高效高功率密度行波管电源核心变换器的研究与实现

论文摘要

高效率、高功率密度行波管电源作为小型化微波发射机的集中供电和控制系统,其技术水平直接影响和制约着小型化微波发射机的发展。本课题主要研究低电压输入条件下小型化行波管集成电源系统的关键技术,针对该电源系统高电压、多输出、高效率、高功率密度的特点,提出了一种高升压比、高变换效率、小体积的开关电源核心变换器方案——有源箝位推挽倍压变换器。该变换器利用其自身的寄生参数产生边缘谐振,实现了开关管的软开关,从而避免了因添加谐振元件而增加电源的体积和重量;而且变换器自身升压倍数较高,加之输出端采用多级对称式倍压整流技术,解决了传统高压电源方案中升压变压器升压倍数大、体积笨重、制作难度大等问题,因此,该变换器更适于低压输入场合下的小型化高压直流电源。本文首先分析了有源箝位推挽倍压变换器的两种不同的工作模式,并分别对其稳态工作过程进行了详细的分析与推导,重点研究了主工作模式(升压模式)下开关管实现软开关的条件、变换器的增益特性和负载特性;在此基础上,给出了变换器主要参数的设计方法,并以效率最高为目标对参数进行了优化设计;然后,对变换器的动态建模方法进行了研究,提出了一种基于仿真分析的阶跃响应拟合建模方法,建立了该变换器的小信号动态模型,并对电源系统进行了闭环设计,使电源系统具有很好的稳态和动态性能。最后,针对变换器的特殊控制要求,利用可编程逻辑器件和现有电源控制芯片相结合的方法,设计并实现了变换器的控制电路模块,并根据提出的参数设计方法对行波管电源的主回路进行了硬件实验,实现了2000V/100mA的稳定、高效输出,实验结果验证了本文所提出的方法和所得结论的正确性,电源实测效率可达92.3%。

论文目录

• 表目录
• 图目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 微波功率模块（Microwave Power Module，MPM）
• 1.1.2 MPM集成电源的技术难点
• 1.1.3 国内外发展现状
• 1.2 边缘谐振软开关功率变换技术简介
• 1.3 课题的研究意义及主要研究内容
• 1.3.1 课题的研究意义
• 1.3.2 课题的主要研究内容
• 1.4 本文的结构安排
• 第二章 有源箝位推挽倍压变换器的工作原理及特性分析
• 2.1 ACPDC的稳态工作过程分析
• 0.5时的稳态工作过程分析（模式一）'>2.1.1 D>0.5时的稳态工作过程分析（模式一）
• 2.1.2 D<0.5时的稳态工作过程分析（模式二）
• 2.2 ACPDC的电压增益特性分析
• 2.2.1 ACPDC电压增益与占空比的关系
• o对增益特性曲线（M-d）的影响'>2.2.2 负载R_o对增益特性曲线（M-d）的影响
• 2.3 小结
• 第三章 有源箝位推挽倍压变换器的参数设计与优化
• 3.1 ACPDC的可行性设计
• 3.1.1 电路参数选择
• 3.1.2 电路仿真
• 3.2 最优化设计理论基础
• 3.2.1 最优化设计方法概述
• 3.2.2 最优化问题数学模型的建立
• 3.2.3 最优化算法及设计软件
• 3.3 ACPDV优化设计数学模型的建立
• 3.3.1 目标函数的确立
• 3.3.2 约束函数的确立
• 3.3.3 模型求解与修正
• 3.4 小结
• 第四章 有源箝位推挽倍压变换器的动态模型及控制策略
• 4.1 PWM开关调压系统的组成及动态模型
• 4.1.1 PWM开关调压系统
• 4.1.2 PWM开关调压系统的动态模型
• 4.2 开关变换器动态建模方法
• 4.2.1 开关变换器动态建模方法概述
• 4.2.2 ACPDC动态模型的建立
• 4.3 ACPDC的闭环系统设计及性能分析
• 4.3.1 校正前ACPDC闭环系统的性能分析
• 4.3.2 ACPDC闭环系统校正装置的设计
• 4.3.3 校正后ACPDC闭环系统的性能分析
• 4.3.4 ACPDC不同工作点的闭环系统仿真试验
• 4.4 小结
• 第五章 变换器控制器设计及电源主回路硬件实验
• 5.1 电源系统组成及控制器功能要求
• 5.1.1 开关电源系统组成
• 5.1.2 控制器功能要求
• 5.2 ACPDC控制器的设计
• 5.2.1 ACPDC控制器的硬件设计
• 5.2.2 ACPDC控制器的软件设计
• 5.3 ACPDC控制器的实现及结果分析
• 5.3.1 控制器的仿真实验
• 5.3.2 控制器的硬件实现
• 5.3.3 脉冲宽度离散化的讨论
• 5.4 电源主回路硬件实验
• 5.4.1 电源主电路结构与工作原理
• 5.4.2 电路实验结果分析
• 5.5 小结
• 结束语
• 参考文献
• 作者简历 攻读硕士学位期间完成的主要工作
• 致谢