基于交直流叠加技术的高压脉冲电源的设计

论文摘要

传统高压脉冲电源一般以整流电路和工频变压器为基础,采用旋转火花隙开关或磁压缩开关研制而成。此种电源不仅耗材多,成本高,而且控制困难,获得的脉冲频率范围有限,效率低。在大量参考和研究相关资料后,本文探讨了实现基于交直流电源叠加的高压脉冲的理论,提出了实现方案,理清了高压脉冲电源的主电路设计及其控制机理。运用MATLAB仿真工具,对高压脉冲电源的电路进行了模拟仿真,从仿真的结果来看,本文设计的高压脉冲电源产生的脉冲电压波形单一、稳定,脉冲频率范围较宽而且控制容易、效率高,完全符合设计要求。而且,为今后高压脉冲电源的实际设计提供了充分的理论依据。本文设计的高压脉冲电源包括主电路和控制电路两部分。主电路包括交流电源和直流电源,其中交流电源采用IGBT作为脉冲压缩系统和全桥逆变电路的控制开关,采用北京落木源公司生产的TX-DA962A型驱动模块设计驱动电路,并设计了相应的缓冲电路。直流电源以约翰逊式DC-DC变换器和倍压电路为基础研制而成。对电路中元器件的参数进行了详细的计算。电源控制系统以DSP为核心,采用TI公司生产的TMS320F2812芯片作为PWM的主控单元,并采集电压、电流进行反馈控制。介绍了控制系统的硬件设计及软件设计,包括供电电路、复位电路、PWM生成电路以及A/D采用子程序、PWM子程序等设计。仿真结果验证了本文设计的高压脉冲电源的正确性和有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1. 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 脉冲电源概述
• 1.2.1 基本原理
• 1.2.2 实现方式
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国外
• 1.3.2 国内
• 1.4 本文设计与研究的内容
• 2. 高压脉冲电源的总体结构
• 2.1 脉冲电源模型
• 2.2 总体结构
• 2.3 本章小结
• 3. 交流电源的设计
• 3.1 单相不可控整流电路设计
• 3.1.1 整流电路原理
• 3.1.2 整流电路的确定
• 3.1.3 整流电路中元器件参数的计算
• 3.2 单相全桥逆变电路的设计
• 3.2.1 逆变电路选择方案
• 3.2.2 功率开关器件的选择
• 3.2.3 IGBT 参数计算
• 3.2.4 IGBT 驱动电路设计
• 3.2.5 IGBT 缓冲电路设计
• 3.2.6 变压器设计
• 3.3 本章小结
• 4. 高压直流电源的设计
• 4.1 约翰逊式DC-DC 变换器的原理
• 4.2 倍压电路的原理
• 4.3 高压直流电源的确定及其参数计算
• 4.3.1 约翰逊电路设计
• 4.3.2 输出变压器设计
• 4.3.3 振荡电路中晶体管参数设计
• 4.3.4 振荡变压器设计
• 4.3.5 倍压电路设计
• 4.3.6 稳压电路设计
• 4.4 本章小结
• 5.DSP 控制系统的设计
• 5.1 数字控制系统简介
• 5.2 控制系统的硬件设计
• 5.2.1 TMSF2812 的性能介绍
• 5.2.2 TMSF320F2812 的片内外设计
• 5.2.3 电源电路设计
• 5.2.4 复位电路
• 5.2.5 A/D 电路及保护校正电路设计
• 5.2.6 PWM 电路设计
• 5.3 DSP 控制系统软件设计
• 5.3.1 DSP 系统开发工具CCS
• 5.3.2 A/D 采样程序设计
• 5.3.3 PWM 控制程序的设计
• 5.3.4 带有死区控制的PWM 电路
• 5.4 本章小结
• 6. 电源仿真结果
• 6.1 交流电源的仿真
• 6.1.1 整流滤波电路仿真
• 6.1.2 全桥逆变电路的仿真
• 6.2 高压直流电源电路仿真
• 6.3 交直流电源电路叠加仿真
• 6.4 本章小结
• 7. 总结
• 参考文献
• 致谢