高频软开关复合脉冲电源的研制

论文摘要

本文针对目前等离子表面处理工艺下脉冲电源效率和频率较低,频率和占空比可调范围窄的情况,对高频大功率情况下频率和占空比可宽范围内调节的单极性直流脉冲和对称双极性脉冲可选的复合脉冲电源做了研究。首先,本文对脉冲电源现状和等离子表面处理工艺背景做了简单介绍,针对目前脉冲电源的缺陷和工艺要求,提出电源总体设计方案和指标要求,采用两种不同的拓扑结构和控制方式,完成了单极性脉冲变换器和双极性脉冲变换器的拓扑分析和参数设计,采用零电压(ZVS)软开关技术,提高了变换器的效率。其次,根据电源控制方案,分别对互补PWM控制电路和有限双极性控制电路进行了较为详细的参数计算和工程设计,并且设计了驱动电路和保护电路。再次,针对杂散电感的存在引起开关管电压尖峰的问题,采用简单的RC缓冲电路,成功减小电压尖峰。在功率管串联技术方面,对其动态均压和静态均压做了详细的理论分析和参数计算。并对变换器进行了基于PSPICE的仿真分析,搭建了实验样机,从实验波形上可以看出,实现了软开关,达到了动态均压和静态均压得目的。最后,进行工艺联调实验,为了解决脉冲电源应用在等离子表面处理工艺中等离子化速度慢的问题,引入负载串联电感电路,加速了等离子化过程,提高了镀膜速率,从实验情况分析可知,所设计的变换器基本达到了技术指标要求,能够高质量的完成工件的等离子表面处理工艺。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景简介
• 1.2 脉冲开关电源发展概述
• 1.3 课题主要研究内容和意义
• 1.4 本章小结
• 2 高频软开关复合脉冲电源总体方案和主电路拓扑分析
• 2.1 高频软开关复合脉冲电源的特点和指标要求
• 2.2 高频软开关复合脉冲电源的总体方案
• 2.3 高频软开关复合脉冲电源拓扑原理分析
• 2.3.1 单极性直流脉冲电源拓扑选择
• 2.3.2 对称双极性脉冲电源拓扑选择
• 2.4 高频软开关复合脉冲电源主电路拓扑模态分析
• 2.4.1 单极性直流脉冲变换器模态分析
• 2.4.2 对称双极性脉冲变换器模态分析
• 2.5 本章小结
• 3 高频软开关复合脉冲电源主电路参数设计
• 3.1 单极性直流脉冲变换器参数设计
• 3.1.1 变换器拓扑的特点分析
• 3.1.2 上下桥臂ZVS分析
• 3.2 对称双极性脉冲变换器的参数设计
• 3.2.1 实现ZVS条件
• 3.2.2 负载串联电感参数设计与制作
• 3.3 功率管串联技术
• 3.3.1 二极管的串联均压技术
• 3.3.2 IGBT的串联均压技术
• 3.4 RC缓冲电路的设计
• 3.5 本章小结
• 4 控制驱动电路
• 4.1 互补PWM输出控制电路
• 4.1.1 控制芯片的选择
• 4.1.2 UC3843外围电路的设计
• 4.2 有限双极性控制电路
• 4.2.1 控制芯片的选择
• 4.2.2 SG3525外围电路的设计
• 4.3 驱动保护电路的设计
• 4.3.1 IGBT驱动电路的设计
• 4.3.2 HCPL3120及其外围电路的设计
• 4.3.3 驱动供电电源的设计
• 4.3.4 保护电路的设计
• 4.4 本章小结
• 5 仿真和样机实验结果及其分析
• 5.1 控制电路实验结果
• 5.2 单极性直流脉冲变换器仿真和样机实验结果分析
• 5.3 对称双极性脉冲变换器仿真和样机实验结果分析
• 5.4 功率管串联均压和RC吸收实验结果分析
• 5.5 工艺联调实验
• 5.6 本章小结
• 6 全文总结
• 致谢
• 参考文献