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大功率高压脉冲电源研究

发布时间:2018-12-20 13:27
【摘要】:回旋行波管作为重要的微波信号放大器件,因其既具有大功率、宽带宽、高增益等特点,又极具发展潜力和应用前景,使它很快成为毫米波相干辐射源的优先选择,主要应用于高功率毫米波雷达、高功率微波武器、预警、电子战、受控热核聚变等多个微波领域。因此,对它的供电系统——大功率高压脉冲电源的研究显得格外重要。传统的大功率高压脉冲电源采用的是线性电源,这种电源的体积大、重量重、效率低、发热严重。相比线性电源,本文采用移相控制全桥软开关技术设计大功率高压脉冲电源,设计的参数指标为输出电压60kV,输出电流1.5A,脉冲频率200Hz,脉宽50μs,它实现了开关管的零电压开通,减小了开关管的开通损耗,提高了电源的效率,使它成为回旋行波管工作电源的优先选择。本论文研究的大功率高压脉冲电源以全桥变换器为主电路拓扑,以移相谐振控制芯片UC3875作为主控芯片,以2SD315AI作为开关管的驱动芯片进行设计。此电源实现了开关管的零电压开通,具有欠压、过压、过流、短路保护功能和极高的工作效率。本论文的主要工作:1.设计电源的主电路,根据电源的设计指标计算出元器件的参数并选择元器件的型号,然后通过Pspice软件仿真,观察并分析仿真结果。2.设计绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)的驱动电路,采用2SD315AI芯片进行设计,测试了它的驱动波形以及通过实验验证了欠压、过流和短路保护功能。3.采用磁芯面积乘积法(又称AP法)设计高频变压器。设计流程为:(1)选择磁芯材料和型号;(2)计算磁芯的窗口面积和有效横截面积;(3)计算初级绕组和次级绕组的匝数;(4)计算初、次级绕组导线的线径。4.设计高压调制器,它是由多个IGBT串联组成,IGBT的驱动信号由半桥电路产生,并通过磁环耦合输出,这即对多组驱动信号进行隔离,又保证了多组驱动信号的一致性。本课题设计的大功率高压脉冲电源具有开关损耗小、效率高、重量轻、体积小、输出电压可调、稳定性好、易于控制等优点,是一种发展前景广阔的新型电源。
[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.
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN86

【参考文献】

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本文编号:2388060

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