新型大功率不对称脉冲电源拓扑的研究

论文摘要

本论文致力于研究一种新型的大功率可调脉冲电源,以满足材料表面改性处理工艺对大功率电源的需求。该电源新颖且合理的拓扑结构使得其本身可以承受较大功率的应用,并大幅度的减小了变换器的损耗,具备完善的保护电路,所以符合现代电力电子功率变换器大功率、高效率和高性能的发展方向。新型可调脉冲电源采用了两套直流变换器来提供直流输出,然后通过一个新型的斩波脉冲生成电路以得到多功能的可调脉冲输出。两套直流变换器采用对称结构,核心部分为工作在ZVS状态的移相全桥PWM DC/DC变换器,通过移相角大小的改变来调节直流输出,并采用高频变压器进行电磁隔离。脉冲斩波生成器采用带有辅助电路的全桥拓扑,对输入的两路直流电进行斩波,开关管工作在零电压零电流状态,最终通过开关管的不同控制方式,得到频率大范围可调,正负脉冲幅值、占空比均可独立调节的脉冲输出。本文对移相全桥PWM DC/DC变换器、新型斩波脉冲生成器的基本原理和软开关的实现进行了深入的研究；在理论研究的基础上,根据电源的技术指标,对主电路的重要参数进行了计算；设计了变压器等磁性元件；研制了适用于大功率场合的开关管驱动电路；设计了电源的过电流与过电压保护方案。最终对电路拓扑进行了仿真分析,对关键部分进行了实验验证,得到了比较理想的仿真与实验结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 脉冲电源的应用及发展现状
• 1.3 课题的研究意义
• 1.4 论文的主要研究工作
• 2. 新型不对称脉冲电源拓扑工作原理
• 2.1 概述
• 2.2 全桥软开关直流变换器
• 2.2.1 移相全桥PWM ZVS直流变换器的拓扑及控制方式
• 2.2.2 主拓扑模态分析
• 2.2.3 开关管的软开关的实现
• 2.3 新型全桥斩波脉冲生成器
• 2.3.1 新型全桥斩波脉冲生成器解决的问题
• 2.3.2 新型全桥斩波脉冲生成器工作原理
• 2.3.3 主拓扑模态分析与开关管软开关的实现
• 2.3.4 阻感性负载分析
• 2.4 本章小结
• 3. 新型不对称脉冲电源拓扑的设计与参数计算
• 3.1 电源主拓扑的总体设计
• 3.1.1 脉冲电源的基本要求
• 3.1.2 脉冲电源总体结构
• 3.1.3 电源技术指标
• 3.2 电源主拓扑的设计与参数计算
• 3.2.1 主直流变换电路
• 3.2.2 副直流变换电路
• 3.2.3 斩波脉冲生成电路
• 3.3 电源的保护设计
• 3.3.1 IGBT缓冲电路设计
• 3.3.2 驱动侧过电流保护
• 3.3.3 输出保护策略
• 3.4 本章小结
• 4. 大功率驱动电路设计
• 4.1 IGBT开关管的特性分析
• 4.2 IGBT的驱动条件
• 4.2.1 驱动主要特性
• 4.2.2 驱动电路参数计算
• 4.2.3 驱动电路要求
• 4.3 驱动电路发展现状
• 4.4 大功率驱动电路设计
• 4.4.1 驱动芯片介绍
• 4.4.2 驱动芯片应用设计
• 4.4.3 模块使用时的注意事项
• 4.5 本章小结
• 5. 新型不对称脉冲电源拓扑的仿真与实验
• 5.1 主电路拓扑仿真
• 5.1.1 仿真电路介绍
• 5.1.2 直流变换电路仿真波形
• 5.1.3 脉冲生成电路仿真波形
• 5.2 脉冲生成电路实验
• 5.3 本章小结
• 6. 全文总结
• 致谢
• 参考文献