150kV/30kW逆变式电子束焊接高压电源设计

针对150kV/30kW电子束焊接高压电源高电压、大功率输出的要求,低压电路采用IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)逆变隔离直流电源与逆变全桥串联的主电路拓扑,高压电路由3组升压变压器与10倍压整流电路的串联结构并联组成;设计了高压采样电路、束流采样电路,以及双闭环控制电路.基于上述技术,实现了150kV/30kW高电压大功率输出.实验结果表明高压加速电源的输出线性度和束流输出线性度较好,同时高压稳定度和束流稳定度均在0.5%左右,能够满足电子束焊接的要求.     

基于Z网络的升降压DC/DC变换器

基本的非隔离型升降压电路存在由二极管反向恢复带来的短路环问题.设计了一种基于Z网络的升降压DC/DC变换器,从电路结构上避免了短路环的存在,分析了Z网络和变换器的初始态阶跃响应,并设计了预充电电路,消除了变换器启动时的电压和电流尖峰,讨论了工作在电感电流连续模式(CCM, Current Continuous Mode)下的3种开关模态并分析了其工作原理,依照效率最优原则对升压和降压模式的开关模态进行简化,从而优化了变换器的控制方法,提出了一种通过合理选择电感电流纹波系数确保变换器工作在CCM模式下的方法,给出了各元器件的设计规则,并通过仿真和实验加以验证,结果与理论分析相吻合.      

空间磁场环境模拟线圈驱动恒流源设计

针对空间磁场环境模拟线圈磁感应强度0~20 Gs连续可调,磁场稳定度优于1%的要求,采用前级电压源与后级电流源串联的主电路拓扑结构,结合电压双闭环控制和电流闭环负反馈控制的方法,实现了稳定的电流输出,减小了功率金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的功耗,提高了恒流源的效率.测试结果表明:恒流源输出电流0~10 A连续可调,霍姆赫兹线圈中心磁感应强度能达到20 Gs的设计要求,电流稳定度优于0.1%,磁场稳定度优于1%.      

正激式DC-DC同步控制双路输出变换器的研究

为了改善双路输出正激式DC-DC变换器交叉调整问题,提高电源在输出负载变化应用环境中的输出电压精度和动态性能,设计一种双路同步控制策略,计算并比较两路负载输出功率判定主路与辅路,主路采用闭环PID控制策略,辅路采用改进的滞环电流控制策略,同时调整开关管的占空比。应用提出的控制策略,在MATLAB/Simulink中模拟变换器的工作过程并制作样机,仿真和实验结果均表明,输出负载变化时主辅路均具有较高的输出电压精度,改善了交叉调整率,验证了控制策略的可行性。     

新型电子束焊机高压电源的设计与实现

传统的电子束焊机高压电源电路结构复杂、体积庞大,为此研发了一种新型60 kV/100 mA逆变式电子束焊机高压电源,电路结构简单、电压输出稳定。电源调压电路采用脉宽调制(PWM)技术控制的全桥变换器,使三相整流后的约540 V电压转化为0~500 V幅值可调的稳压直流电,然后经全桥逆变电路逆变为频率为20 kHz方波交流电;升压电路采用变压器串联与倍压整流的方式,将前级20 kHz方波交流电转变为60 kV的直流高压;控制电路采用基于比例积分微分(PID)调节的电压双闭环控制策略,能够使电源实现稳定的高压输出。搭建了高压测试平台对所研制的高压电源进行了测试,结果表明电源高压输出稳定、控制精度高,高压输出纹波与稳定度均能稳定在1%范围内,能够满足电子束焊机的要求。     

高效率负反馈交流稳压器

采用负反馈方式达到高效率的交流稳压器已经实现。这种设备用在交流电源上具有优良的调整率和相当大的输出功率。如采用一特殊电路,更容易使实际效率高达95%,而电压调整率达到0.02%。这种典型的交流稳压器已制出,如图8所示,当输入的电源电压Vin在115伏到140伏(有效值)之间变化时,在137欧的负载电阻上,输出50赫兹111伏(有效值)的交流电压,其输出功率为90瓦。当输入的电源电压在下限时,稳压器的总效率为96.5%;当输入的电源电压在上限时,稳压器的总效率下降到79.3%,平均效率为88%。输入电压波动25伏时,输出电压仅变化0.1伏(有效值),所以得到的调整率为0.4%。这种线路除了作为稳压器用在电视机、电冰箱和小电机等设备上外,还可作为一种控制部件用在其他许多设备上,如调温器、调速器等。     

DC/DC变换器中的瞬态特性分析

介绍DC/DC变换器中存在的各种瞬态特性,包括瞬态电压、瞬态电流及瞬态功率,并给出这些瞬态产生的机理.对这些瞬态要进行充分的分析及识别,确保瞬态在可控范围内,不因电路中的各种瞬态影响产品的可靠性.对DC/DC变换器中存在的瞬态特性及影响进行了分析,并给出实际测试值.     

