关键词： 开关稳压电源   直流开关   直流断路器   降压型   稳压电源   设计分析  

摘要： 开关电源在各种电子设备中居于关键地位,发挥着重要作用。随着近些年来经济技术的进一步发展,开关电源在我国的各大领域中的应用也越来越普遍,极大的促进了我国邮电通讯、仪器设备以及家用设备的发展。文章围绕降压型直流开关稳压电源的基本原理展开,重点论述了降压型直流开关稳压电源设计方面的内容,以期促进我国开关电源技术的进一步发展。随着数字技术的进一步发展,处于数字技术控制下的电源电池的使用寿命得到了一定程度的延长,这也为开关电源的研究发

关键词： 直流系统   开关设备   选择   配合  

摘要： 直流系统可靠与否对发电厂和变电站的安全运行起着至关重要的作用,是安全运行的保证.通过对直流系统直流开关设备的介绍及基本要求、配备、级差配合的对比分析,结合直流系统接线的基本原则,合理进行直流系统开关设备的选择与配合.提高直流系统安全供电可靠性、稳定性,确保变电站安全运行.

关键词： 直流电源控制器   监控   MSP430F149   CPLD(Complex Programmable Logic Device)   四遥  

摘要： 高频开关电力操作直流电源系统在发电厂和变电站中占有重要的地位,它主要为控制、信号、保护和自动装置以及断路器电磁合闸、直流电动机、交流不停电电源、事故照明等提供直流电源。本课题是依托本人所在公司根据对近年来我国高频开关电力操作直流电源系统的发展现状的分析而设计的。所设计的控制器是对高频开关电力操作直流电源系统的智能监控管理,有效的保证了电力操作直流电源系统的稳定运行,为电力系统的安全、高效运行提供了有力的保障。该控制器设计采用IEC(International Electrotechnical Commission国际电工委员会)标准,通过控制器对电力操作直流电源系统运行状况进行全面监控,确保了电力电源系统的安全性、可靠性和稳定性。本文根据电力操作直流电源系统的特点,基于MSP430F149单片机为控制核心的智能控制器。论述了变电站自动化系统中对直流电源系统专用控制器设备的基本设计原理及实现方法,实现了对电力操作直流电源系统数据的实时采集、处理与控制,以及对蓄电池的智能管理。论文阐述了高频开关电力操作直流电源系统控制器的应用背景、系统组成、功能特点、工作原理、软/硬件设计思路以及详细设计方案,并通过了严密的测试与验证。实现对高频开关电力操作直流电源系统中的交流电压,母线电压,母线电流,电池电压,电池电流的实时测量与监控,并对电池组充放电的智能化管理,以及对外部充电模块状态的监控,能够对电力操作直流电源系统的自动诊断、自动控制,实现直流电源系统的遥信、遥测、遥调、遥控的“四遥”功能。

关键词： 隔离放大单元   FPGA   硬件设计   软件设计  

摘要： 随着我国城市地铁的快速发展,其运行安全性和可靠性日益受到人们重视。直流牵引供电与保护系统是地铁安全、可靠、稳定运行的重要保障,隔离放大单元作为地铁测控保护系统的数据隔离采集单元有着举足轻重的作用,它为直流保护装置的逻辑运算与故障判断提供必需的直流电压、电流测量值。目前,国内对于直流开关柜隔离放大单元的研究和开发非常少,还处于起步阶段,有必要加大投入以研究和设计功能完善、性能可靠稳定的隔离放大单元。本文首先简要说明了目前地铁测控与保护系统典型配置的缺点,并提出了隔离放大单元的设计思想与功能要求。通过对既有隔离放大单元的自定义通信协议与IEC61850-9-2通信协议进行分析比较,选择IEC61850-9-2通信标准作为隔离放大单元的通信协议。在此基础上,确定了以FPGA为核心的隔离放大单元硬件系统方案和软件设计方案。另外,详细介绍了FPGA的基本结构和原理、开发流程及其设计语言。根据硬件系统方案对硬件系统的划分,分别对隔离放大模块、模拟滤波模块、A/D转换模块、主控芯片FPGA、PHY芯片以及光模块进行了详细介绍,对主要元器件进行选型配置,使用Altium Designer开发软件绘制了各芯片的电路原理图,并利用Multisim电路设计软件对模拟低通滤波器进行仿真验证,完成了整个硬件系统的设计。简要介绍了Xilinx公司推出的FPGA集成开发环境ISE平台。按照软件设计方案,对FPGA的各个模块进行了分析,并完成了程序的编写。通过对A/D控制模块、帧封装模块和以太网数据发送模块的设计,实现了采样数据的模数转换控制及EC61850-9-2报文的发送。最后,用Verilog HDL编写了testbench,利用ISim仿真工具对FPGA的A/D控制模块进行了仿真验证。通过对隔离放大单元样机进行抓包测试,证明了帧封装模块和以太网数据发送模块可以成功组帧并发送IEC61850-9-2报文。借助继电保护测试仪和直流保护装置搭建了测试平台,对隔离放大单元样机进行了测试。结果表明,本文设计的隔离放大单元能够可靠运行,具有一定的工程实用价值。

