近年來，隨著集成電路技術和電源管理技術的發展，低壓差線性穩壓器（LDO）受到了普遍的關注，被廣泛應用于便攜式電子產品如PDA、MP3播放器、數碼相機、無線電話與通信設備、醫療設備和測試儀器等中，但國內研究起步晚，市場大部分被國外產品占有，因此，開展本課題的研究具有特別重要的意義。 首先，簡單闡述了課題研究的背景及意義，分析了低壓差線性穩壓器（LDO）研究的現狀和發展趨勢，并提出了設計的預期技術指標。 其次，詳細分析了LDO線性穩壓器的理論基礎，包括其結構、各功能模塊的作用、系統工作原理、性能指標定義及設計時對性能指標之間相互矛盾的折衷考慮。 再次，設計了基于自偏置電流源的帶隙基準電壓源，選取PMOS管作為系統的調整元件并計算出了其尺寸，設計了基于CMOS工藝的兩級誤差運算放大器。利用HSPICE工具仿真了基準電壓源和誤差運算放大器的相關性能參數。 然后，重點分析了穩壓器的穩定性特征，指出系統存在的潛在不穩定性，詳細論述了穩定性補償的必要性，比較了業界使用過的幾種穩定性補償方法的不足之處，提出了一種基于電容反饋VCCS的補償方法，對系統進行了穩定性的補償； 最后，將所設計的模塊進行聯合，設計了一款基于CMOS工藝的LDO線性穩壓器電路，利用HSPICE工具驗證了其壓差電壓、靜態電流、線性調整率等性能指標，仿真結果驗證了理論分析的正確性、設計方法的可行性。
上傳時間： 2013-07-08
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石油鉆采設備通常工作于公共電網所不及的沙漠、海洋和陸地等環境場合，其中的電站子系統由數臺柴油發電機組及其相應的控制系統構成，為石油鉆機提供動力電源（小電網供電系統）。石油鉆機中的鉆井設備（絞車、泥漿泵和轉盤等）由大功率的交流或直流電動機驅動，根據鉆井工藝需要調節轉速和控制轉矩，因此，通常采用VFD變頻調速系統或SCR直流調速系統來滿足鉆井工藝要求。眾所周知，電力電子裝置（VFD變頻傳動系統和SCR直流傳動系統）對電力系統帶來諧波污染，尤其是對柴油發電機組小電網系統，諧波污染的問題將更為嚴重，而且SCR電驅動系統的功率因數較低，也給小電網系統帶來額外負擔，影響供電質量。因此，對石油鉆機電驅動系統進行諧波抑制和提高功率因數，顯得尤為重要。本論文正是針對此問題進行的研究和實踐。 本文對石油鉆機電驅動系統的構成及其工作原理作了介紹，重點分析了SCR和VFD電驅動系統諧波和無功功率產生的原因及危害，結合國內外的研究成果，提出對石油鉆機電驅動系統進行諧波抑制和無功補償的方案，并將其應用到實際的工程項目中。 石油鉆機電驅動系統為典型的多諧波源系統，本文對各個諧波源進行了詳細地分析，并且將多個諧波源進行了合成疊加和計算，來確定對電網系統總的影響（電壓畸變率）；針對SCR和VFD電驅動系統的結構和特點，提出了對SCR和VFD系統進行諧波抑制和無功功率補償的不同解決方案，即：對SCR電驅動系統，采用有源濾波器+動態無功功率補償的辦法，來消除諧波和改善功率因數；而對VFD電驅動系統，采用有源濾波器來消除諧波即可。 對石油鉆機SCR和VFD電驅動系統諧波進行的分析和計算，為兩系統諧波抑制的方案選型和系統優化提供了設計依據。本文選用適合于柴油發電機組小電網供電系統的有源濾波器（額定電壓為690V）來濾除諧波，在系統結構上，采用一個諧波源配置一個有源濾波器的方法，主要解決了CT和PT連接的問題，實踐證明系統配置合理，濾波效果良好。同時對SCR電驅動系統設計了動態無功補償裝置，通過實測數據驗證了本文對SCR電驅動系統的無功進行了有效地補償。
上傳時間： 2013-04-24
