發(fā)布時間：2020-09-10 08:41

　　 近年來微電子機械、微細加工、大電流陰極技術(shù)、高頻集成等技術(shù)逐漸應用于電真空領域,使微波毫米波真空電子器件的工作頻率達到太赫茲頻段,使太赫茲功率源發(fā)展邁開了重要一步。為了使太赫茲真空器件穩(wěn)定、可靠工作,就需要與之配套的高壓電源,其具有大功率輸出,寬電壓調(diào)節(jié)范圍,低紋波系數(shù)等特點,其性能直接影響到電真空器件的輸出頻點,頻譜寬度,輸出效率等參數(shù)。因此研究大功率、小型化、高穩(wěn)定性的開關電源對太赫茲信號源的發(fā)展具有重要意義。本課題在開關電源理論的基礎上,針對340GHz返波管的參數(shù)需求,對其高壓供電系統(tǒng)進行設計。其高壓電源主要包括燈絲模塊、輔陰極電壓模塊、高壓加速模塊和接口控制電路。其中高壓加速模塊的高壓主電路部分是此高壓電源核心部分,本文主要介紹了此主電路控制芯片、功率開關器件及變壓器磁芯選擇,并給出了變壓器參數(shù)設計的詳細計算過程。高壓電源主變換器采用全橋變換器拓撲結(jié)構(gòu),通過PWM控制芯片和驅(qū)動芯片結(jié)合,構(gòu)成斬波電路,完成功率開關器件的交替導通。同時,為有效保護電源模塊,在電路中提供了過欠壓和過流保護。主電路控制部分采用PWM芯片UCC28086和STM32相結(jié)合的方式,實現(xiàn)電壓輸出的穩(wěn)定調(diào)節(jié)。通過電腦控制界面對高壓參數(shù)進行設置,STM32芯片將讀取到的數(shù)字控制量通過AD轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為模擬量并輸入到PWM控制芯片中,使電源模塊產(chǎn)生高壓。同時對輸出電壓進行采樣,將采樣后的數(shù)據(jù)同初始數(shù)值進行比較,通過控制UCC28086內(nèi)部電路,對PWM輸出的占空比進行精密調(diào)節(jié),從而得到穩(wěn)定的輸出電壓。STM32還對電源整體工作狀態(tài)進行檢測,當電源輸入過欠壓、輸出過流時,立即啟動保護電路,實現(xiàn)對電源模塊的保護。本文設計的返波管高壓開關電源輸出電壓可在-1kV～-6kV范圍內(nèi)穩(wěn)定可調(diào),輸出電流最大值為250mA,電源穩(wěn)定性在5×10-4以下,紋波大小在200mV以下,達到設計指標,滿足太赫茲輻射源的工作要求。
【學位單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TN86
【部分圖文】：

二開理２．１概述逡逑開關電源是相對于傳統(tǒng)工頻電源（線性電源）而言的一種新型電源，由于其功逡逑率器件以一定頻率交替工作在開和關兩種狀態(tài)，因此被稱作開關電源。開關電源一逡逑般采用ＰＷＭ輸出芯片產(chǎn)生一定頻率的方波用于控制功率管的導通和關斷，并通逡逑常具有穩(wěn)壓反饋調(diào)節(jié)、保護關斷等功能。開關電源工作流程圖如下圖所示，主要由逡逑Ｐ麗驅(qū)動電路、功率開關管、變壓器、整流濾波、穩(wěn)壓反饋電路等部分組成，其中逡逑變壓器、穩(wěn)壓反饋和驅(qū)動電路是^u關電源的主要部件。在工作過程中，通過整流濾逡逑波電路將電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓輸送至功率開關管兩端，在ＰＷＭ驅(qū)動逡逑電路作用下，開關管以一定的頻率導通和閉合，將直流電壓轉(zhuǎn)變成交流方波或近似逡逑正弦波輸送至變壓器前端。經(jīng)過變壓器升壓后產(chǎn)生交流高壓，再通過整流電路得到逡逑直流高壓，最終傳輸至負載。為提高輸出穩(wěn)定性，一般在電壓輸出端添加穩(wěn)壓反饋逡逑電路，對輸出電壓進行采樣，通過與基準值進行比較后調(diào)節(jié)ＰＷＭ控制信號的占空逡逑比，保持電壓穩(wěn)定［２１］。逡逑