关键词： 开关电源   功率因数校正电路   直流-直流变换器   结构设计   功能模块  

摘要： 论文以开关电源的发展、原理及特性为切入点，对电源拓扑结构和控制方式进行了论述。以正激变换、有源功率因数校正和抗EMI等关键技术作为论述重点。在上述基础上设计制作了一款45~275V交流输入多路直流输出600W开关电源，该电源采用了两级变换器结构，降低了控制电路设计难度。以功率因数校正电路与DC-DC变换器作为设计核心，完成了输入EMI滤波电路、电压反馈电路、控制芯片外围电路和保护电路等设计工作。同时利用变压器、光电耦合器来实现输入输出的隔离，提高开关电源的安全性。对变压器进行了重点研究，对其各种参数的进行了推导，及绕制过程进行了分析。对电磁干扰进行了研究，针对遇到的问题，提出了解决方案。　　论文对45~275V交流输入多路直流输出600W开关电源进行了相关测试，对电路中关键节点波形进行了分析。测试结果表明，本设计的电源在输入电压在45~275V输出600W条件下能正常工作，满载时平均效率达到了90％以上，功率因数高于0.95，每路输出纹波电压均小于2.5%，各项指标均达到了设计需求指标。

ISBN: (纸本)9787030476739

关键词： 高温   开关电源   碳化硅  

摘要： 开关电源依靠其高频能量传输的原理,展现出体积小、效率高、绿色环保的等特殊优势,经过几十年的发展,在电力传输、军事工控、日常生活等诸多领域都得到了广泛应用。目前,硅材料是开关电源核心功率器件的主要制成材料,受硅材料本身物理特性的限制,硅功率器件理论最高工作温度不超过150摄氏度。在最高工作电压、导通电阻、最高开关频率等方面也无法呈现出良好特性。因此,工业级DC-DC开关电源的工作温度被限制在85摄氏度以下,即使是军工等级,也不会超过125摄氏度。与此同时,随着现代科技的发展,人类越来越多的探索诸如航空航天、石油勘探、光伏发电、新能源汽车等高温、大功率领域,它们的电源系统,特别是功率器件的发热相当严重,这是常规开关电源无法直接应用的。为达到温度指标,保证系统的可靠性,传统开关电源不得不外加主动散热系统或采取反复替换的方式,大大增加了整个系统的体积和成本,这是对空间和价格都相对敏感的电源领域所无法接受的。碳化硅是新型第三代半导体材料,基于碳化硅材料研发出的功率器件相比传统功率器件有着结温高、开关频率高、导通电阻低、反向击穿电压高、不受电磁辐射干扰等优良特性。基于碳化硅功率器件开发的高温直流功率变换器,其核心功率器件的结温高达175摄氏度以上,其他主被动元件也可承受200摄氏度以上高温。因此,本项目高温开关电源在保证系统可靠性的基础上可大大减小甚至省去主动散热系统,节约了系统成本,减小了系统重量,扩大空间利用率,这在航空航天、石油勘探、新能源汽车等领域有着十分重要的意义。本文完成的工作主要分为四部分:(1)首先对开关电源的发展现状和碳化硅器件在开关电源中的应用前景进行详细调研。然后,从材料学的角度,在理论方面分别分析碳化硅SBD、碳化硅MOSFET、碳化硅JFET和碳化硅BJT相比传统硅器件的优势。(2)针对高温电路特性,以天线阵面高温直流开关电源项目为背景,通过比较高温对传统开关电源中各个模块不同解决方案的影响,分析了高温开关电源电路设计的难点和电路设计方法。(3)以传统开关电源理论为基础,将高温开关电源拆分成为不同模块,详细描述了高温开关电源不同模块设计方案。(4)依据仿真、常温、高温的顺序,从开关电源原理仿真验证出发,到实现高温直流开关电源整机测试,一步步完成基于碳化硅器件的高温直流开关电源的设计与实现。整个过程清晰记录了不同阶段各个模块波形,确保在碳化硅MOSFET结温高达200摄氏度时,电源系统正常工作。

