基于串并联谐振变换器的高压电容器充电电源研究
[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.
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TM46;TM53
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本文编号:2261072
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