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Sigma-Delta A/D轉換器利用過采樣，噪聲整形和數字濾波技術，有效衰減了輸出信號帶內的量化噪聲，提高了信噪比。與傳統的Nyquist轉換器相比，它降低了對模擬電路性能指標和元件精度的要求，簡化了模擬電路的設計，降低了生產成本。 本論文在對Sigma-Delta A/D轉換器原理研究的基礎上，基于TSMC0．18um工藝，采用1．8V工作電源，128倍的過采樣率，6．4MHz的采樣頻率，設計了一個主要應用于音頻信號處理的Sigma-Delta A/D轉換器，分辨率達到16位。在調制器的設計中，本文采用了多級噪聲整形MASH（2-1）級聯調制器結構，同時，考慮了各種非理想因素對系統性能的影響，在SDtoolbox工具的幫助下使用Simulink進行調制器系統設計。并使用Cadence Spectre對模塊電路進行設計仿真，包括運放，比較器，帶隙基準電壓源，CMOS開關，非交疊時鐘產生電路等。在數字抽取濾波器的設計中，采用了分級抽取技術，使用MATLAB軟件中的SPTool和FDATool工具對各級抽取濾波器進行優化設計。并在原有的濾波器算法的基礎上，采用了CIC濾波器和半帶濾波器，設計出了運算量和存儲量都相對少的三級抽取濾波器系統，大大降低了功耗和面積。 論文的仿真結果表明，所設計的Sigma-Delta A/D轉換器信噪比達到102．3dB，滿足系統需要的16位精度要求。 關鍵詞：Sigma-Ddta； 信噪比； 多級噪聲整形； 數字抽取濾波器
標簽： SigmaDelta 音頻 模數轉換器
上傳時間： 2013-06-27
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以諧波抑制，無功補償為主要功能的有源電力濾波器的基本理論已經成熟，但是市場尚無成熟的諧波有源抑制產品，同時電網諧波問題日益突出，因此需要對有源電力濾波器進行產業化應用研究。并聯有源電力濾波器以其安裝、維護方便，成為商用化產品的主流。所以本文針對并聯有源電力濾波器，展開產業化應用研究。 本文研究工作首先由如下工程問題引出：并聯有源電力濾波器在補償辦公樓電氣負載產生的諧波電流時，會出現諧波放大現象。辦公樓電氣負載主要是計算機、開關電源、不間斷電源、電壓型變頻器等，這些都是電壓型諧波源．本文以電容濾波型整流電路（電壓型諧波源）的分析作為切入點，基于“分段線性化”方法，對并聯有源電力濾波器補償電容濾波型整流負載進行了穩態分析，得到系統的電流和電壓波形，進而獲得其頻譜特性。通過本文所述穩態分析方法，可以從理論上理解并聯有源電力濾波器補償電容濾波型整流負載的工作過程，對有源電力濾波器的應用研究具有重要的理論和實際意義。 本文在分析辦公樓負載電氣特性的基礎上，建立了有源電力濾波器補償容性負載的簡化模型，依據該模型分析了負載中容性元件的電容值與諧波電流放大之間的關系；為了克服諧波放大現象，本文首先通過負載電流采樣環節后加裝濾波器的方式，將電流諧振頻率分量從采樣值中濾除，雖然達到了抑制諧波放大的目的，但是由于延時的引入，使得補償后網側電流畸變率（THD）急劇升高；然后根據這一思路，采用基于快速傅立葉變換（FFT）的有選擇諧波補償方法將電流諧振頻率分量從負載電流采樣值中濾除，使得系統在諧振頻率處變為開環控制，使系統穩定。經過對辦公樓負載的實際并網諧波補償實驗證明基于FFT的有選擇諧波補償方法對于抑制諧波放大是有效的。本創新點的研究工作對于實際工程應用具有參考價值。 為了滿足大容量的諧波抑制要求，本文提出了模塊化有源電力濾波器并聯補償方案，該方案的特點是模塊化結構及N+1冗余并聯控制策略、主從總線結構及主機產生、負載電流檢測方案以及并聯均流策略。主機產生及負載電流檢測是這一并聯方案的突出特點，體現了本文的創新性工作。