双极性高稳定直流磁铁电源的设计
发布时间：2021-06-06 00:56
随着科技水平的不断发展,电子产品广泛应用于工业生产和生活中,作为其重要组成部分的电源也有了越来越高的技术指标和性能要求。运用于加速器中的校正电源,可以快速校正光束的位置来提高光源的质量,这种电源功率不大,但是需要非常高的响度速度和长期稳定度。本文研究并设计了一种满足频率响应带宽超过5k Hz且长期稳定度小于100ppm的双极性直流磁铁电源。首先,通过对磁铁电源的基本控制方式和性能指标进行分析,结合本文电源的技术要求,选择了采用线性电源的设计以避免较大的纹波。对于核心元器件的功率MOSFET,从分类和特性方面详细分析了其选型依据。在环路控制方面,提出双闭环控制方式,来兼顾稳定性和响应速度的要求,同时能抑制干扰。然后,将电源系统设计分为五大类,详细阐述每一类中各个部分的电路的设计思路及方法。为了解决电源的双极性输出,将两个作为开关模式的MOSFET和两个线性模式的MOSFET组成了H桥。同时为了实现电源安全稳定输出,设计了滤波电路和保护电路。在控制部分,分析了微控制器、采样电路、DAC电路、H桥控制电路、通讯电路的工作逻辑,并提出了合适的设计方法。通过对人机界面设计的说明,详细给出了电源的...
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
APS快校正电源的控制方式
第二章磁铁稳流电源的控制类型及性能分析5第二章磁铁稳流电源的控制类型及性能分析2.1磁铁稳流电源的基本控制类型通过主电路的结构和控制方式的不同，将现代的磁铁稳流电源分为如下三种主要控制类型。2.1.1线性控制类型在线性电源被广泛使用之前，很多的磁铁电源由调压器、隔离变压器、整流二极管和无源滤波器这几个主要部分组成[10]。这种调压整流型电源，结构简单、价格较低、故障率低，不过输出很难达到很好的稳定度和精度，逐渐在磁铁电源中淘汰。如图2.1所示为线性控制类型的磁铁稳流电源结构框图，它的工作是通过串联在电源输出回路的大功率晶体管的线性区特性实现的，晶体管的作用可以看成是一个可变电阻。调节控制晶体管使之工作在线性区，整流输出的电压纹波被晶体管的集射极压降吸收，因此可以在输出的负载上得到纹波小的电压及电流。此类型电源的优点是稳定度高、响应速度快、输出电流电压纹波孝电路设计也相对容易一点[11]。但由于全部的输出电流都通过串联在输出回路中的晶体管，必然会导致大量的功耗以热量的形式消耗，因而降低了此类电源的效率，也必须解决晶体管的散热问题。此类型电源在大功率低压大电流的场合应避免使用，通常在小功率小电流的稳流电源中运用，常见于科研单位、高校、工业生产线、电解电镀、高档音响设备、充电器、安防监控系统等场合。图2.1线性控制稳流电源Figure2.1Linearconstantcurrentpowersupply
合肥工业大学硕士学位论文62.1.2晶闸管相位控制类型晶闸管相位控制磁铁稳流电源如图2.2所示，它通过晶闸管的相位控制特性来使输出量稳定，在大功率的直流电源中有广泛的应用。此类型电源的优点是可以承受较大功率大电流、变换器的结构不复杂、控制系统容易设计，晶闸管成本较低，相关控制技术已逐渐成熟，相比线性控制电源，其具备更高的效率、更好的可靠性。但是晶闸管相控电源在进行相控整流时对电网的干扰十分严重，输出纹波也较大。同时晶闸管是半控元件，存在不可避免的失控时间，因而有着很大的控制延时且动态响应速度较慢[12]。所以仅仅依靠常规的这种类型电源很难同时达到输出的电流纹波小及稳定度高的指标，为了更好的满足磁铁电源的要求，研究有效的相关技术十分重要。常见于表面加工、电镀处理、锅炉加热、电泳漆、电解镁等电解行业及加速器等其它需要直流大功率电源的场合。图2.2晶闸管相位控制稳流电源Figure2.2Thyristorphasedconstantcurrentpowersupply2.1.3开关控制类型开关控制类型的稳流电源如图2.3所示，主要分为以斩波器和变换器为主要部分的两种方式[13]。它的工作原理是利用了现代电力电子技术，运用了MOSFET或IGBT等大功率开关管在高频信号控制中快速通断的特性，维持稳定输出。此类电源的优点是体积较孝效率高，但是不可避免的存在电磁干扰，大功率开关电源工作状态所产生的干扰对其附近的电子设备，甚至自身电路影响很大，使之不能正常工作。而且开关控制的磁铁稳流电源大都使用不控整流的整流方式，这个环节会导致拓扑中磁场能量不能够回馈到电网中。常见于工业自动化设备、LED照明、通讯设备、医疗设备、电力设备、半导体制热制冷、空气净化器，冰箱显示器家电等场合。如图2.3（a）采用斩波器的方式中，通?
