移相全桥软开关高频高压交流电源的设计

摘要

本文就移相全桥软开关高频高压交流电源的结构、基本工作原理进行了分析，研制了一台输出功率为5kW，输出电压为20kv，频率为25kHz的高频高压交流电源。 目前为止，高频高压电源主电路结构多采用PWM硬开关控制方式，功率开关器件在开关瞬间承受大的电流应力和电压应力，其开通和关断过程损耗较大，从而使高频高压交流电源的效率下降。本文采用移相式软开关技术，以现代电力电子器件IGBT’作为功率开管器件，应用PWM控制技术，设计了新型高频高压交流电源来解决现行电源的能量损耗问题。 本文给出了移相全桥PWM交流电源主电路拓扑，对移相全桥软开关高频交流电源的逆变环节做了详细的研究，介绍了IGBT的结构原理，特性和开关过程，选用日本富士公司的EXB841快速型IGBT专用驱动模块来驱动IGBT，根据变压器的设计原则给出了逆变器的变压器原副边匝数，通过仿真分析确定了输出滤波电路各元器件的参数。移相脉冲的产生采用ML4818专用移相控制芯片，主电路控制器选用专用于PWM移相变换的新型控制芯片UCC3895，给出了控制器的软启动方法，分析了全桥逆变器的两种控制方法，结合高频高压交流电源的性能要求选用单极性移相控制方法，实现了周波变换器的ZVS开关。 根据分析采用Pspice软件对开关电源控制器设计及逆变器主电路进行了仿真，给出了逆变器输出电压波形及主功率管消耗功率波形图，并分析了能量损耗的来源，验证了软开关技术在高频高压交流电源中应用的优越性。初步实验结果证明本文研制的电源达到了设计要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1高频高压交流电源应用

1.2高频高压交流电源的发展趋势

1.3论文的选题思想及主要研究工作

1.3.1论文的选题思想

1.3.2论文的主要研究工作

2高频高压交流电源系统的性能要求及总体设计

2.1高频高压交流电源的性能指标

2.2高频高压交流电源的整体设计

2.3输入整流滤波电路的设计

2.3.1输入滤波电路的设计

2.3.2输入整流电路的设计

2.4软开关逆变器

2.4.1软开关技术

2.4.2移相式软开关技术

3移相控制软开关PWM逆变器的设计

3.1逆变器功率元器件的选择

3.1.1 IGBT的电气特性

3.1.2 IGBT的参数设计

3.2 IGBT的驱动

3.2.1对驱动电路的要求

3.2.2驱动电路设计

3.3高频变压器的设计

3.3.1高频变压器的设计步骤

3.3.2高频变压器设计中的几个问题

3.4输出滤波电感值的确定

3.4.1输出滤波器的选择和参数设计

3.4.2滤波参数选择的理论分析

4控制回路及相关辅助电路的设计

4.1电源控制器设计

4.1.1 UCC3895主要功能特点及控制器电路组成

4.1.2斜坡补偿电路设计与计算

4.1.3闭环系统小信号模型调节器设计

4.1.4软启动及保护电路设计

4.1.5控制器的PSPICE仿真

4.2移相全桥PWM交流电源主电路拓扑及控制结构

4.2.1两种控制方式比较

4.2.2单极性移相控制的原理特性

4.3移相脉冲电路

4.3.1脉冲宽度调制器的原理

4.3.2移相脉冲发生电路

5移相交流电源的仿真及实验

5.1仿真软件概述

5.2仿真电路及元件参数

5.2.1移相全桥软开关过程

5.2.2参数设计

5.3逆变器应用移相软开关技术的仿真

5.3.1软开关逆变器主功率管消耗功率分析

5.3.2移相控制驱动信号

5.3.2超前桥臂和滞后桥臂的零电压开通过程

5.4实验结果

5.4.1电源输出滤波器参数的选择

5.4.2电源输出实验波形

5.5本章总结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