本文還對多模塊并聯系統進行了建模和穩定性研究；依據模塊化并聯補償方案，在省科技計劃重點項目的支持下，對有源電力濾波器進行產業化研究，從項目方案、設計、器件選型，樣機調試、滿功率運行及性能檢測、樓宇負載與工業負載的實際并網實驗，直至工業樣機定型，對有源電力濾波器的產業化應用研究起了較大的推進作用，支撐項目目前已經有定型的工業化產品推出。 全文圍繞上述三個方面展開，章節分排如下：（1）第一章從實際應用角度，總結闡述了有源電力濾波技術在諧波檢測、電流跟蹤控制、拓撲結構三個方面的研究進展；（2）第二章對并聯有源電力濾波器補償電容濾波型整流負載進行了穩態分析；（3）第三章分析了有源電力濾波器補償容性負載時出現的諧波放大現象，并利用FFT方法使得系統在諧振頻率處變為開環控制，達到抑制諧波放大的目的；（4）第四章、第五章提出有源電力濾波器模塊化并聯方案，并詳細說明了模塊化并聯系統的設計和實驗；（5）第六章對全文進行了總結，并對今后的研究工作進行了展望。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著電力電子技術的發展，交流電源系統的電能質量問題受到越來越多的關注。傳統的整流環節廣泛采用二極管不控整流和晶閘管相控整流電路，向電網注入了大量的諧波及無功，造成了嚴重的污染。提高電網側功率因數以及降低輸入電流諧波成為一個研究熱點。功率因數校正技術是減小用電設備對電網造成的諧波污染，提高功率因數的一項有力措施。本文所做的主要工作包括以下幾部分： 1.分析了單位功率因數三相橋式整流的工作原理，這種整流拓撲從工作原理上可以分成兩部分：功率因數補償網絡和常規整流網絡。在此基礎上，為整流電路建立了精確的數學模型。 2.這種單位功率因數三相橋式整流的輸入電感是在額定負載下計算出的，當負載發生變化時，其功率因數會降低。針對這種情況，提出了一種新的控制方法。常規整流網絡向電網注入的諧波可以由功率因數補償網絡進行補償，所以輸入功率因數相應提高。負載消耗的有功由電網提供，補償網絡既不消耗有功也不提供任何有功。根據功率平衡理論，可以確定參考補償電流。雙向開關的導通和關斷由滯環電流控制確定。在這一方法的控制下，雙向開關工作在高頻下，因此輸入電感值相應降低。仿真和實驗結果都表明：新的控制方法下，負載變化時，輸入電流仍接近于正弦，功率因數接近1。 3.根據IEEE-519標準對諧波電流畸變率的要求，為單位功率因數三相橋式整流提出了另一種控制方法。該方法綜合考慮單次諧波電流畸變率、總諧波畸變率、功率因數、有功消耗等性能指標，并進行優化，推導出最優電流補償增益和相移。將三相負載電流通過具有最優電流補償增益和相移的電流補償濾波器，得到補償后期望的電網電流，驅動雙向開關導通和關斷。仿真和實驗都收到了滿意的效果，使這一整流橋可以工作在較寬的負載范圍內。 4.單位功率因數三相橋式整流中直流側電容電壓隨負載的波動而波動，為提高其動、靜態性能，將簡單自適應控制應用到了直流側電容電壓的控制中，并提出利用改進的二次型性能指標修改自適應參數的方法，可以在實現對參考模型跟蹤的同時又不使控制增量過大，與常規的PI型簡單自適應控制相比在適應律的計算中引入了控制量的增量和狀態誤差在k及k+1時刻的采樣值。利用該方法為直流側電壓設計了控制器，并進行了仿真與實驗研究，結果表明與PI型適應律相比，新的控制器能提高系統的動態響應性能，負載變化時系統的魯棒性更強。
上傳時間： 2013-06-15
