一种新型高压开关功率放大器的研制

论文摘要

振动试验可以模拟振动环境，是检验产品可靠性、动强度的一种有效手段，已被广泛应用于产品的性能考核和动强度鉴定中。功率放大器则是振动试验系统中不可缺少的设备，开关功率放大器是目前使用最广泛的一种功率放大器，其性能和与振动台的匹配状况直接关系着整个振动试验系统的性能。近年来，我国20吨以上大吨位电动振动台的发展为卫星和导弹等大型设备进行综合应力环境试验提供了条件，也对大功率高压开关功率放大器提出了需求。针对大功率高压开关功率放大器的需求，本文提出了一种新型开关功率放大器的研制方法，详细阐述了设计方案。功率放大器主要由直流电源、功率电路、控制电路、输出滤波等几部分组成。本系统直流电源部分采用三相桥式全控整流电路，功率电路采用全控器件绝缘栅双极性晶体管（IGBT）构成的全桥逆变器，控制电路采用脉宽调制（PWM）集成控制技术，输出滤波采用二阶LC低通滤波器，来实现高电压大功率输出。此外，文中还在大功率IGBT驱动电路、单极性倍频PWM调制、IGBT散热和电磁兼容性等方面进行了较为细致的设计。研制出的样机经调试取得良好效果，根据测试结果，获取了大功率高压开关功率放大器的精确性能指标，总结设计的优缺点，为今后更大功率的功率放大器的设计提供理论依据和实践经验。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题意义和目的
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文研究内容
• 第2章 功率放大器总体设计及主要指标的确定
• 2.1 开关功率放大器的基本原理
• 2.2 大功率高压开关功率放大器的主要技术指标及总体设计
• 2.2.1 大功率高压功率放大器的主要技术指标
• 2.2.2 大功率高压开关功率放大器的总体设计
• 2.2.3 大功率高压开关功率放大器的效率
• 2.2.4 大功率高压开关功率放大器的开关频率
• 2.2.5 大功率高压开关功率放大器的失真度
• 2.3 本章小结
• 第3章 大功率高压开关功率放大器直流电源设计
• 3.1 整流电路的设计
• 3.2 整流器元器件参数计算和选取
• 3.2.1 计算直流输出电压
• 3.2.2 计算整流器的输出功率
• 3.2.3 计算整流器进线电流
• 3.2.4 整流电力二极管参数的确定
• 3.3 滤波电容选型
• 3.3.1 直流滤波电容器的参数计算
• 3.3.2 高频滤波电容器的参数计算
• 3.4 其它器件选择
• 3.4.1 进线空气开关的选择
• 3.4.2 进线熔断器的选择
• 3.4.3 电源进线侧阻容吸收电路的参数计算
• 3.5 本章小结
• 第4章 功率电路及滤波器设计
• 4.1 功率电路总体设计
• 4.1.1 功率电路的组成
• 4.1.2 功率电路的电路拓扑结构
• 4.1.3 功率电路的开关频率
• 4.1.4 功率电路的功率器件的选择
• 4.2 IGBT的选型
• 4.2.1 确定电压额定值
• 4.2.2 确定电流额定值
• 4.3 IGBT驱动电路设计
• 4.4 IGBT保护电路设计
• 4.4.1 IGBT过压保护
• 4.4.2 IGBT过流保护
• 4.4.3 IGBT过温保护
• 4.5 IGBT散热设计
• 4.5.1 IGBT的功率损耗计算
• 4.5.2 IGBT散热计算
• 4.6 输出滤波电路设计
• 4.6.1 输出滤波原理及设计原则
• 4.6.2 输出滤波器的选取
• 4.6.3 输出滤波器的参数设计
• 4.7 本章小结
• 第5章 控制电路设计
• 5.1 控制电路原理
• 5.2 PWM调制方法
• 5.2.1 双极性SPWM调制
• 5.2.2 单极性SPWM调制
• 5.2.3 单极性倍频SPWM调制
• 5.3 PWM集成调制电路
• 5.4 电磁兼容性设计
• 5.4.1 控制电路的电磁兼容性设计
• 5.4.2 功率电路的电磁兼容性设计
• 5.5 本章小结
• 第6章 功率放大器样机测试与分析
• 6.1 样机测试用仪器仪表
• 6.2 样机调试
• 6.3 样机测试与分析
• 6.3.1 功率模块均流测试
• 6.3.2 信噪比测试
• 6.3.3 失真度测试
• 6.3.4 死区时间影响失真的测试
• 6.3.5 频率响应测试
• 6.3.6 温度测试
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历