基于IGBT的大功率固态脉冲调制器研究

摘要

本文针对目前雷达发射机、速调管和回旋管等真空电子管、冶金化工、高压除尘及医疗应用等相关应用领域对其供电系统即大功率脉冲调制器要求的不断提高，设计一种基于IGBT的非同步信号触发、含栅极泄放电路大功率脉冲调制器。 传统大功率脉冲调制器一般采用线性直接串联方式，用氢闸流管作为开关，其具有发热严重，体积巨大，调制信号同步要求高，脉冲前沿后沿延时长，过冲严重，容错性不强等缺点。并且随着电子技术的不断发展，大功率脉冲调制器研究方向朝着体积小，效率高，脉冲波形前沿后沿陡峭，波形底部平坦等方向发展。故本文对大功率调制器进行如下研究： 使用新型IGBT固态开关器件代替体积巨大的氢闸流管，分析IGBT管各项参数，建立其spice模型用于仿真。 针对传统调制器高压直流电源部分发热严重效率低等缺点，设计UC3875控制信号电路以及驱动电路，使用移相全桥零电压开关脉宽调制技术控制带辅助电流源网络的全桥电源变换电路，减少开关损耗提高效率。选择20kHz开关信号，避免使用工频变压器导致调制器体积变大。 调制器设计低频转高频信号处理电路，使长脉冲调制信号转为高频信号，适用于变压器隔离传输以及调制开关驱动门电路。采用加法叠加结构的脉冲形成电路，增加电路容错性，由于其开关管独立工作的特点，设计调制信号延迟电路，共二十五路信号，分为五组，每组信号之间开启时间延迟，可以有效减小输出脉冲前沿过冲。脉冲形成电路开关管驱动门电路增加栅极截尾脉冲泄放电路，使开关管关断时刻快速泄放掉栅极电荷，开关管快速关断，使脉冲后沿陡峭。 本文所述基于IGBT的大功率固态脉冲调制器，经仿真优化设计和实验验证，最终设计参数指标为：输出电压0～-20kV连续可调，电流0～2A，脉宽25us～400us可调，重复频率可达200Hz。其输出波形，前沿、后沿陡峭，无明显过冲，且底部平坦，完全适合电子真空管使用的大功率脉冲调制电源。

目录

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第一章 绪论

1.1 大功率脉冲调制器概述

1.2 大功率脉冲调制器国内外研究现状

1.3 大功率脉冲调制器研究意义

1.4 功率脉冲调制器设计方案及主要创新点

1.4 本学位论文的主要研究内容和安排

1.5 本章小结

第二章 大功率脉冲调制器技术理论

2.1 电源变换技术理论

2.1.1 正激变换器

2.1.2 推挽变换器

2.1.3 半桥变换器

2.1.4 全桥变换器

2.2 调制器技术

2.2.1 线性串联结构脉冲形成电路

2.2.2 加法叠加结构脉冲形成电路

2.3 本章小结

第三章 大功率固态脉冲调制器仿真分析

3.1 大功率固态脉冲调制器的参数指标

3.2.1 IGBT管建模理论

3.2.2 IGBT仿真

3.3 电源变换电路仿真

3.4 调制器电路仿真

3.4.1 有无泄放电路对比

3.4.2 同步与非同步对比

3.5 本章小结

第四章 大功率固态脉冲调制器设计及实验

4.1电源变换电路设计

4.1.1 三相交流转直流整流滤波电路设计

4.1.2 直流转高频交流全桥逆变电路设计

4.2 高压脉冲调制器设计

4.2.1 脉冲信号处理模块设计

4.2.2 延时模块设计

4.2.3 截尾脉冲产生模块设计

4.2.4 驱动门电路模块设计

4.2.5 脉冲形成电路设计

4.3 保护电路设计

4.4 辅助电源

4.5 大功率固态脉冲调制器输出实验

4.6 本章小结

第五章 总结及展望

5.1 全文总结

5.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果