关键词： 直流断路器   关断机构   铝筒   后备保护开关   COMSOL Multiphysics  

摘要： 国家脉冲强磁场科学中心利用蓄电池型脉冲电源给长脉冲磁体供电,已经实现35.8T/2.5s高稳定度脉冲磁场。为了达到更高磁场强度,需进一步提高蓄电池型电源输出电流的能力。因此需要研制更高断流能力的直流断路器,作为扩容后蓄电池型脉冲电源系统的后备保护开关。本文对法国图卢兹脉冲强磁场国家实验室捐赠的爆炸式直流断路器进行研究,发现该开关能够作为蓄电池型脉冲电源的后备保护开关。但收到的断路器开关缺少关断机构和基本技术资料,需重新研制替代的关断机构,并恢复断路器开关,使其正常使用。本文的主要内容是研制出可用于该断路器开关的关断机构。通过分析断路器开关的工作过程,和作为触头的铝筒,在爆炸过程中的受力情况及断开的机理,总结出铝筒的设计依据。结合加工铝筒时遇到的实际问题,设计出铝筒及其附件的详细尺寸参数,并研制出铝筒利用6061铝合金铝管加工和热处理的方案。利用COMSOL Multiphysics软件,验证了所设计的铝筒通过100kA/0.1s电流时铝筒的温升在允许范围之内。并通过简化铝筒的爆炸过程,建立铝筒在爆炸过程的受力模型。通过仿真计算得出所设计的铝筒在内壁受到5MPa压强时,将会在薄弱环位置被拉断。通过测量铝丝电爆炸过程中产生的氢气量,推算出铝筒爆炸过程中内壁受到的最大压强大于20MPa,从而得出本文所设计的铝筒能够被炸断。同时也仿真出在20MPa压强作用下,铝筒拉断后的外翻效果,初步得到铝筒每个断口距离应大于2.6mm,满足断开直流大电流的需求。实验结果表明,所设计的铝筒在断路器动作时,能顺利断开形成五个距离约为6mm的均匀断口。断路器开关断开前后主触头之间电阻分别为0.008mΩ和大于20MΩ。同时能在1ms以内将蓄电池型脉冲电源提供的近4kA直流电流可靠关断。基本恢复到断路器开关的正常状态,将来在进一步提升测试电流和电压后,可以达到蓄电池型脉冲电源系统后备保护开关的性能需求。

关键词： 变压器   直流电阻   无线测温   有载分接开关   基本原理   结构设计  

摘要： 本文介绍了变压器直流电阻及有载分接开关二合一测试的研究背景、理论依据、现实意义和无线测温技术的应用对变压器直阻测量的重要性和无线测温技术的现实意义，阐述了该测试系统的基本原理和实现方案，并对实现方案进行了详细的论述，最后简要说明了该测试系统的功能特点、实际应用意义、以及经济效益、社会效益和应用前景。

关键词： DC-DC开关变换器   描述函数法   级联变换器   Floquet理论   精确建模   稳定性分析  

摘要： 直流开关变换器在电力电子系统中有着非常重要的地位,但是对于其理论研究的发展远远滞后于其实际应用,同时随着现代社会对开关变换器的性能要求逐渐变高,传统的建模和分析方法也越来越难以满足变换器的设计需求。针对单个变换器的传统小信号建模方法对变换器的开关环节进行了平均化处理,忽略了其强非线性的特征,其模型并不准确;而对级联变换器进行稳定性分析的Middlebrook阻抗匹配理论,其判据基准基于工程经验,阻抗求解过于复杂,也不能保证精度。因此,本课题以DC-DC开关变换器为研究对象,分别对单个开关变换器和级联开关变换器的精确建模和稳定性分析进行了研究。对单个DC-DC开关变换器,本课题选用了描述函数法对其建模和稳定性分析。以boost变换器为例,推导了开关环节的描述函数,建立了基于描述函数法的模型并给出了稳定性判据。从仿真和实验中发现,在变换器系统稳定到不稳定的过渡区,传统稳定性分析方法所得到的结论和仿真实验的结果存在不相符的情形,而使用描述函数法分析,可以确定这段过渡区,从而得到比传统的小信号模型稳定性分析更为准确的稳定性分析结果,并用分岔图进一步验证了过渡区间的存在和范围,最后对过渡区间内出现的低频振荡现象进行了分析。对级联DC-DC开关变换器进行了基于Floquet理论的建模和稳定性分析。首先分析了Floquet理论应用于DC-DC开关变换器的可行性和优势所在；然后以双级buck变换器为例,推导了Floquet理论下的传递矩阵,给出了稳定性判据,并用仿真和实验验证了Floquet理论稳定性分析在双级级联buck变换器中应用的正确性和准确性；最后在分析了三级级联buck变换器应用Floquet理论的稳定性的基础上,最终推导出了多级级联变换器基于Floquet理论的传递矩阵统一形式,为Floquet理论在级联DC-DC变换器中的应用迈出了第一步。