大功率高频高压电源DC-DC变换器的研究

摘要

大功率高频高压电源的应用领域非常广泛，许多行业的技术革新，比如航空航天电源，工业静电除尘电源，医用X射线成像技术等。电源同时工作在大功率以及高频高压的环境下，会使整体的设计变得更加复杂，同时也对系统的安全性提出更高的要求。高压环境下而其高频化带来了大量开关损耗，减小了工作效率，与此同时伴随的电磁干扰问题严重影响了系统的可靠工作。为此需要设计良好的高频高压电源控制系统，以提升高频高压电源的整体性能。 首先，本文分析了高频高压电源拓扑结构，建立了LCC串并联谐振逆变电路数学模型，在对其工作过程理论分析的基础上，通过数学分析推导出了主要参数变量的数学表达公式，给出了软开关的实现条件。基于高频高压电源的串并联谐振电路模型，对其调压特性进行数学建模和仿真分析，得出了在不同负载下的调频调压特性，并设计了一种可以实现系统调压的谐振电路参数，最后通过仿真实验验证了该参数的有效性和实用性。 其次，选用倍压整流电路作为电源输出滤波电路，大大减小电源的体积和重量，提高了电源的稳定性和效率。通过对倍压电容的合理优化，在保证电压纹波一定的情况下，设计了一种新的倍压电容选配方案。 最后，对高频高压电源控制电路进行了软硬件设计，主要包括PWM电路设计、采样电路设计和系统的控制流程及其保护措施。通过DSP输出PWM调制信号，外接驱动电路，可以灵活控制IGBT开关管的开通关断。对系统电压电流信号进行数据采集，为系统的安全可靠动作提供基础。硬件电路设计的基础上，提出了一种系统软件控制策略，以保证高频高压电源安全可靠的运行工作。针对高频高压电源系统启动时的浪涌冲击问题，设计了软启动电路，对系统进行启动保护。

目录

声明

第一章 绪论

1.1课题的研究背景与意义

1.2 高频高压电源国内外研究现状

1.3本文的主要研究内容

第二章 高压电源系统设计

2.1 电源总体结构

2.2 三相输入整流电路的设计

2.2.1 软启电路设计

2.2.2 三相整流滤波电路设计

2.3 主电路的拓扑选择

2.3.1 逆变电路的选择

2.3.2 输出滤波电路的选择

2.4 高频升压变压器的设计

2.5 电源系统控制策略

2.6 本章小结

第三章 谐振变换器分析与设计

3.1 典型谐振变换器分析

3.1.1 串联谐振变换器

3.1.2 并联谐振变换器

3.1.3 串并联谐振变换器

3.2 LCC串并联谐振变换器的工作模式选择

3.3 DCM LCC串并联谐振变换器的工作过程分析

3.3.1 模式一工作原理分析

3.3.2 模式二工作原理分析

3.4DCM LCC串并联谐振变换器的数学分析

3.4.1 模式一的数学分析

3.4.2 模式二的数学分析

3.5DCM LCC串并联谐振变换器的特性分析

3.5.1 电压增益特性分析

3.5.2 调频调压特性分析

3.6 仿真设计实例

3.7 本章小结

第四章 倍压整流AC-DC电路的设计

4.1 电路结构的设计

4.2 C-W结构六倍压整流电路原理分析

4.3 倍压整流电路电容的优化设计

4.4 本章小结

第五章 控制系统设计

5.1 系统控制策略的设计

5.1.1 DSP数字信号处理器

5.1.2 闭环控制流程

5.2 系统控制电路的设计

5.2.1 驱动电路的选型与设计

5.2.2 电压电流采样电路设计

5.3 本章小结

第六章 实验结果与波形分析

6.1 启动过程实验波形分析

6.2 小功率设计实例及谐振电流波形分析

6.3 IGBT驱动波形分析

第七章 总结与展望

参考文献

攻读学位期间所取得的相关科研成果

致谢