采用峰值电感电流控制的直流-直流电压转换器

针对可穿戴设备需要小型化和适应各种应用场景要求的问题,提出了一种单电感多输入多输出的升压-降压型DC-DC转换器,以采集多种能量为可穿戴设备供电。由于转换器既需要高的效率,又需要稳定的负载电压,提出了结合峰值电感电流控制策略和基于阈值变频策略的峰值电感电流脉冲频率调制技术。峰值电感电流脉冲频率调制技术根据各输入输出端口状态来改变能量传输频率,从而实现各能量源最大功率点追踪和负载端电压的调制;同时,通过控制每次能量传递时流过电感的峰值电流大小,提高转换效率并降低输出电压纹波。此外,采用两种低功耗控制策略以降低控制电路功耗:使用低供电电压为控制电路供电;令部分控制电路断续工作。采用华润上华CMOS 0.18μm工艺完成了转换器电路及版图设计,并进行了仿真验证。后仿真结果表明,在0.2～3V输入电压范围和0.001～3mW负载范围内,转换器效率能够保持在73.8%以上,控制电路功耗小于300nW。     

高效率、低功耗直流电压转换器芯片的设计与实现

提出了一种基于脉冲宽度调制(PWM)和脉冲频率调制(PFM)模式的高效率、低功耗直流电压转换器的设计方法.电路在负载电流大于60 mA时采用开关频率1 MHz的PWM工作模式,在负载电流小于60 mA时采用开关频率降低的PFM工作模式,实现了在0~250 mA负载电流变化范围内的高转换效率.当输出电压达到预计输出电压的102%时,电路自动进入待机状态,使得静态工作电流降低.芯片采用CSMC公司的0.5μm CMOS混合信号模型设计和流片.测试结果表明:该电路可实现PWM和PFM模式供电以及两种模式之间的平稳过渡,具有较好的负载和线路电压调整,其输出电压的误差小于±2%,最大静态工作电流小于15μA,最大转换效率达92.6%.     

一种基于四NOMS管升/降压DC-DC转换器的设计

为提高电池能量的利用率,减小芯片体积,外围电路简易,设计了一种集成四NMOS功率管的升降压DC-DC转换器。该电路根据输入与输出电压的关系和负载大小,采用不同的工作模式,利用充电泵电路完成高端功率管驱动及延时检测实现短路保护,并在0.5BCD工艺下完成。通过仿真验证了该系统的可行性,转换效率可达、以及宽输入范围下提供稳定的输出电压。     

三相四桥臂变流器并网/孤岛双模式控制策略

针对微网不平衡负载引起的电压不平衡问题,基于三相四桥臂变流器拓扑,采用了一种αβ0静止坐标下的双模式控制策略.并网和孤岛均采用单电流环控制,实现快速响应性能,且仅需指令电流变化即能实现平滑切换.通过电流指令环节合理设计,可实现传统带虚拟阻抗控制的电压电流双环控制性能,简化了控制结构.通过仿真及样机实验对控制策略进行了验证.结果表明:该双模式控制策略在并网模式下可以准确跟踪功率指令;在孤岛模式下可有效抑制不平衡负载的扰动,实现输出电压平衡;在模式切换过程中,该控制方法能够减小负载电压变化与输出电流的冲击,实现负载的不间断供电.     

基于ARM的高效率数控DC/DC变换器设计

设计的DC/DC变换器采用Boost拓扑电路,对变换器中Boost拓扑电路的主要元件参数进行了计算和选择.变换器具有完善的控制和保护功能,可应用于需提升或稳定电池电压的电池供电系统.变换器以PwM电压调整芯片LM2576ADJ作为控制核心,结合ARM7_LPC2132微控制器实现数字化高精度控制,具有输出电压可预置,输出电压电流可同时显示,过流保护等功能,且系统具有效率高,电压调整率和负载调整率均较小,输出纹波电压低等特性.     

