应用于EMP模拟器的直流电源的研制和电磁干扰的研究

发布时间：2020-11-20 18:43

　　 随着电子技术的飞速发展和新技术的广泛应用,电磁辐射环境对电子系统的影响日趋严重,电磁脉冲(Electromagnetic pulse,简称EMP)模拟器是一种可以模拟和分析这种电磁环境的装置。该装置获得脉冲源的主要方式是依靠脉冲电容器的快速充放电,而电容器的充电电源是电容器快速充电的关键,直接决定了输出电磁脉冲串的重复频率和稳定度。因此,研制出稳定可靠的高压直流充电电源对脉冲功率领域的应用和推广具有重大的意义。本文设计了一款应用于EMP模拟器的高压直流电源,该电源拥有恒流源的特点且具备损耗小、抗短路能力强等优点,特别适合给高压脉冲电容器充电。首先采用全桥串联谐振变换器为主电路拓扑,通过对其稳态分析得出DCM模式下谐振电流、谐振电压等参数的变化规律,为了验证理论分析的准确性,利用Psim软件进行了仿真并得出其电路的动态运行状态。同时还给出了电源的主电路和控制电路的详细设计过程,控制部分采用MC9S12XS128单片机为主控芯片,设计时将调压和调频分开,提高了电路的稳定性和可操作性。其次,模拟器产生的高重频EMP会对自身电源的控制系统形成电磁干扰,电源设计时应充分考虑其抗干扰能力,做好相应的电磁防护工作。论文从电磁脉冲干扰的耦合方式入手,探究EMP与本电源控制系统的交互作用,针对干扰耦合途径进行了相应的防护设计。最后,研制了一台40kV高压直流充电电源。测试结果分析表明该电源满足软开关和恒流源要求,电源电压在0~40kV之内可调。通过电磁环境的频谱分布比较和加入脉冲干扰对比实验,验证了防护措施的有效性。
【学位单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN86
【部分图文】：

第二章 串联谐振拓扑分析峰值减小，这样峰值电流表现出的一增一减的效果可以等效为平均电流保持不变，故可分析出串联谐振电路在 DCM 模式下理解为“恒流源”充电，使得高压脉冲电容的充电电压呈现“台阶式”上升。2.5 仿真分析针对 2.3 节理论分析，本节将利用 Psim 软件进行仿真，仿真电路如图 2.12所示。由于本小节只对串联谐振式电源做一般特性分析，不涉及具体参数的计算。电源仿真电路中省略了前级相控整流和滤波部分，直接用直流电源代替，TLP 250驱动电路用四个脉冲源代替。省略了高频变压器，输出整流和充电电容折算到变压器原边，整个电路采用恒频恒脉宽的形式进行开环控制。

应用于 EMP 模拟器的直流电源的研制和电磁干扰的研究故变压器副边绕组的匝数为：2 1N nN 40 27 1080(匝）(3-10在变压器的设计过程中，可正好可利用漏感作为谐振电感的一部分，参与谐振变换的过程。在电源的实际电路中，由于变压器工作电压高达几十千伏，因此需要考虑变压器的绝缘和散热问题。将变压器和整流硅堆等高压器件浸在装满变压器油的油箱中，浸油后的油箱实物如图 3.7 所示。

（a） (b)图 3. 8 MC9S12XS128 单片机（a）最小系统功能引脚；(b)最小系统核心板基于 MC9S12XS128 单片机为核心的电源控制系统具有控制精度高、强、灵活性大、多功能等特点，使得整个装置调试起来更加便捷，单拟器电源控制系统中要实现的功能主要包括：(1) 通过单片机产生的 PWM 来实现对全桥逆变的各个开关管的时序(2) 设置液晶显示屏（LCD）来实现对电源输出电压以及 PWM 的占空等参数的监测；(3) 可以通过键盘调节输出全桥 PWM 的占空比和频率和设置电源所压的大小，以及保证电源正常工作的其他调控等。.2 全桥驱动电路设计
【参考文献】

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本文编号：2891827