【参考文献】：
期刊论文
[1]先进同步辐射光源特种电源概述[J]. 尚雷,尚风雷,孙振彪,陆业明,刘伟,宋文彬. 强激光与粒子束. 2019(04)
[2]高能同步辐射光源高精度直流稳流电源样机研制[J]. 郭晓玲,刘鹏,韩超,陈斌. 原子能科学技术. 2019(08)
[3]40 T混合磁体电源高精度基准源设计[J]. 陈思明,刘小宁. 电源技术. 2018(12)
[4]直流电源纹波和噪声测量[J]. 席安和. 电子质量. 2018(02)
[5]PI调节器在移相全桥变换电路中的应用[J]. 于晓慧,王蔚,张国福. 科技创新与应用. 2018(03)
[6]高精密电压源设计与实现方法[J]. 佘玉成,张春熹,李慧鹏. 压电与声光. 2017(06)
[7]小功率数控直流稳压电源设计[J]. 马艳. 仪器仪表用户. 2016(11)
[8]基于20位DAC—AD5791的高精度电压源的设计[J]. 薛巨峰,李壮,鲁志军. 电子技术. 2015(09)
[9]基于STM32的时域电磁标准信号源研制[J]. 张雨默,袁贵扬,黎东升,王远,嵇艳鞠. 实验室研究与探索. 2015(09)
[10]MAX1300在伺服功率驱动系统中的应用[J]. 于洋,冯宴铭,曾婷,陆小龙. 电子设计工程. 2015(12)
博士论文
[1]40T混合磁体外超导磁体电源的控制器研究与设计[D]. 宋敏慧.中国科学技术大学 2017
硕士论文
[1]DC-DC变换器控制技术的研究[D]. 付兴利.哈尔滨工程大学 2018
[2]宽输入低压大电流变换器的研究[D]. 招玉标.哈尔滨工业大学 2017
[3]合肥光源小功率直流磁场电源的研究设计[D]. 代天立.中国科学技术大学 2017
[4]30A高稳定度恒流源系统的研制[D]. 张存凯.中国计量学院 2016
[5]双闭环控制精密直流信号源的研究与设计[D]. 陈迪亮.苏州大学 2015
[6]嵌入式多功能地震检波器测试仪的研究[D]. 丁勇.天津科技大学 2015
[7]大容量高精度直流磁铁电源的研究[D]. 瞿盛.江苏科技大学 2013
[8]大功率扫描磁铁电源设计与实现[D]. 燕宏斌.兰州大学 2012
[9]数控开关电源的设计与实现[D]. 湛鹏飞.湖南大学 2012
[10]功率MOSFET可靠性建模的研究[D]. 李求洋.哈尔滨工业大学 2012
本文编号：3213258
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
APS快校正电源的控制方式
第二章磁铁稳流电源的控制类型及性能分析5第二章磁铁稳流电源的控制类型及性能分析2.1磁铁稳流电源的基本控制类型通过主电路的结构和控制方式的不同，将现代的磁铁稳流电源分为如下三种主要控制类型。2.1.1线性控制类型在线性电源被广泛使用之前，很多的磁铁电源由调压器、隔离变压器、整流二极管和无源滤波器这几个主要部分组成[10]。这种调压整流型电源，结构简单、价格较低、故障率低，不过输出很难达到很好的稳定度和精度，逐渐在磁铁电源中淘汰。如图2.1所示为线性控制类型的磁铁稳流电源结构框图，它的工作是通过串联在电源输出回路的大功率晶体管的线性区特性实现的，晶体管的作用可以看成是一个可变电阻。调节控制晶体管使之工作在线性区，整流输出的电压纹波被晶体管的集射极压降吸收，因此可以在输出的负载上得到纹波小的电压及电流。此类型电源的优点是稳定度高、响应速度快、输出电流电压纹波孝电路设计也相对容易一点[11]。但由于全部的输出电流都通过串联在输出回路中的晶体管，必然会导致大量的功耗以热量的形式消耗，因而降低了此类电源的效率，也必须解决晶体管的散热问题。此类型电源在大功率低压大电流的场合应避免使用，通常在小功率小电流的稳流电源中运用，常见于科研单位、高校、工业生产线、电解电镀、高档音响设备、充电器、安防监控系统等场合。图2.1线性控制稳流电源Figure2.1Linearconstantcurrentpowersupply
