高频变压器尖波抑在LED照明技术中的应用研究(校级)
作者:管理员       发布时间:2010-9-1 9:16:31

 

河海大学大学生创新训练计划项目申请表
项目名称
电力电子变压器漏感电流尖波抑制技术研究
项目编号①
 
项目所属
一级专业门类
工程材料学
项目所属
二级专业类
电力电子学
项目实施时间②
起始时间: 2010年5月   完成时间:2012 年5月
申请人或申请团队③
 
姓名
年级
学校
所在院系、专业
联系电话
E-mail
主持人
荀倩
2008级
河海大学
计算机信息学院自动化
18961445715
XQ09086320@163.com
卜春轶
2008级
河海大学
机电工程学院机械工程及自动化
15151972960
a654353843@qq.com
 
 员
李淑星
2008级
河海大学
机电工程学院金属材料
13775032935
lishuxing08@163.com
宋海东
2008级
河海大学
机电工程学院金属材料
15295086052
shd159@126.com
荆珊珊
2008级
河海大学
计算机信息学院自动化
15151973911
766126136@qq.com
宋天琦
2008级
河海大学
机电工程学院热能与动力工程
15151973255
songtianqi412@163.com
指导教师
姓名
陈秉岩
年龄
32
单位
河海大学物理实验中心
 