（１）脈沖寬度調(diào)制：開關電源在工作過程中會產(chǎn)生周期恒定的脈沖方波，方逡逑波的幅值以及占空比決定了輸出電壓大小。通過改變每個脈沖周期方波的占空比逡逑大小，實現(xiàn)對輸出電壓的調(diào)節(jié)，達到預期的電壓值，其工作流程如圖２．２所示。逡逑電佊卜邐邐１邐ＨＦ逡逑＞邐？脈寬調(diào)制器邐動邐＾逡逑——邐—？電逡逑誤差放大器邐Ｉ路逡逑￣￣ｉｉｎｎｒ逡逑驅(qū)逡逑基準電壓邐振蕩器——＞邋分頻器邐＾電邐？逡逑邐邋邋邋邋邋＂路逡逑圖２．邋２邋ＰＷＭ調(diào)制電路框圖逡逑Ｆｉｇ邋２．２邋Ｂｌｏｃｋ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ＰＷＭ邋ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ邋ｃｉｒｃｕｉｔ逡逑基準源：為芯片內(nèi)部電路進行低壓供電，同時作為誤差放大器同相端的基準源；逡逑振蕩器：決定芯片的工作頻率。一般由電容和電阻共同決定頻率大小，要求具逡逑有充放電功能；逡逑誤差放大器：主要用于采樣信號與基準信號的比較，將誤差值進行放大輸出，逡逑輸出信號同時輸入到脈沖寬度調(diào)制電路對占空比進行調(diào)節(jié)；逡逑脈寬調(diào)制器：用于產(chǎn)生ＰＷＭ信號的器件，同時使誤差輸出信號的接收端。通逡逑過誤差信號控制脈寬調(diào)制器輸出ＰＷＭ波的占空比，從而改變輸出電壓。逡逑脈寬調(diào)制技術(shù)主要是對高壓輸出進行取樣，將取樣信號作為比較值和基準信逡逑號進行比較，得到一定的誤差電壓，同時對誤差信號進行放大。將放大后的誤差電逡逑壓傳輸?shù)矫}沖寬度調(diào)制器

（１）脈沖寬度調(diào)制：開關電源在工作過程中會產(chǎn)生周期恒定的脈沖方波，方逡逑波的幅值以及占空比決定了輸出電壓大小。通過改變每個脈沖周期方波的占空比逡逑大小，實現(xiàn)對輸出電壓的調(diào)節(jié)，達到預期的電壓值，其工作流程如圖２．２所示。逡逑電佊卜邐邐１邐ＨＦ逡逑＞邐？脈寬調(diào)制器邐動邐＾逡逑——邐—？電逡逑誤差放大器邐Ｉ路逡逑￣￣ｉｉｎｎｒ逡逑驅(qū)逡逑基準電壓邐振蕩器——＞邋分頻器邐＾電邐？逡逑邐邋邋邋邋邋＂路逡逑圖２．邋２邋ＰＷＭ調(diào)制電路框圖逡逑Ｆｉｇ邋２．２邋Ｂｌｏｃｋ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ＰＷＭ邋ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ邋ｃｉｒｃｕｉｔ逡逑基準源：為芯片內(nèi)部電路進行低壓供電，同時作為誤差放大器同相端的基準源；逡逑振蕩器：決定芯片的工作頻率。一般由電容和電阻共同決定頻率大小，要求具逡逑有充放電功能；逡逑誤差放大器：主要用于采樣信號與基準信號的比較，將誤差值進行放大輸出，逡逑輸出信號同時輸入到脈沖寬度調(diào)制電路對占空比進行調(diào)節(jié)；逡逑脈寬調(diào)制器：用于產(chǎn)生ＰＷＭ信號的器件，同時使誤差輸出信號的接收端。通逡逑過誤差信號控制脈寬調(diào)制器輸出ＰＷＭ波的占空比，從而改變輸出電壓。逡逑脈寬調(diào)制技術(shù)主要是對高壓輸出進行取樣，將取樣信號作為比較值和基準信逡逑號進行比較，得到一定的誤差電壓，同時對誤差信號進行放大。將放大后的誤差電逡逑壓傳輸?shù)矫}沖寬度調(diào)制器

【參考文獻】

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本文編號：2815618