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适用于真空环境的电容器充电电源研究

发布时间:2018-05-14 13:22

  本文选题:串联谐振 + ZVS ; 参考:《华中科技大学》2014年硕士论文


【摘要】:随着很多新兴的科学与技术的发展,例如可控热核聚变方面的研究、超强激光器的研究、电磁脉冲、新型武器的研究,脉冲功率技术的获得了迅速发展。而电容器因为技术成熟,简单方便,是脉冲功率应用最多的储能环节。随着脉冲功率的越来越多应用,在真空环境也可以看到脉冲功率的应用。但是由于真空环境散热和辐射问题,使得真空环境下的电源不同于常规的脉冲电源。因此对适用于真空环境的电容器充电电源的研究尤为重要。 本文主要对比了几种常见的DC-DC拓扑结构的优点与不足,由于串联谐振电源可以降低变换器的损耗,具有体积小、效率高、功率密度大、恒流充电等优点,选择了串联谐振变换器作为电容器充电电源。 文章推导了串联谐振变换器的工作模态与公式,也对考虑分布电容的串联谐振变换器进行了分析。并且基于变换器的工作模态分析与公式推导,对变换器的主电路进行了设计,包括功率开关管的设计、高压变压器的设计与谐振电感的设计,以及对高压电源充电保持阶段的干扰问题进行了分析并提出了解决办法,,也对电容器电源的高压侧二极管、功率MOS管、磁性元件例如变压器和谐振电感的损耗进行了计算分析。针对真空特殊环境的特点,对变换器的散热、辐射和高压绝缘可能产生的问题进行了分析,并提出了一些针对性的方法。 最后通过理论分析和变换器的主要参数设计,研制了一台电源样机,并进行了相关的实验,验证了本文理论分析、变换器主要参数设计、干扰问题的分析和损耗分析的合理性。
[Abstract]:With the development of many new science and technology, such as controllable thermonuclear fusion, ultra-strong laser, electromagnetic pulse, new weapons, pulse power technology has been developed rapidly. The capacitor is the most applied energy storage link because of its mature technology and simple and convenient. With more and more applications of pulse power, the application of pulse power can be seen in vacuum environment. However, due to the problem of heat dissipation and radiation in vacuum environment, the power supply in vacuum environment is different from the conventional pulse power supply. Therefore, it is very important to study the capacitor charging power supply suitable for vacuum environment. In this paper, the advantages and disadvantages of several common DC-DC topologies are compared. Because the series resonant power supply can reduce the loss of the converter, it has the advantages of small volume, high efficiency, high power density, constant current charging and so on. The series resonant converter is selected as the capacitor charging power supply. The working mode and formula of series resonant converter are deduced, and the series resonant converter with distributed capacitance is also analyzed. Based on the working mode analysis and formula derivation of the converter, the main circuit of the converter is designed, including the design of the power switch, the design of the high-voltage transformer and the design of the resonant inductor. The interference problem in charging and holding phase of high voltage power supply is analyzed and the solution is put forward. The loss of high voltage side diode power MOS tube magnetic element such as transformer and resonant inductance of capacitor power supply is also calculated and analyzed. In view of the characteristics of the special vacuum environment, the possible problems of heat dissipation, radiation and high voltage insulation of the converter are analyzed, and some targeted methods are put forward. Finally, through theoretical analysis and main parameter design of the converter, a prototype of the power supply is developed, and relevant experiments are carried out to verify the rationality of the theoretical analysis, the design of the main parameters of the converter, the analysis of the interference problem and the analysis of the loss.
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TM53;TN86

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本文编号:1888022

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