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大功率高壓脈沖電源研究

發(fā)布時(shí)間:2018-12-20 13:27
【摘要】:回旋行波管作為重要的微波信號(hào)放大器件,因其既具有大功率、寬帶寬、高增益等特點(diǎn),又極具發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景,使它很快成為毫米波相干輻射源的優(yōu)先選擇,主要應(yīng)用于高功率毫米波雷達(dá)、高功率微波武器、預(yù)警、電子戰(zhàn)、受控?zé)岷司圩兊榷鄠(gè)微波領(lǐng)域。因此,對(duì)它的供電系統(tǒng)——大功率高壓脈沖電源的研究顯得格外重要。傳統(tǒng)的大功率高壓脈沖電源采用的是線性電源,這種電源的體積大、重量重、效率低、發(fā)熱嚴(yán)重。相比線性電源,本文采用移相控制全橋軟開(kāi)關(guān)技術(shù)設(shè)計(jì)大功率高壓脈沖電源,設(shè)計(jì)的參數(shù)指標(biāo)為輸出電壓60kV,輸出電流1.5A,脈沖頻率200Hz,脈寬50μs,它實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)通,減小了開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通損耗,提高了電源的效率,使它成為回旋行波管工作電源的優(yōu)先選擇。本論文研究的大功率高壓脈沖電源以全橋變換器為主電路拓?fù)?以移相諧振控制芯片UC3875作為主控芯片,以2SD315AI作為開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)。此電源實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)通,具有欠壓、過(guò)壓、過(guò)流、短路保護(hù)功能和極高的工作效率。本論文的主要工作:1.設(shè)計(jì)電源的主電路,根據(jù)電源的設(shè)計(jì)指標(biāo)計(jì)算出元器件的參數(shù)并選擇元器件的型號(hào),然后通過(guò)Pspice軟件仿真,觀察并分析仿真結(jié)果。2.設(shè)計(jì)絕緣柵雙極型晶體管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)的驅(qū)動(dòng)電路,采用2SD315AI芯片進(jìn)行設(shè)計(jì),測(cè)試了它的驅(qū)動(dòng)波形以及通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了欠壓、過(guò)流和短路保護(hù)功能。3.采用磁芯面積乘積法(又稱(chēng)AP法)設(shè)計(jì)高頻變壓器。設(shè)計(jì)流程為:(1)選擇磁芯材料和型號(hào);(2)計(jì)算磁芯的窗口面積和有效橫截面積;(3)計(jì)算初級(jí)繞組和次級(jí)繞組的匝數(shù);(4)計(jì)算初、次級(jí)繞組導(dǎo)線的線徑。4.設(shè)計(jì)高壓調(diào)制器,它是由多個(gè)IGBT串聯(lián)組成,IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)由半橋電路產(chǎn)生,并通過(guò)磁環(huán)耦合輸出,這即對(duì)多組驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行隔離,又保證了多組驅(qū)動(dòng)信號(hào)的一致性。本課題設(shè)計(jì)的大功率高壓脈沖電源具有開(kāi)關(guān)損耗小、效率高、重量輕、體積小、輸出電壓可調(diào)、穩(wěn)定性好、易于控制等優(yōu)點(diǎn),是一種發(fā)展前景廣闊的新型電源。
[Abstract]:As an important microwave signal amplifying device, gyrotron has many advantages, such as high power, wide bandwidth and high gain, and has great development potential and application prospect, which makes it a priority choice of millimeter wave coherent radiation source. Mainly used in high power millimeter wave radar, high power microwave weapons, early warning, electronic warfare, controlled thermonuclear fusion and other microwave fields. Therefore, it is very important to study its power supply system-high-power high-voltage pulse power supply. The traditional high-power high-voltage pulse power supply is a linear power supply, which has the advantages of large volume, heavy weight, low efficiency and serious heating. Compared with linear power supply, phase shift control full-bridge soft switching technology is used to design high-power high-voltage pulse power supply. The parameters are output voltage 60kV, output current 1.5A, pulse frequency 200Hz, pulse width 50 渭 s. It realizes the zero voltage switching on of the switch tube, reduces the switching loss of the switch tube, improves the efficiency of the power supply, and makes it the first choice of the working power supply for the gyrotron. In this paper, the main circuit topology of the high power high voltage pulse power supply is full-bridge converter, the phase-shifted resonant control chip UC3875 as the main control chip, and the 2SD315AI as the switch tube drive chip to design. This power supply realizes the zero voltage switching of the switch tube and has the functions of under-voltage, over-current, short-circuit protection and extremely high working efficiency. The main work of this paper: 1. The main circuit of power supply is designed. According to the design index of power supply, the parameters of components are calculated and the model of components is selected. The simulation results are observed and analyzed by Pspice software. 2. The drive circuit of insulated gate bipolar transistor (insulated gate bipolar transistor,IGBT) is designed by using 2SD315AI chip, its driving waveform is tested, and the undervoltage, over-current and short-circuit protection functions are verified by experiments. The high frequency transformer is designed by the method of area product of magnetic core (AP method). The design flow is as follows: (1) selecting the core material and model; (2) calculating the window area and effective cross section area of the core; (3) calculating the turns of the primary winding and the secondary winding; (4) calculating the wire diameter of the primary secondary winding conductor. A high voltage modulator is designed, which is composed of several IGBT series, the driving signal of IGBT is generated by half bridge circuit, and the output is coupled with magnetic loop, which isolates the multi-group driving signal and ensures the consistency of the multi-group driving signal. The high power and high voltage pulse power supply designed in this paper has the advantages of low switching loss, high efficiency, light weight, small volume, adjustable output voltage, good stability and easy control.
【學(xué)位授予單位】:電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2017
【分類(lèi)號(hào)】:TN86

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào):2388060

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