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在能源枯竭環境污染日益嚴重的今天，光伏發電結合其自身的特點，日益得到各國的重視并將成為各國競向發展的熱點。而光伏并網發電又是光伏利用中的發展趨勢，基于此，本文對單相并網發電系統進行了研究，并設計了一臺1.5KW的單相光伏并網裝置。在對主電路拓撲、MPPT、防孤島效應、逆變并網控制方法詳細分析的基礎上，選用了一種雙重BOOST前級電壓匹配、后級全橋逆變的非隔離型的主電路拓撲結構，這種結構具有前級DC/DC變換控制簡單、中間直流母線電壓波動小、效率高、體積小等優點。MPPT采用后級實現方式；防孤島效應采用有被動和主動兩種方式；逆變并網控制是光伏并網發電系統中最為重要的環節，其功能作用是把前級的直流電轉化為與電網電壓同頻同相的交流電與電網并聯，并使其輸出電流為單位功率因數、總諧波畸變率小于5％，本文對各種逆變并網控制策略分析比較的基礎上，采用了帶有電網電壓前饋補償的瞬時電流控制方式來實現。系統整體以UC3875和TMS320LF2812為控制核心，前級有UC3875進行雙環控制直流母線電壓，后級最大功率跟蹤、防孤島效應、逆變并網、并聯通訊及故障保護有TMS320LF2812來實現。本文總體工作包括詳細的理論分析、主電路設計、軟件及硬件電路的設計、調試及實驗波形分析等。
上傳時間： 2013-04-24
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脈沖電暈法煙氣脫硫脫硝技術是利用電暈放電產生的高能電子與中性分子碰撞，產生自由基和活性粒子，在有氨加入的條件下，將SO2、NOx轉化為硫銨和硝銨。根據現有脈沖電暈法電源設備不能大規模工業化實踐應用的缺點，設計了一種新型的高頻高壓交直流疊加的脫硫脫硝電源。 本文重點介紹了交、直流電源的工作原理，對電源中的串聯諧振情況進行了具體的分析，交流電源采用串聯負載串聯諧振的工作方式，直流電源采用并聯負載串聯諧振的工作方式。通過變壓器升壓和諧振升壓，可使交流電壓的上升率大于200V/us，直流電壓可達到上萬伏。同時計算了電源的主要參數，為實驗打下基礎。為了進一步提高交流電壓的頻率，針對感性負載，采用全橋移相軟開關控制策略，為開關器件提供零電壓關斷條件。通過理論分析、仿真及實驗對軟、硬開關過程及損耗進行比較，證明軟開關對提高開關頻率的促進作用。 為方便對交、直流電壓幅值進行調節，設計了電源控制系統，采用兩個數字PID控制器，能同時對二者的幅值進行控制，并以液晶和鍵盤作為人機交互界面，方便用戶的操作。 交直流疊加的電源可以使反應器產生穩定、寬范圍、有效的流光。交流電壓使放電增強，產生的自由基多，氧化脫除量增加。直流基壓驅使正離子和電子離開流光通道，自由基分布更廣，與SO2等接觸面增加，增強脫硫脫硝效果。 本文也對脫硫脫硝系統的電磁干擾情況進行分析，并采用接地、屏蔽、隔離等方法提高系統的電磁兼容性能。
上傳時間： 2013-04-24
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由于絕緣柵雙極晶體管IGBT具有工作頻率高、處理功率大和驅動簡單等諸多優點,在電力電子設備、尤其是中大型功率的電力電子設備中的應用越來越廣泛。但是,IGBT失效引發的設備故障往往會對生產帶來巨大影響和損失,因此,對IGBT的失效研究具有十分重要的應用意義。 本文在深入分析IGBT器件工作原理和工作特性的基礎上,采用雙極傳輸理論聯立求解電子和空穴的傳輸方程,得到了穩態時電子和空穴電流的表達式,對造成IGBT失效的各種因素進行了詳細分析。應用MATLAB軟件,對硅參數的熱導率、載流子濃度、載流子壽命、電子遷移率、空穴遷移率和雙極擴散系數等進行了仿真,深入研究了IGBT的失效因素,得到了IGBT失效的主要原因是發生擎住效應以及泄漏電流導致IGBT延緩失效的有用結論。并且,進行了IGBT動態模型的設計和仿真,對IGBT在短路情況下的失效機理進行了深入研究。 考慮到實際設備中的IGBT在使用中經常會發生反復過流這一問題,通過搭建試驗電路,著重對反復過流對IGBT可能帶來的影響進行了試驗研究,探討了IGBT因反復過流導致的累積失效的變化規律。本文研究結果對于正確判斷IGBT失效以及失效程度、進而正確判斷和預測設備的可能故障,具有一定的應用參考價值。
