【摘要】：隨著國防激光武器的發(fā)展需求,脈沖能量的增大,脈沖式激光系統(tǒng)的重要性越來越大;激光電源的充電電源是實驗性激光系統(tǒng)的重要組成部分,完成將激光器電容充電到所需的電壓。早期的激光充電電源基本上是采用調(diào)壓器和整流電路組成的直流電源實現(xiàn)對激光器電容的充電控制,而近年來激光充電電源采用開關(guān)電源技術(shù),體積大幅減小。但電源控制困難,可靠性低,獲得的脈沖頻率范圍有限,使得激光系統(tǒng)無法實現(xiàn)高功率的脈沖能量。本文研究基于PLC的高功率充電電源與其控制系統(tǒng),這種電源與以往的充電電源有較大的不同點,含有充電分機和多個儲能電容。每個儲能電容放電回路中都串接一個半導(dǎo)體開關(guān)。充電分機預(yù)先對多個儲能電容充電儲能,再通過諧振電感串聯(lián)諧振的方式,將儲能電容的能量逐個轉(zhuǎn)移到激光器電容上,通過De-Q控制電路,實現(xiàn)激光器電容的充電電壓精確。電源內(nèi)部所采用了最新技術(shù)的半導(dǎo)體開關(guān)替代了以往的閘流管開關(guān),使得電源的工作壽命大大增長。整個電源具有效率高、功率高和充電電壓精確等更加優(yōu)越的性能。在電源充電的過程中,諧振電感的電磁儲能50kJ,工程實現(xiàn)難度大。本文詳細的給出了電感的設(shè)計計算方法。充電分機采用串聯(lián)諧振全橋逆變技術(shù)和功率開關(guān)管的軟開關(guān)技術(shù),以恒流的方式輸出,實現(xiàn)功率開關(guān)管的零電流開通與零電壓關(guān)斷,減少開關(guān)損耗。本文詳細分析了串聯(lián)諧振全橋逆變的工作特性和工作模式,特別是高頻變壓器分布參數(shù)對諧振的影響,給出了具體的參數(shù)設(shè)計、仿真和實驗波形。同時,對De-Q控制電路進行了詳細的分析,給出具體參數(shù)設(shè)計、仿真和實驗波形。控制系統(tǒng)采用西門子PLC作為核心控制器,實現(xiàn)電源的工作流程、狀態(tài)指示、參數(shù)設(shè)置和故障保護。遠端控制采用VB開發(fā)設(shè)計的監(jiān)控軟件。根據(jù)電源系統(tǒng)實際工作的功能需求進行了分析,給出了系統(tǒng)軟件流程圖,在此基礎(chǔ)上完成控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。測試結(jié)果表明高功率充電電源及控制系統(tǒng)工作可靠、穩(wěn)定,驗證設(shè)計的正確性;高功率充電電源實現(xiàn)充電總能量達3MJ,單次充電能量為0.1MJ,充電的平均功率為1.2MW。
[Abstract]:With the development of national defense laser weapon and the increase of pulse energy, pulse laser system becomes more and more important. The charging power of laser power supply is an important part of experimental laser system. The capacitor of laser is charged to the required voltage. The early laser charging power supply basically uses the DC power supply composed of voltage regulator and rectifier circuit to realize the charge control of the laser capacitor, but in recent years, the volume of the laser charging power supply is greatly reduced because of the switching power supply technology. However, the power supply control is difficult, the reliability is low, and the pulse frequency range is limited, which makes the laser system unable to realize the high power pulse energy. In this paper, the high power charging power supply based on PLC and its control system are studied. The power supply is quite different from the previous charging power supply, and contains a charging splitter and a number of energy storage capacitors. A semiconductor switch is connected to each capacitor discharge loop. The charging extension charges the energy storage of several energy storage capacitors in advance, and then transfers the energy of the energy storage capacitors to the laser capacitors one by one through the resonant inductance series resonance, and controls the circuit by De-Q. The charging voltage of laser capacitor is accurate. The semiconductor switch, which uses the latest technology inside the power supply, replaces the former thyristor switch, and makes the working life of the power supply increase greatly. The whole power supply has high efficiency, high power and accurate charging voltage. In the process of charging the power supply, the electromagnetic energy storage of the resonant inductor is 50 kJ, which is difficult to realize in engineering. In this paper, the design and calculation method of inductor is given in detail. The charging extension adopts series resonant full-bridge inverter technology and soft switching technology of power switch tube. It outputs in a constant current mode, realizes zero current turn-on and zero voltage turn-off of power switch tube, and reduces switching loss. In this paper, the working characteristics and mode of full-bridge inverter of series resonance are analyzed in detail, especially the influence of distribution parameters of high-frequency transformer on resonance. The design of parameters, simulation and experimental waveforms are given. At the same time, the De-Q control circuit is analyzed in detail, and the parameter design, simulation and experimental waveform are given. The control system adopts Siemens PLC as the core controller to realize the work flow, state indication, parameter setting and fault protection of the power supply. Remote control is developed with VB software. According to the function requirement of power supply system, the software flow chart of the system is given, and the hardware and software design of the control system is completed. The test results show that the high power charging power supply and control system are reliable, stable and correct, and the total charge energy, single charge energy and average charge power are 3 MJ, 0.1 MJ and 1.2 MW respectively.
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN86;TP273

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本文編號：2318113