机载行波管高压开关电源的结构设计与性能研究

论文摘要

为适应军事和航天领域的需求,一种用于微波功率模块(Microwave power module, MPM )的小型化、高效率的高密度集成功率变换器(electronic power conditioner, EPC)正在被广泛的研究,本项研究就是在这一背景下所做出的积极探索。在对国内外所开发的开关电源中常用的电路拓扑结构及其所应用的软开关技术进行综合比较的基础上,通过对变换器的工作原理的理论分析,制定了如下研究方案。主电路采用了移相控制ZVS PWM全桥变换器拓扑,应用辅助网络来实现软开关技术,通过高频变压、倍压整流两级升压环节解决了高变比升压问题;控制电路以电压型脉宽调制集成控制芯片UC3875为核心,以PI模拟调节构成稳压控制模式,实现了系统的稳压和限流功能;驱动电路通过脉冲变压器实现了PWM驱动信号与开关管驱动回路的电气隔离;保护电路实现了开关管过流保护,输入过压保护,输入欠压保护,输出过压保护,输出欠压保护、告警功能。同时,推导了闭环控制系统的传递函数,由传递函数分析了系统的稳定性,并利用MATLAB进行了系统特性仿真,验证了理论设计,进而根据仿真分析提出了设计改进的方向,完成了最终的闭环优化设计。最后,根据整体参数设计,进行线路组装和调试,完成了样机试制。同时,对样机的主要性能进行了测试,得到了一些主要的实验波形,验证了理论分析和工程设计的正确性。设计方案中采用了高频变压、倍压整流和软开关技术,可供高密度集成功率变换器的设计实现小型化、轻质量、高效率参考,对低输入、高输出电源设计提供了一定的改进参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 微波功率模块（MPM）的发展及性能优势
• 1.2 高密度集成电源（EPC）的发展现状
• 1.3 开关电源的发展现状
• 1.4 开关电源中常用的DC-DC 级拓扑
• 1.5 ZVS PWM 全桥变换器和倍压整流技术
• 1.5.1 ZVS PWM 全桥变换器
• 1.5.2 倍压整流技术
• 1.6 本文的研究内容
• 1.7 本文的研究意义
• 第2章 移相控制ZVS-PWM 全桥变换器
• 2.1 辅助网络的工作原理
• 2.2 电流增强原理
• 2.3 带辅助网路的移相控制全桥变换器的工作原理
• 2.4 零电压开关条件
• 2.5 本章小结
• 第3章 电源的整体参数设计
• 3.1 主电路的构成
• 3.1.1 输入滤波电路
• 3.1.2 全桥逆变电路
• 3.1.3 高频变压器、隔直电容、谐振电感和辅助网络
• 3.1.4 倍压整流电路和输出滤波电路
• 3.2 主电路参数设计
• 3.2.1 高频变压器设计
• 3.2.2 谐振电感的设计
• 3.2.3 输出滤波电感的设计
• 3.2.4 输出滤波电容的选择
• 3.2.5 主功率管的选择
• 3.2.6 倍压整流电路的设计
• 3.3 控制保护和驱动电路
• 3.4.1 控制芯片及其外围电路的设计
• 3.4.2 控制方案及电压闭环设计
• 3.4.3 保护电路
• 3.4.4 驱动电路
• 3.4 本章小结
• 第4章 仿真与实验结果
• 4.1 主要性能指标与参数
• 4.2 仿真和实验波形
• 4.3 本章小结
• 结论
• 附录
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的学术论文
• 致谢