合肥工业大学硕士学位论文62.1.2晶闸管相位控制类型晶闸管相位控制磁铁稳流电源如图2.2所示，它通过晶闸管的相位控制特性来使输出量稳定，在大功率的直流电源中有广泛的应用。此类型电源的优点是可以承受较大功率大电流、变换器的结构不复杂、控制系统容易设计，晶闸管成本较低，相关控制技术已逐渐成熟，相比线性控制电源，其具备更高的效率、更好的可靠性。但是晶闸管相控电源在进行相控整流时对电网的干扰十分严重，输出纹波也较大。同时晶闸管是半控元件，存在不可避免的失控时间，因而有着很大的控制延时且动态响应速度较慢[12]。所以仅仅依靠常规的这种类型电源很难同时达到输出的电流纹波小及稳定度高的指标，为了更好的满足磁铁电源的要求，研究有效的相关技术十分重要。常见于表面加工、电镀处理、锅炉加热、电泳漆、电解镁等电解行业及加速器等其它需要直流大功率电源的场合。图2.2晶闸管相位控制稳流电源Figure2.2Thyristorphasedconstantcurrentpowersupply2.1.3开关控制类型开关控制类型的稳流电源如图2.3所示，主要分为以斩波器和变换器为主要部分的两种方式[13]。它的工作原理是利用了现代电力电子技术，运用了MOSFET或IGBT等大功率开关管在高频信号控制中快速通断的特性，维持稳定输出。此类电源的优点是体积较孝效率高，但是不可避免的存在电磁干扰，大功率开关电源工作状态所产生的干扰对其附近的电子设备，甚至自身电路影响很大，使之不能正常工作。而且开关控制的磁铁稳流电源大都使用不控整流的整流方式，这个环节会导致拓扑中磁场能量不能够回馈到电网中。常见于工业自动化设备、LED照明、通讯设备、医疗设备、电力设备、半导体制热制冷、空气净化器，冰箱显示器家电等场合。如图2.3（a）采用斩波器的方式中，通?
【参考文献】：
期刊论文
[1]先进同步辐射光源特种电源概述[J]. 尚雷,尚风雷,孙振彪,陆业明,刘伟,宋文彬. 强激光与粒子束. 2019(04)
[2]高能同步辐射光源高精度直流稳流电源样机研制[J]. 郭晓玲,刘鹏,韩超,陈斌. 原子能科学技术. 2019(08)
[3]40 T混合磁体电源高精度基准源设计[J]. 陈思明,刘小宁. 电源技术. 2018(12)
[4]直流电源纹波和噪声测量[J]. 席安和. 电子质量. 2018(02)
[5]PI调节器在移相全桥变换电路中的应用[J]. 于晓慧,王蔚,张国福. 科技创新与应用. 2018(03)
[6]高精密电压源设计与实现方法[J]. 佘玉成,张春熹,李慧鹏. 压电与声光. 2017(06)
[7]小功率数控直流稳压电源设计[J]. 马艳. 仪器仪表用户. 2016(11)
[8]基于20位DAC—AD5791的高精度电压源的设计[J]. 薛巨峰,李壮,鲁志军. 电子技术. 2015(09)
[9]基于STM32的时域电磁标准信号源研制[J]. 张雨默,袁贵扬,黎东升,王远,嵇艳鞠. 实验室研究与探索. 2015(09)
[10]MAX1300在伺服功率驱动系统中的应用[J]. 于洋,冯宴铭,曾婷,陆小龙. 电子设计工程. 2015(12)
博士论文
[1]40T混合磁体外超导磁体电源的控制器研究与设计[D]. 宋敏慧.中国科学技术大学 2017
硕士论文
[1]DC-DC变换器控制技术的研究[D]. 付兴利.哈尔滨工程大学 2018
[2]宽输入低压大电流变换器的研究[D]. 招玉标.哈尔滨工业大学 2017
[3]合肥光源小功率直流磁场电源的研究设计[D]. 代天立.中国科学技术大学 2017
[4]30A高稳定度恒流源系统的研制[D]. 张存凯.中国计量学院 2016
[5]双闭环控制精密直流信号源的研究与设计[D]. 陈迪亮.苏州大学 2015
[6]嵌入式多功能地震检波器测试仪的研究[D]. 丁勇.天津科技大学 2015
[7]大容量高精度直流磁铁电源的研究[D]. 瞿盛.江苏科技大学 2013
[8]大功率扫描磁铁电源设计与实现[D]. 燕宏斌.兰州大学 2012
[9]数控开关电源的设计与实现[D]. 湛鹏飞.湖南大学 2012
[10]功率MOSFET可靠性建模的研究[D]. 李求洋.哈尔滨工业大学 2012
本文编号：3213258
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hkxlw/3213258.html