一种高效稳定的LDO线性稳压器设计

设计了一种准确输出的低压差（LDO）线性电压稳压器。通过采用改进型密勒补偿技术和高电流效率缓冲电路来改善传统LDO线性电压稳压器的稳定性,并采用了一种低噪声的带隙基准电压源的拓扑架构,有效解决了稳压器的噪声问题。在Cadence Virtuoso IC平台下采用TSMC-0．35μm-2P3M的CMOS混合信号工艺进行了仿真和版图设计,仿真结果表明该电压稳压器达到设计目的。     

DC-CD变换器控制技术研究与实现

DC-DC变换器工作在额定负载时，输入电压会出现扰动。工作在额定输入电压时，负载电阻也会发生突变。为了实现宽电压输入，保证变换器具有较高的输入电压调整率和负载调整率，设计了自动切换与控制策略。根据Buck-Boost型DC-DC变换器的工作特点，计算出开关的导通与关断时间点，从而精确地控制开关动作。基于并行运算和组合逻辑，在Matlab中搭建了模型，并进行了仿真和试验验证。结果表明，提出的控制方法能够有效地克服负载电流突变和输入电压扰动对变换器性能的影响。     

DC-DC变换器控制技术研究与实现

DC-DC变换器工作在额定负载时,输入电压会出现扰动。工作在额定输入电压时,负载电阻也会发生突变。为了实现宽电压输入,保证变换器具有较高的输入电压调整率和负载调整率,设计了自动切换与控制策略。根据Buck-Boost型DC-DC变换器的工作特点,计算出开关的导通与关断时间点,从而精确地控制开关动作。基于并行运算和组合逻辑,在Matlab中搭建了模型,并进行了仿真和试验验证。结果表明,提出的控制方法能够有效地克服负载电流突变和输入电压扰动对变换器性能的影响。     

Boost电路开关瞬间电压尖峰产生机理及抑制方法

Boost变换器常用作两级式逆变器的前级升压电路，由于电路中寄生参数的存在，开关瞬间输出电压叠加有瞬态尖峰，降低了波形质量，甚至影响逆变器的正常工作。为了抑制直流环节电压尖峰，研究了Boost电路开关瞬态过程，针对瞬态电路开关特性和开关器件工作状态，建立了基于金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）和肖特基二极管（SBD）的换流单元的解析模型，进一步分析了不同寄生参数对开关瞬态电流特性的影响，以及导致电压尖峰的机理等。仿真分析了寄生参数与输出电压尖峰大小的关系，提出了“减缓开关速度”和“降低输出端寄生电感”2种从源头抑制输出电压尖峰的方法。仿真和实验表明，这2种抑制方法能够有效减小电压尖峰，提高Boost电路的输出电压性能。      

低功耗CMOS带隙基准电压源的设计

设计了低功耗、高电源抑制比CMOS带隙基准电压发生器电路。其设计特点是采用了共源共栅电流镜 ,运放的输出作为驱动的同时还作为自身的偏置电路 ;使用CSMC标准 0 6 μm双层多晶硅n -wellCMOS工艺混频信号模型 ,利用Cadence的Spectre工具对其仿真 ,结果显示当温度和电源电压变化范围为 - 5 0℃～ 15 0℃和4 5V～ 5 5V时输出基准电压变化小于 1 6mV和 0 13mV ;低频电源抑制比达到 75dB。电路在 5V电源电压下工作电流小于 10 μA。该电路适用于对功耗要求低、稳定度要求高的集成温度传感器电路中     

航天器大功率并网控制技术研究

中国空间站各舱段均有各自独立的电源系统,为了解决由于阳光遮挡效应导致部分舱段供电能力不足问题,提出了通过配置大功率并网控制单机--并网控制器的并网供电方案。高压大功率模块化并网控制器采用四相交错双管正激高压拓扑技术、恒压恒流双环控制技术、最大电流并联均流技术、输出数字调节技术及故障检测、隔离和恢复 （Failure Detection Isolation and Recovery,FDIR ）技术,可以实现中国空间站舱段之间及与飞船之间功率4kW并网供电,并通过了试验验证。     

一种高电流匹配精度电荷泵电路设计

文章提出了一种基于TSMC 0.35μm CMOS工艺的高电流匹配精度电荷泵电路。该电路采用了对称结构充放电流镜,自偏置高摆幅共源共栅镜像电流源和电流开关加速电路,提高了高速工作时电路的稳定性,消除了电压跳变现象,解决了充放电流不匹配的问题,且输出摆幅较大。仿真结果表明,该电路可很好的工作于高精度锁相环电路中。     

