大功率高电压开关电源的设计

摘要

随着开关电源的电路拓扑、控制方式等理论、技术的不断完善和功率开关器件、控制芯片、磁性元件等的不断发展，开关电源的应用领域越来越广泛。在大功率高压电源研制中，开关电源技术的引入使得大功率高压电源的体积、重量不断减小、功率密度不断提高、数字化程度越来越高，逐渐替代了传统的工频高压电源。本文介绍了移相控制全桥ZVS-PWM逆变器技术在高压电源的应用，设计了实现软开关的大功率高电压开关电源。
　　本文首先介绍了开关电源的发展和开关电源在大功率高压电源设计中的应用，再分析了常用的逆变器电路拓扑、控制方式，在分析了基本原理、比较优缺点的基础上，阐明了移相控制全桥ZVS-PWM逆变器适用于大功率高压电源研制的原因。
　　在介绍了高压电源逆变器工作状态与常规低压电源逆变器间的区别后，着重分析了高压电源逆变器工作时的容性负载逆变器模型:将逆变器半个周期的工作过程划分为六个工作模态，分别阐述了每个工作模态的原理和主要参数的表达式，得出了超前臂和滞后臂开关管实现零电压开关的条件。
　　最后在对容性滤波模式的全桥ZVS变换器理论分析基础上，介绍了一种大功率高压电源的设计步骤，利用选择合适绝缘材料制作绕行骨架的方法，解决了高压变压器的初次级间高电压绝缘问题;利用两个变压器初级并联、多次级通过输出整流二极管串联技术，解决了单个大功率变压器损耗大、温升高及高压整流二极管难以选择等问题;并给出了电源样机的工作波形，验证了理论分析的正确性和设计方案的可行性。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 开关电源的发展

1．2 开关电源在大功率高压电源上的应用

1．3 本文研究的内容

2 大功率高压电源中的移相全桥ZVS PWM逆变器原理与分析

2．1 PWM逆变器原理介绍

2．2 全桥PWM逆变器原理

2．3 移相控制全桥PWM逆变器

2．3 容性负载移相全桥ZVS-PWM变换器工作原理

2．4 本章小结

3 200kW／100kV高压电源的设计

3．1 高压电源技术指标

3．2 高压电源方案选择

3．3 高压电源控制部分设计

3．3．1 控制保护电路设计

3．3．2 驱动电路的设计

3．4 主电路工作原理

3．5 主电路元器件参数选择

3．5．1 输入滤波电容

3．5．2 主功率开关器件的选择

3．5．3 谐振电感的设计

3．5．4 高频高压变压器的设计

3．5．5 输出整流管的选择

3．5．6 输出滤波电容

4 实验结果及分析

4．1 电源样机的实际参数

4．2 电源样机的波形

5 结论

致谢

参考文献