發(fā)布時(shí)間：2018-10-10 07:01

【摘要】：脈沖功率技術(shù)在高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)及新型武器如輻射消毒、煙氣凈化、生物工程、電磁脈沖武器等方面得到了十分廣泛的應(yīng)用。而電容器儲(chǔ)能因?yàn)楹?jiǎn)單可靠、技術(shù)成熟,成為脈沖功率技術(shù)最常用的儲(chǔ)能方式。作為電容器儲(chǔ)能的前級(jí),電容器充電電源有著不可或缺的作用。因此,對(duì)電容器充電電源拓?fù)浼翱刂品椒ǖ难芯匡@得十分重要。在用于電容器充電電源的電路拓?fù)渲?串聯(lián)諧振變換器(Series Resonant Converter,SRC)是最常用、最成熟的一種拓?fù)洹Ｋ哂锌刂坪?jiǎn)單、能夠?qū)崿F(xiàn)軟開(kāi)關(guān)、工作在電流斷續(xù)模式下具有恒流源特性、抗負(fù)載短路能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。但是,SRC的電壓增益小于1,且高壓變壓器分布參數(shù)的存在使得SRC的工作特性發(fā)生變化。為此,本文選擇了串并聯(lián)諧振變換器(Series-Parallel Resonant Converter,SPRC)作為充電電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。SPRC不僅具有一定的抗短路能力、能夠?qū)崿F(xiàn)軟開(kāi)關(guān)的優(yōu)點(diǎn),還可以利用高壓變壓器的分布參數(shù)作為諧振元件,同時(shí)其電壓增益高于1。本文首先分析了工作在電流連續(xù)模式下SPRC的工作原理,說(shuō)明了SPRC存在三種工作模式及各種模式的優(yōu)劣,并選定強(qiáng)迫換流模式為最優(yōu)的工作模式。其次,運(yùn)用擴(kuò)展描述函數(shù)法建立了SPRC的大信號(hào)模型,再由大信號(hào)模型得到穩(wěn)態(tài)模型與穩(wěn)態(tài)等效電路。從所得的模型出發(fā),推導(dǎo)了強(qiáng)迫換流模式的邊界,通過(guò)圖解的方法研究了負(fù)載品質(zhì)因數(shù)、開(kāi)關(guān)頻率、并聯(lián)諧振電容等相關(guān)參數(shù)對(duì)SPRC特性的影響,為電容器充電電源的設(shè)計(jì)提供了理論指導(dǎo)。根據(jù)SPRC的特性,在兼顧諧振槽電壓電流峰值、電壓增益、充電電流等指標(biāo)的基礎(chǔ)上,給出了電容器充電電源參數(shù)的設(shè)計(jì)方法,設(shè)計(jì)了一種基于變頻控制的恒流充電方案。該控制方案不僅實(shí)現(xiàn)了恒流充電,同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)通。通過(guò)仿真驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性及控制方案的可行性。最后,設(shè)計(jì)了一臺(tái)額定輸出電壓為3kV、充電功率為825J/s的電源樣機(jī),并進(jìn)行有關(guān)的實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了理論分析的合理性和控制方案的有效性。
[Abstract]:Pulse power technology has been widely used in high-tech industries and new weapons such as radiation disinfection, flue gas purification, biological engineering, electromagnetic pulse weapons and so on. Because of its simplicity and reliability, capacitor energy storage has become the most commonly used energy storage method in pulse power technology. As the front stage of capacitor energy storage, capacitor charging power supply plays an indispensable role. Therefore, it is very important to study the topology and control methods of capacitor charging power supply. The series resonant converter (Series Resonant Converter,SRC) is the most common and mature topology in the circuit topology of capacitor charging power supply. It has the advantages of simple control, soft switching, constant current source characteristics in current intermittent mode and strong resistance to load short circuit. However, the voltage gain of SRC is less than 1, and the distribution parameters of high voltage transformer make the operating characteristics of SRC change. In this paper, series and parallel resonant converter (Series-Parallel Resonant Converter,SPRC) is chosen as the topology of charging power supply. SPRC not only has the capability of resisting short circuit, but also can use the distributed parameters of high voltage transformer as resonant element. At the same time, the voltage gain is higher than 1. In this paper, the principle of SPRC working in current continuous mode is analyzed, and the advantages and disadvantages of three modes of SPRC are explained, and the forced commutation mode is chosen as the optimal mode of operation. Secondly, the large signal model of SPRC is established by using the extended description function method, and the steady state model and steady state equivalent circuit are obtained from the large signal model. Based on the obtained model, the boundary of forced commutation mode is derived, and the effects of load quality factor, switching frequency, parallel resonant capacitance and other related parameters on the characteristics of SPRC are studied by graphic method. It provides theoretical guidance for the design of capacitor charging power supply. According to the characteristics of SPRC and taking into account the peak voltage and current, voltage gain and charging current, the design method of capacitor charging power supply parameters is given, and a constant current charging scheme based on frequency conversion control is designed. This control scheme not only realizes constant current charging, but also realizes zero-voltage switch-on. The accuracy of the model and the feasibility of the control scheme are verified by simulation. Finally, a prototype of a power supply with rated output voltage of 3 kV and charging power of 825J/s is designed. The experimental results show that the theoretical analysis is reasonable and the control scheme is effective.
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TM46;TM53

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本文編號(hào)：2261072