磁选态铯原子钟弱信号直接采样方法研究

磁选态铯原子钟的输出频率与铯束管输出的弱电流信号有关，影响其频率稳定度。为了提高其频率稳定度技术指标，在对磁选态铯原子钟主伺服电路弱信号压频转换（V-F）和模/数 (A/D)直接采样对比的基础上，设计了基于DSP28335芯片的A/D直接采样电路，利用CAN总线通信技术与主控CPU板进行通信，实现整钟闭环锁定的方案。通过试验与被测磁选态铯原子钟现有压频转换法进行对比，结果表明，所设计的A/D直接采样法较压频转换法减小了磁选态铯原子钟相对频率偏差范围，改善了短期频率稳定度，具有实用价值。     

线性补偿型带隙基准电压源设计

设计了一种高准确度基准电压源电路,电路采用了电流镜技术,运放的输出作为驱动的同时还作为自身的偏置电路,双极晶体管EB结压降作运放的输入,获得正温度系数的电流IPTAT;同理将电阻的压降和双极晶体管EB结压降作运放的输入,获得负温度系数的电流ICTAT,通过电流的减法运算将在整个温度范围内分两段产生不同的补偿电流INL,进而产生不同的补偿电压,并完成对带隙基准电压的分段线性补偿。由此得到温度系数很小的带隙基准电压。采用TSMC0.18μm1.8/3.31P6MCMOS标准工艺,在1.8V电源下,-40℃~130℃温度范围内,仿真结果显示输出电压的温度系数小于1.88ppm/V,低频时电源电压抑制比为-86dB,功耗为237.5μW。     

150kV逆变电源性能优化及其束源特性

为了进一步提高电子束流发生系统工作的可靠性和稳定性,提高电子束加工质量,采用AC-DC-AC-DC-AC-DC的拓扑电路、新型功率变压器、高压脉冲检测技术、优化的束流反馈控制与灯丝加热电流闭环反馈控制技术等,分别优化了高压加速电源、偏压电源与灯丝加热电源。将所研制逆变电源与150 k V/30 k W电子枪、真空系统等组成了一套电子束流发生系统,测试了该电子束流发生系统输出的高压、最大束流以及灯丝加热电流、偏压变化对束流输出的影响。试验结果表明:经过优化的逆变电源高压输出达到-150 k V,高压输出线性度较好,最大束流达到200 m A;高压、灯丝加热电流给定时,随着偏压降低,束流输出逐渐增大;高压、偏压给定时,随着灯丝加热电流增大,束流输出存在死区、线性增大区和恒流区。     

交直流电压转换标准的研制

介绍了实现交直流电压有效值测量的多种方式,分析了多元热电变换器产生交直流转换差的多种原因,说明了能够输出100mV热电势的多元热电变换器的研制方法,解决了其中一系列的关键问题。其中采用热偶过渡结构降低了端部效应的影响;采用回线加热结构及适当增加热偶对数和输入电流,使输出电压得到大幅提高,降低了灵敏度引入的不确定度;将计算机作为测试过程的控制和运算的中心,进一步提高了多元热电变换器的测量准确度。比对实验的结果表明：所研制的多元热电变换器的测量不确定度在10^-6量级（k=2）。     

三相DC/AC变换器死区效应分析与精确补偿

在现有无死区控制方法的基础上,提出一种新的死区补偿策略.分析了死区效应以及开关器件非理想特性使逆变器输出电压产生畸变的原因,通过修正原始驱动信号,抑制了开关器件非理想特性对逆变器的影响,实现了死区效应的精确补偿.同时,改进了电流方向检测电路,提高了电流方向在零点附近的检测精度.实验结果证实,所提补偿策略简单可行,与现有死区补偿方法相比,逆变器输出波形正弦度进一步提高,获得了更优的补偿效果.     

功率级无刷直流电动机四象限运行模拟器设计

针对无刷直流电动机（BLDCM）驱动控制器在研发过程中全工况测试困难、测试成本高和研发周期长的问题，提出了一种采用分区间采样和解算方法的、具有四象限运行能力的功率级（PHIL）无刷直流电动机模拟器，替代实物电动机和机械负载装置完成对两两导通控制方式下无刷直流电动机驱动控制器的各项性能测试与可靠性试验。该模拟器由实时仿真器、电动机模拟变换器和多级式双向变换器3部分组成，实时仿真器负责采集被测电动机驱动控制器输出的PWM电压，实时解算电动机模型得到三相电流指令，控制电动机模拟变换器生成三相电流，多级式双向变换器负责维持模拟器输入、输出间的能量平衡关系，从而实现对四象限运行时无刷直流电动机的功率级模拟。实验结果表明:所提出的功率级无刷直流电动机模拟器模拟精度高、实时性好、测试灵活，能够有效替代实物电动机和机械负载装置，满足电动机驱动控制器的测试需求。