行政职务/专业技术职务
实验师
指导教师
姓名
熊传华
年龄
39
单位
河海大学物理实验中心
行政职务/专业技术职务
副教授
       一、课题论证(1.本课题国内外研究现状述评及研究意义。2.本课题研究的主要内容、基本思路、研究方法、重点难点、基本观点和创新之处。3.前期相关研究成果和主要参考文献。)
       1、本课题国内外研究现状述评及研究意义
       随着电力电子技术的发展,各种以开关电源技术为基本原理的电力电子产品层出不穷,但是高频变压器几乎在所有的电子产品中都要用到。同时高频变压器在使用过程中也存在一些问题,如由漏感引发的尖波电流损害电路元件、严重的开关损耗和电磁干扰、可靠性低[1-4]。且随着开关频率的提高,这些现象更为严重,这也是每一个使用高频变压器的电路都无法回避的。比如LED的驱动电路也存在同样的问题,这就使得LED作为一种节能、环保、高效、长寿命的发光源在实际使用推广中因发光效率低和使用寿命短等缺点而使其实际应用受到限制[5]
本项目采用无源无损缓冲技术来减小使用高频变压器的电路中由漏电感产生的尖波电流和开关损耗,以此提高电路的稳定性。该技术可应用在LED的恒流驱动电路中,提高发光效率和延长使用寿命[6-7]。无损缓冲技术作为一种软开关技术具有电磁干扰小、造价低、性能好、可靠性高的特点,是国内外研究的热点,具有重要的研究意义[8]
       2、本课题研究的主要内容、基本思路、研究方法、重点难点、基本观点和创新之处
      本项目研究无损缓冲技术来减小高频变压器的漏感电流,并应用于LED驱动电路上,抑制驱动电路在开关导通和断开瞬间的尖波电流,减小电路中元件的损害和开关损耗[9-11]。在现阶段,开关电源的高效率、小型化、可靠性是国内外研究的主要方向。在解决开关电源的高效率和小型化方面,国内外通常的办法是不断探索新的软开关技术和高频变压器技术。采用各类软开关和同步整流等技术,实现开关电源开关管的零电压/流开关,使开关管子和整流器的损耗降低到最小,将变压器漏感、元件寄生电感和分布电容所存储的能量有效回收利用,以进一步提高开关电源的效率[12]。探索新的高频变压器技术,使变压器的工作频率进一步提高、漏感进一步减小、磁损耗和铜损耗进一步降低、变压器体积进一步缩小并朝着扁平化发展。本项目的创新点在于:(1)将电力电子无损缓冲技术研究应用到LED的驱动电路中,有效降低开关管的开关损耗,提高发光效率,并且保护电路元件延长LED的使用寿命[13](2)对开关电源的高频变压器进行扁平化设计研究,特别是对新式的PCB绕组高频变压器模型进行研究和试验,提高变压器工作频率、减小漏感、降低损耗、缩小尺寸;电力电子无损缓冲电路是一种重要的保护电路,不仅用于半控型器件的保护,而且在全控型器件(如GTR、GTO、功率MOSFET和IGBT等)的应用技术中起着重要的作用。
      3、前期相关研究成果:对开关电源可靠性高效小型新技术及其照明应用的研究
主要参考文献:
[1]陈坚,赵玲.电力电子技术及应用[M].北京:中国电力出版社,2006.1
[2]石新春.电力电子技术[M].北京:中国电力出版社,2006.3
[3].曹丰文,刘振来,祁春清.电力电子技术基础[M].北京:中国电力出版社,2007.8
[4]汤建新,马皓.电力电子技术实验教程[M].北京:机械工业出版社,2007.3
[5]吴玲 国家半导体照明工程进展情况[R]. 中国国际半导体照明论坛,上海,2004
[6]廖志凌,阮新波. 半导体照明工程的现状与发展趋势 [R]. 电工技术学报. 2006
[7] G. Spiazzi, S. Buso, and G. Meneghesso, “Analysis of a High-Power-Factor Electronic Ballast for High Brightness Lighting Emitting Diode”[R], PESC 05 Conf,,pp. 1494-1499,2005
[8]Achara, P.; Viriya, P.; Matsuse, K.Analysis of a half-bridge inverter for a small-size induction cooker using positive-negative phase-shift control under ZVS and NON-ZVS operation[J]. Proceedings of the International Conference on Power Electronics and Drive Systems, p 157-163, 2007, 7th International Conference on Power Electronics and Drive Systems, PEDS 2007
[9]吴新科,赵荣祥,钱照明. 倍流输出电流型输入ZVS全桥变流器新型磁集成方案[J].电工技术学报,2008,Vol.23(9):80-85
[10]粟书贤.电力电子技术实验[M].北京:机械工业出版社,2004.8
[11]梁琦,曾庆轩.一种小型化高效小功率反激式开关电源设计[J].科技导报2008,26(14):72-74
[12]王建冈,阮新波,陈军艳. 航空用大功率模块电源的设计及关键技术应用研究[J]. 电工技术学报,2005,Vol.20(12):95-100
[13]周志敏,周纪海,纪爱华,LED驱动电路设计与应用[M], 人民邮电出版社,2006
[14]河海大学常州校区. 通用型铁路信号灯电源电子变换器设计方法[P]. 中国发明专利200910029845.2,2009
[15]Tery Allineder.on 功率因素手册[M]. 半导体元件工业有限公司,2004
二、项目方案(包括项目的训练目标、前期准备、组织实施、过程管理、实践环节、教师指导、项目结题等)
训练目标: 对变压器漏感电流尖波抑制技术的研究,学习并实践课题所涉及的工程材料科学及电力电子学等综合性学科,同时设计无损缓冲电路、半桥变换模块,最终驱动LED发光,并实现100W以下LED的实际应用。在电路中是实现电路开关通断瞬间的无损缓冲以及解决变压器在开关通断瞬间的漏感电流和尖波问题。
前期准备:(1)知识上的准备:对项目所涉及到金属材料科学、电子技术、电力电子学等知识进行学习;
(2)组织分工上准备:该项目分为文档资料准备和硬件设计两个部分。要求项目组的每个成员充分理解整个项目所涉及的理论和技术环节,在此基础上,项目组分为两组,以荀倩为负责人的小组负责变压器漏感电流尖波抑制电路的设计调试,以卜春轶为负责人的小组负责收集、整理和书写各类文字资料。项目组人员保证每周集中2次互相交流,负责各个部分的成员讲解近期的工作,讨论所取得进展,使所有成员对项目进程有全面的了解。
