低纹波多路输出高压电源的研究

论文摘要

行波管被称为武器装备的“心脏”,已经成为电子设备中重要的微波电子器件。行波管高压电源作为行波管的核心组成部件,正面临着越来越苛刻的指标要求。我国在这方面的科技水平落后于西方发达国家,因此研发行波管高压电源系统更显得尤为重要。本课题拟在已知存在的高压电源解决方案的基础上,提出一种多路输出,低纹波的行波管高压电源。针对行波管高压电源的特点,确定了电源功率拓扑。本文通过利用Boost直流斩波电路替代传统拓扑中的Buck电路,解决了变压器高变比以及倍压整流电路多级化的问题。同时对几种逆变电路进行比较,分析其优缺点,确定了“Boost直流斩波+半桥逆变+变压器升压+倍压整流”的主电路拓扑结构。对电路其他部分进行了分析设计。包括驱动电路的设计、倍压整流电路的设计以及辅助源电路和启动电路的设计。对电路中重要组成部分倍压整流电路进行了详细的分析研究,针对其输出纹波和电压下降等缺点提出了解决方案,并通过仿真确定了其电容的容值。最后考虑到多路输出电路的交叉调整率问题,完成了输出电压加权反馈调节电路的设计。为解决输出电压纹波大的问题,本文对“电压注入方式滤波”和“采用浮地线性电源滤波”两种拓扑结构进行了研究。通过仿真与实验比较,选择后者作为本课题的滤波方案,这种拓扑结构在高压输出的基础上,浮起一个线性电源,从而补偿高压的波动。对“采用浮地线性电源滤波”拓扑的参数设计,本文进行了较深入的理论分析和实验研究。在电源功率拓扑中加入LLC谐振软开关,以满足电源高效率的技术指标。文章分析了半桥型LLC谐振变换器的工作原理,对变换器进行了建模,分析K、Q值对直流增益的影响,确定谐振器件的参数。最后通过仿真与实验验证了电路的零电压开通性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 行波管概述
• 1.1.2 行波管电源的特点
• 1.2 课题来源及研究的目的和意义
• 1.2.1 课题来源
• 1.2.2 课题研究的目的和意义
• 1.3 国内外在该方向上的研究现状及分析
• 1.4 本文主要的研究内容
• 第2章 多路输出高压电源功率拓扑的研究
• 2.1 引言
• 2.2 空间行波管电源的指标要求
• 2.3 高压电源功率拓扑结构的研究与选择
• 2.3.1 直流斩波电路的选择
• 2.3.2 逆变电路的研究与选择
• 2.4 本章小结
• 第3章 多路输出高压电源硬件设计
• 3.1 引言
• 3.2 半桥逆变器驱动电路的设计
• 3.3 倍压整流电路的设计
• 3.3.1 倍压整流电路概述
• 3.3.2 倍压整流电路电压纹波的计算
• 3.3.3 倍压整流电路电压下降的计算
• 3.3.4 倍压电容容值的选择
• 3.4 输出电压加权反馈电路的设计
• 3.4.1 多路输出开关电源交叉调整率
• 3.4.2 多路输出交叉调整率调节方法
• 3.4.3 输出电压加权反馈调节电路设计
• 3.5 辅助源与启动电路设计
• 3.5.1 辅助源设计
• 3.5.2 启动电路设计
• 3.6 本章小结
• 第4章 多路输出高压电源滤波电路的研究与分析
• 4.1 引言
• 4.2 滤波电路与方案选择
• 4.3 电压注入方式滤波
• 4.4 浮地线性电源滤波
• 4.5 本章小结
• 第5章 LLC谐振变换器的研究与设计
• 5.1 引言
• 5.2 半桥型LLC谐振变换器的工作原理
• 5.3 半桥型LLC谐振变换器的建模
• 5.4 半桥型LLC谐振变换器的参数分析与设计
• 5.4.1 变压器匝数比n的选择
• r、谐振电容C_r、励磁电感L_m 的设计'>5.4.2 谐振电感L_r、谐振电容C_r、励磁电感L_m的设计
• 5.5 实验结果与分析
• 5.5.1 额定负载情况下四路输出波形
• 5.5.2 不同条件下的效率测量
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