新能源供电多能互补发电系统设计

为了克服单一新能源发电具有转换效率不足、电能输出不稳定和新能源利用率较低等缺点,设计一款以风能、太阳能和海洋能等多能融合实时互补的发电系统,包括互补发电能源转换装置的设计、斩波电路、电能储能电路的设计和基于MATLAB(SIMULINK)的系统仿真验证。主要研究能源获取后进行的DC-DC斩波技术和充电技术。结果表明互补电能变换电路能够获取稳定的直流电压;直流母线通过逆变电路可以为后续的交流负载供电,同时可以通过充电电路给蓄电池供电,蓄电池采用分组管理的方式解决了过量充放电的问题并降低了充放电次数,蓄电池可以通过逆变为交流负载供电或者直接为直流负责供电,整个蓄电池储电部分达到了电能缓冲的目的。设计的新能源供电多能互补发电系统很好地解决了单一发电系统存在的问题,并给出了系统实现的完整方案,经过仿真验证系统能够实现新能源多能互补的发电目的,为新能源的有效利用提供了一个可行的途径。     

LED闪光灯电源的研究与设计

本设计以STC12LE5201AD单片机作为闪光灯电源的控制核心.采用电流斩波电路将3 V输入电压升高给控制器供电.通过电阻反馈电流、单片机输出PWM、场效应管开关控制电路、电流恒流源控制等方式有效的恒定输出电流.实验表明,该变换器能将电池电能转化为恒流输出、同时实现连续和脉冲两种输出模式、电流档位的选择、输出电压限压保护和过载报警功能.系统输出相对误差小于2%,效率达到91.8%,能够满足恒流稳压电源的要求.     

基于单片机的电池四系数检测仪设计

在普通干电池的出厂检测中,厂家主要对电池的开路电压、负载电压、短路电流进行质量检测。而电池容量的检测,由于具有毁灭性的损害,往往仅采用抽样而没有专门的检测设备。本系统的设计是采用AT89C51单片机为核心控制,能实现对智能设备电池的四个关键系数开路电压、负载电压、短路电流、电池重量进行自动检测,同时对电池正,次品进行分选统计并支持数据采集、对象控制、结果显示、报警装置、键盘操作等功能,实现了电池质量检测的智能化。     

基于输入输出线性化方法实现Boost PFC带恒功率负载

针对原有的输入输出线性化方法只能带纯电阻负载的情形提出一种新的算法,使其能在带恒功率负载时也能成立.该算法首先根据变换器的状态空间模型得到的非线性系统通过合适的非线性坐标变换得到新坐标系下的线性系统;再依据经典线性控制理论设计控制器;最后通过Boost PFC变换器输出功率、输出电压以及输出电流的关系避免输出电流出现在占空比的计算式中.解决了因输出电流的变化过大或者不连续导致算法失效的问题.经过PSIM数字仿真实验,表明该算法具有良好的动静态特性,在接不同负载时,都能做到响应至稳时间短,输出电压恒定,且输入电流精准跟踪输入电压,在负载功率发生突变时,也能做到稳定输出,电流波形光滑,对负载具有良好的鲁棒性.     

带轻载变频模式的升压式DC-DC转换器设计

分析了传统升压式DC-DC转换器在全负载范围内实现高电源转换效率的局限性,在此基础上,提出了一种轻载检测和自适应变频机制.该技术无需额外的芯片管脚和器件,即能使转换器在电感电流断续模式下精确检测出负载状况.将所设计的升压式DC-DC转换器在CZ6H0.35μm标准CMOS工艺条件下进行仿真.结果表明,当负载电流发生变化时,转换器能够根据负载检测值的大小自适应地进行跳频变换.在负载电流为1mA的条件下,电源转换效率达到82%.系统环路能够在全负载范围内保持良好的稳定性,当负载电流以1.5μA/20μs跳变时,最大下冲和上冲电压分别为300和200mV,恢复时间分别只需80和60μs,版图面积约为1.26mm2.     