上傳時間： 2013-08-04
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大功率電力電子裝置的廣泛應用使電力系統無功功率補償和諧波污染問題日趨嚴重，動態無功功率補償和諧波抑制成為現代電力傳動領域研究的熱點。傳統補償技術由于主控制器運算能力的限制，難以對實時信號進行有效分析，影響了補償效果。而DSP計算速度快，能夠實現復雜的數字信號處理或數字實時控制。本文針對礦井直流提升機的無功補償問題，設計了一種基于DSP的TCR型動態無功補償器，以穩定電網電壓、減小電壓波動，提高功率因數。 本文綜述了無功補償技術的國內外研究概況、水平和發展趨勢，基于 MATLAB 對電力電子裝置諧波源進行了諧波分析與仿真，分析和介紹了 TCR 的無功補償原理及瞬時無功理論，確定了無功補償系統主電路及其控制系統，提出了系統的總體方案。 本設計選用 TMS320F2812 DSP 芯片作為主處理器，設計了信號輸入、濾波放大和信號調理等 DSP 外圍硬件電路；軟件方面采用模塊化設計，編寫了軟件流程圖，給出了部分程序代碼。 本文基于MATLAB軟件對無功補償控制系統的補償效果進行了模擬仿真。仿真結果表明：系統線電壓、負載無功功率和TCR無功功率等在兩個周期內達到穩定，系統線電壓波動小于3％，系統線電壓和系統線電流中僅含有較少量的5次、7次和 11 次諧波，總諧波畸變率滿足《公用電網諧波》標準的要求，為在煤礦中的實際應用提供了理論基礎。
上傳時間： 2013-07-24
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工業領域中需要大量的AC/DC整流電源。隨著現代電力電子技術的不斷發展，人們曰益意識到低功率因數整流系統造成了諧波污染和電網公害。因此消除電網諧波污染，提高功率因數，成為整流系統的發展趨勢。由于中大功率的電力電子設備在電網中占很大的比重，因此高功率因數的三相整流器的研究已成為當今國內外研究的一大熱點。 隨著數字控制技術的不斷發展，越來越多的控制策略通過數字信號處理器(DSP)得以實現。數字控制的特有優點：簡化硬件電路，克服了模擬電路中參數溫度漂移的問題，控制靈活且易實現先進控制等，使得所設計的電源產品不僅性能可靠，且易于大批量生產，從而降低了開發周期。因此，數字化控制電源已成為當今于開關電源產品設計的潮流。 本文首先給出了幾種常見的三相功率因數校正方案，并對其進行了比較和分析，在前面的基礎上提出了：三相三開關三電平拓撲結構和雙閉環控制的策略結合的三相PFC系統。緊接著介紹了DSP芯片的特點及其在電力電子裝置中的應用，首先介紹目前DSP芯片的發展，通過比較選定了TI公司的TMSLF2407芯片作為本文的處理芯片，而后基于對TMSLF2407芯片的內部資源和該芯片數字式PWM信號產生的原基于DSP的三相有源功率因數校正研究與設計理的分析，提出了三相PFC的數字化解決方案。在第四章中介紹了基于DSP數字控制的PFC的總體設計方案，電路所采用的是基于平均電流方案的雙閉環控制策略。內環通過瞬時值控制獲得快速的動態性能，保證輸出畸變率較低，外環使用輸出電壓的瞬時值控制，具有較高的輸出精度。本文最后應用仿真軟件MATLAB中的SIMULINK對系統進行仿真，驗證控制策略的可行性，并有助于系統主電路和控制電路的設計。對于三相變換器這種復雜的非線性系統，需要模擬、數字信號混合仿真，仿真比較難以實現。一是因為模型難以建立二是即使建立起一個模型，由于電路復雜，仿真軟件也未必能保證其收斂性。所以經過簡化，利用MATLAB中的SIMULINK構建了變換器的電壓模型，用于驗證設計方法和設計參數的正確性。
上傳時間： 2013-05-31
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