组织实施过程安排及实践环节:
1)2010年5月-2010年10月所有成员完成项目所涉及到的金属材料科学、电子技术、电力电子学等知识的学习,完成部分的单元电路的设计以及参加江苏省物理设计大赛作品的制作;
2)2010年11月-2011年4月,结合所学知识并在老师的指导下试设制无损缓冲变压器漏感电流尖波抑制电路,分别完成各部分电路的设计,并进行实验等工作;
3)2011年5月-2011年10,在理路研究以及计算机软件按仿真技术的指导下一步一步调试电路,并设置各个参数,进一步完善,以达到预期目标。
4)2011年11月-2012年5月结合理论分析书写科技论文,并进行修改完善。同时着手书写设计报告,准备项目结题验收。
教师指导: 陈秉岩,男,1978年5月22日出生,苗族,云南普洱人,硕士,实验师。2002年6月毕业于华中师范大学物理科学与技术学院获物理学学士学位,2010年1月毕业于南京大学获硕士学位。主要研究方向为电力电子与电力传动、物理电子学和自动化仪器仪表技术。河海大学教师,中国电子学会、中国仪器仪表学会和中国物理学会会员;江苏省科技服务社会“校企联盟”物理电子学学科带头人(江苏省科技厅登记备案号:B050001),河海大学“高频电子电路精品课程”教学团队成员,常州市凯森光电有限公司、常州市良久机械制造有限公司等“校企联盟”合作单位的物理电子和电力电子技术顾问。于2004-2008年先后3次主持河海大学自制仪器设备项目(XZX/04A001-06,XZX/06A001-04,XZX/07A001-01);2006-2008年,主持常州市无线电元件六厂和常州市良久机械制造有限公司委托河海大学的课题(A11/HA0117和A11/HA0172);
2009年,主持江苏省输配电装备重点实验室开放课题(CS0906)、河海大学中央高校基本科研业务经费项目和河海大学青年基金项目(XZX/09B001-04),河海大学教育教改课题(物理电子创新人才培养模式研究与探索09A004-21);先后参与朱昌平教授的国家自然科学基金(10574038,10974044)、江苏高校高新技术产业发展项目(JHB05-08)和常州市科技攻关(CE2005026)等项目。从2005年与校外多家企业合作开始,先后从事电机驱动与控制、感应耦合等离子光源、LED照明等电力电子、物理电子和自动化方面的交叉学科的研究和技术开发工作。申请专利6项(发明专利4项)、软件著作权2项,发表科研论文16篇(EI/ISTP检索2篇次,中信所检索8篇),参与完成教育部技术鉴定1项。获得河海大学教学成果奖4项(一等奖2项),2008年11月获高等学校自制教学仪器设备成果奖,2010年1月28日获中国电子学会电子信息科学技术三等奖(第四完成人);负责2007-2009年度江苏省物理及试验科技作品创新竞赛工作,指导多项大学生创新训练计划项目(国家级3项)。所指导的学生在省级及以上学科竞赛中累计获得24个奖项(其中一等奖8项),两次被评为优秀组织单位和优秀指导教师。
        三、完成项目研究的条件和保障1申请人或团队情况,包括自身具备的知识条件、自己的特长、兴趣、已有的实践创新成果等;2.学校提供条件,包括项目开展所需的实验实训情况、配套经费、相关扶持政策等。)
        本团队有六位来自不同专业的同学组成,在项目实施过程中,组内成员互补优势,协调统一。团队成员具备一定的电力电子方面的知识,具有较强的动手能力和学习能力,爱好电子制作,并参加过校区各类电子竞赛且取得良好成绩,同时也参加了第三届全国大学生节能减排竞赛的项目,具有较好的科技创新能力。
        本项目实验室现有仪器设备条件:(1)8793F数字电参数测量仪 1台,用于测试功率因素、功率、谐波分量等电参数;(2)DF2823型LCR数字电桥1台,用于测试电感和电容参数;(3)带宽为100MHz的Tektronix(泰克)TDS2012B 数字存储示波器1台,用于测试电路的动态和静态信号;(4) 型号为WYJ-60V5A的直流电源1台,用于电路调试。在学校大力鼓励学生进行科技创新项目研究的政策下,本组同学积极响应学校号召,对电力电子变压器漏感电流尖波抑制技术做了深入的研究,学校提供了发挥个人科技创新能力的机会,同时提供了充足的经费保证项目的顺利进行。
四、预期成果
1.公开发表科研论文不少于1篇;
2.试制电力电子无损缓冲及磁性元件扁平化的电路,并应用于50-100w的LED照明技术;
3.在相关的创新设计比赛中获省级奖项不少于一项。
五、经费预算
资料收集费:1000元(购买图书资料费用)
实验材料费:8000元(电子元件4000,印刷电路板2000,测试费2000)
 旅 费:1000元(外出购买元器件,测试,参加各类比赛费用)
加工制作费:6000元
上机上网费:600元(网络流量费)
 面 费:2000元(科研论文版面费)
文具用品费:1000元(硒鼓纸张,打印费用)
      计:16,000元
六、导师推荐意见
随着变压器的广泛应用,提高变压器的效率和能源利用率已成为国内外研究的热点。该课题在100W及以下高光效照明领域有积极意义,目前,在如何进一步降低变压器的漏电感及由此产生的尖波电流及开关损耗,提高电路工作效率和可靠性、降低EMI、拓展应用空间等方面还存在诸多需要深入研究的问题。该课题要求学生在导师的指导下独立完成,对培养物理电子学、电力电子学、工程材料学等交叉学科技术人才有积极作用。
同意立项
 
 
                                                 签名:
                                                        
七、申报单位推荐意见
 
 
 
 
 
 
 
单位负责人签名:         学院盖章:
                                                         
八、教务部意见:
 
 
 
 
 
 
 
 
 
                            负责人签名:        教务部公章
                      

 

注:①“项目编号”一栏由教务部统一填写;
②“项目实施时间”一栏原则上为一年;
③“申请人或申请团队”一栏表格人数不得增加。
附件1:    高频变压器尖波抑在LED照明技术中的应用研究.doc    点击浏览文件