基于开关电源的智能电瓶车充电系统研究

为解决现今市面上使用的电瓶车充电系统的充电电压与电瓶车型号不匹配而对电瓶车电容产生损害的问题,提出一种新型电瓶车充电系统。该充电系统使用NCP1654 作为核心控制芯片,采用开关直流升压电路( Boost: Boost Converter or Step-up Converter) 拓扑作为主电路,利用新型碳化硅半导体器件作为主开关器件,完成了电瓶车充电系统中交流转直流部分的设计制作。供电侧的交流电压从180 ～ 260 V 变化时,设备均可正常运行。此智能电瓶车充电系统输出两路直流电压42 V 和27 V,最大输出电流均为2 A,负载调整率为0． 1,输出噪声纹波电压峰-峰值小于1． 5 V。充电设备中有可靠的保护电路,可以防止启动时尖峰电压和浪涌电流对电路的冲击。考虑到电瓶车充电系统的用户体验感,选择触摸屏作为操作界面。此外,利用STM32 开发板检测输出电压电流,控制充电系统输出电压幅值。经测试,该电瓶车充电系统各项指标都达到了设计要求,可投入使用。     

基于超级电容的交直交牵引供电系统及控制策略

针对传统电气化铁路中无功、谐波、负序等电能质量问题和电分相问题,并考虑牵引负荷的冲击性,提出一种由多端口交直交(AC/DC/AC)变流器、牵引变压器及超级电容储能构成的牵引供电系统及控制策略.牵引变压器的二次侧分别通过两个整流端口与变流器中的单相整流器相连,将整流器的直流母线并联引出,变流器的逆变端口连接在牵引网上;超...     

基于最大输出电流的智能太阳能电源管理电路

为实现跟踪太阳能电池板的最大功率点, 提出一种基于直流鄄直流(DC/ DC: Direct Current-Direct Current)变换器最大输出电流的方法, 并将模糊逻辑控制理论应用于太阳能电源管理电路进行智能化充放电管理。 建立了 DC/ DC 变换器数学模型, 理论证明了基于最大输出电流跟踪太阳能电池板的最大功率点的可行性。 模型采用 STM8L151K4T6 单片机控制 Sepic 变换器电路实现了对 3 W 的小功率太阳能电池板的最大功率点跟踪, 对储能元件蓄电池的恒流恒压充电控制以及过充和过放保护进行控制。 实验结果验证了该设计的合理性和有效性, 实现了太阳能电源管理电路的最优控制。     

通信电源变换器轻重负载切换效率优化

针对轻重负载直流电转直流电（direct current direct current，DC DC）的转换效率不高，传统LLC电路控制方式无法满足5G通信电源能耗要求这一问题，采用LLC最佳谐振频率段临界值触发母线电压调压的控制策略，提高通信电源在轻重负载切换的工作效率，优化DC DC变换器。该方法主要利用LLC谐振频率对母线电压进行调制，降低因负载变化而导致LLC电路失去副边二极管的零电流关断（zero current shutdown，ZCS）。Matlab仿真实验结果表明，该方法能把LLC电路的开关频率稳定在最佳工作点附近，并能够保持副边二极管的ZCS，使其在全负载范围内的效率提升了41%。     

基于新型直流牵引供电系统的变下垂控制策略

与传统交流制式牵引供电系统相比,基于模块化多电平换流器的中压直流(medium voltage direct current based on modular multilevel converter, MMC-MVDC)牵引供电系统具有电能品质高、供电距离远以及便于分布式可再生能源系统和储能系统接入等诸多优势。针对传统下垂控制下MMC-MVDC牵引供电系统中存在的输出电压跌落、功率分配不平衡问题,提出一种变下垂控制策略。该方法在传统下垂控制中引入下垂扰动量和电压补偿量,利用一致性算法根据各所输出电流得到下垂扰动量实时动态调节下垂系数实现负载功率在各所之间的均匀分配,同时各所输出电压的平均值稳定在额定值附近且偏移量较小。该策略在保证电能质量的同时提高了牵引变电所容量的利用率,在负荷突变时该系统也能较快地重新达到稳态,具备良好的动态特性。最后,在MATLAB/Simulink中搭建了两牵引变电所模型,将提出的控制策略与传统下垂控制进行对比,仿真结果验证了该策略具备较好均流特性的同时能够基本无差地跟踪输出电压参考值,保证MMC-MVDC牵引供电系统的安全、稳定运行。     

