基于IGBT的重频短脉冲源研究
本文选题:脉冲源 + IGBT ; 参考:《电子科技大学》2017年硕士论文
【摘要】:功率脉冲电源技术是一项研究高电压、强电流、大功率脉冲的应用技术。随着脉冲形成、脉冲压缩和脉冲叠加等技术的不断发展,功率脉冲源在其上升沿下降沿、重复频率以及功率幅值等方面都有了更为苛刻的要求。在生物细胞电磁学的相关实验中,需要用超宽带大功率的电脉冲作用于细胞研究其微观效应,因此本文根据实验需要而研制一台基于IGBT的重频短脉冲源。该脉冲源输出指标为:电压幅值5000V可调,频率100Hz-1000Hz可调,脉宽2us可变。本文分析和综合了高压功率脉冲产生的典型途径和特性,最终选定Marx发生器模型,该模型利用电容作为储能元件进行充电放电,控制固态开关器件的导通和关断而获得高电压快脉冲的输出。所设计的整个系统由可调大功率高压直流电源、Marx发生器回路和IGBT驱动控制电路三部分组成。其中,高压直流电源采用电源控制芯片TL494调制BOOST变换器,其基于电压型PWM控制原理,得到输出400V-1000V连续可调的直流电压;Marx发生器回路由电感和高压二极管隔离,利用电容“并联充电串联放电”的性质产生电脉冲;IGBT驱动控制电路由单片机STM32F107产生脉宽和频率可调的方波信号,并经隔离驱动电路调制,最终触发IGBT导通和关断而控制Marx发生器回路。文末对系统的稳定性和可行性进行调试验证:一方面直观地给出了负载下可调高压直流电源的关键点测试结果,验证了直流电源的稳定安全;另一方面通过Marx主功能模块测试了1kΩ负载下的输出脉冲,给出了典型的输入高压下负载端输出脉冲波形,并验证了重频和脉宽的可调性。最后针对调试过程中容易出现如上电瞬间元件损坏严重、系统可调性不方便和驱动功率低等问题,论文给出了优化建议。
[Abstract]:Power pulse power supply is an application technology to study high voltage, high current and high power pulse. With the development of pulse formation, pulse compression and pulse superposition, the power pulse source has more stringent requirements in terms of rising edge and descending edge, repetition rate and power amplitude. In the experiment of biological cell electromagnetics, it is necessary to study the microcosmic effect of UWB high power electric pulse on the cells. Therefore, according to the need of the experiment, this paper develops a short pulse source based on IGBT repetition frequency. The output index of the pulse source is: the voltage amplitude is adjustable at 5000V, the frequency is adjustable by 100Hz to 1000Hz, and the pulse width 2us is variable. In this paper, the typical ways and characteristics of high voltage power pulse generation are analyzed and synthesized. Finally, Marx generator model is selected, which uses capacitance as energy storage element to charge and discharge. The output of high voltage and fast pulse is obtained by controlling the conduction and turn-off of solid state switch device. The whole system is composed of three parts: Marx generator circuit and IGBT drive control circuit. The high voltage DC power supply adopts the power control chip TL494 to modulate boost converter. Based on the voltage source PWM control principle, the output 400V-1000V continuous adjustable DC voltage Marx generator circuit is isolated by inductance and high voltage diode. The electric pulse IGBT drive and control circuit is produced by using the property of capacitor "parallel charging series discharge". The pulse width and frequency adjustable square wave signal is generated by single chip microcomputer STM32F107 and modulated by isolated drive circuit. Finally, the Marx generator circuit is controlled by triggering IGBT turn-on and turn-off. At the end of the paper, the stability and feasibility of the system are tested. On the one hand, the key points of the adjustable HVDC power supply under load are intuitively given, and the stability and safety of the DC power supply are verified. On the other hand, the output pulse under 1k 惟 load is tested by Marx main function module, and the typical output pulse waveform at the load end under high input voltage is given, and the tunability of repetition frequency and pulse width is verified. Finally, in view of the problems such as serious damage to the components at the instant of power supply, inconvenient adjustment of the system and low driving power, the optimization suggestions are given in this paper.
【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】:TN782
【参考文献】
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3 韩其国;杨勇;徐平;刘珂舟;;基于IGBT的高压脉冲电源研制[J];电力电子技术;2010年07期
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6 郑建毅;何闻;;脉冲功率技术的研究现状和发展趋势综述[J];机电工程;2008年04期
7 王晓明;侯召政;方辉;孙兆冲;;LCC谐振充电IGBT开关Marx发生器[J];电工技术学报;2007年07期
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,本文编号:2097261
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