的研制[D]. 彭晓珊. 中南大学. 2004
[7]. 低压大电流电解电镀高频开关电源的研究[D]. 孙运宾. 湖南大学. 2013
[8]. 用于放电水处理中的新型双向窄脉冲高压电源的研制[D]. 许大鹏. 大连理工大学. 2005
[9]. 超级电容器直流电源的研制及应用[D]. 范伟. 华北电力大学（河北）. 2007
[10]. 基于均流并联的高频电源的研究与实现方法[D]. 王会山. 河北大学. 2012
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