本质安全型蓄电池的设计

本质安全型电路要求电路输出的能量要小。DC/DC模块具有恒压限流的功能,用它取代恒流恒压电路中繁多的元器件,可提高输出效率,同时可满足不同类型的蓄电池充电。     

一种带输出谐振倍压的双电感隔离型Boost变换器

传统的燃料电池发电系统用DC/DC变换器拓扑主要是隔离型Boost变换器,其效率、增益和输入电流纹波都有一定瓶颈.为此,提出了一种新颖的带输出谐振倍压的双电感隔离型Boost变换器,变换器的输入侧采用双电感结构,输出侧采用谐振倍压结构实现了整流二极管的零电流关断.相比于传统的隔离型Boost变换器,所提出的拓扑的具有更小的输入电流纹波,同时变换器增益提高了1倍.给出了变换器的工作原理波形并进行了详细的模态分析,在此基础上完成了变换器的增益特性和输入电流纹波分析并给出了一种可行的变换器设计方法.最后研制了1台500 W的样机,满载效率为96.5%,样机实验结果验证了所提出拓扑的可行性和高效率功率变换的优点.     

多种能源组合供电控制器的开发研究

根据现阶段能源趋势设计了一种供电装置,控制以太阳能发电为主要能源,辅以蓄电池和市电的供电平台正常工作。该装置具有电源切换功能以实现对负载的不间断供电,能够输出稳定的直流电;并能向蓄电池进行三段充电。经过Pspice软件仿真表明蓄电池充电模块及恒压输出模块能够达到设计要求输出的电压电流值。控制电路通过Proteus软件仿真能够实现电源的切换及蓄电池充电模块的选择功能。该供电装置具有较高的可靠性;并能够满足多种场合的应用要求。     

基于V2G技术的车载双向充放电系统的研究*

针对目前车载双向充放电系统存在体积大、灵活性差、功率小等不足,提出了由空间矢量控制的双向PWM整流器和PWM控制的双向DC/DC变换器、220 V/380 V电源以及并网接口、电机驱动电压输出端组成的系统;该方案的优点在于可以进行220 V/380 V之间的切换,增强了灵活性和电动车的续航能力;用到的功率器件均是电动汽车系统中的原有器件,节省了成本和车载空间,且在电动汽车闲置时可作为移动电源对电网进行反馈能量;通过仿真实验并分析仿真结果验证了系统的可行性,能够实现基于V2G技术的车载双向充放电功能。     

改进的多端柔性直流系统多点直流电压无差协调控制策略

针对换流站采用传统下垂控制消纳不平衡功率时引起的直流电压偏差问题,提出一种改进的多点直流电压优化协调控制策略。将不平衡功率作为前馈补偿量注入传统下垂控制中,通过平移下垂曲线来实现直流电压的准无差调节;根据换流站功率裕度,来合理设定各换流站的前馈补偿量;为避免不平衡功率过大而导致下垂控制换流站满载运行,将偏差控制引入定有功功率换流站,协同下垂控制换流站消纳余下的不平衡功率。最后,基于PSCAD/EMTDC建立五端基于电压源换流器的多端柔性直流输电系统(voltage source converter based multi-terminal high voltage direct current, VSC-MTDC)系统模型进行仿真,仿真结果表明,所提控制策略可以实现直流电压的准无差调节,优化了系统的潮流分布,提升了系统的运行稳定性。