基于锂电池供电的高频高压充电电源的研究

摘要

目前适用于地质复杂山区勘探的电火花震源十分笨重，而且野外勘探市电获取十分困难。基于此背景，研制了一台锂电池供电的高频高压充电电源，为电火花震源充电。与传统电源相比便于携带，同时解决了市电获取困难的问题。
　　首先，本文对串联谐振和串并联谐振充电电源的工作特性进行了研究。充电电源工作在串联谐振模式时，脉冲电容器恒流充电，充电电压具有良好的线性度。充电电源工作在串并联模式时，在充电中末期谐振电流减小，谐振周期变短，充电电压线性度变差。尽管串联谐振工作模式更适合作为脉冲电容器的充电方式，但在一定场合下，高频变压器的分布电容会显著影响到串联谐振充电电源，使串联谐振电源由串联工作模式变为串并联工作模式。本文研制的充电电源工作在串并联模式，文中对串并联谐振逆变器与锂离子电池的匹配特性进行了较为深入的研究。通过调整并联补偿电容优化锂离子电池的输出电流，使锂离子电池输出特性最佳，体积最小，满足便携性要求。
　　其次，本文设计并研制了一台充电速率200J/s，充电电压0-5KV可调的锂电池供电的高频高压充电电源样机。主电路着重对电感和变压器等核心元件进行了参数设计。控制电路采用SG3525芯片，附加外部电路设置了多重保护，如满充保护、电压阈值保护和充电延时保护。进行了负载短路实验、变压器分布电容测量实验以及脉冲电容器充电实验。负载短路实验的主要目的是测量变压器和电感以及IGBT的温升。变压器分布电容测量实验主要是比较不同变比下的变压器分布电容，变比大的变压器绕制匝数多，造成变压器的分布电容变大。脉冲电容器充电实验主要是为了验证充电电源的各项指标是否符合要求。
　　实验表明，通过并联补偿电容可以使锂离子电池与串并联谐振逆变器达到理想匹配状态，改善了锂离子电池的输出特性。不仅提高了电源系统的功率密度，在满足要求的情况下大大降低了锂离子电池的体积，也提高了锂离子电池的寿命。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 电容器充电电源和锂离子电池的国内外研究现状

1．2．1 电容器充电电源的简介及国内外研究现状

1．2．2 锂离子电池的国内外研究现状

1．3 本文研究的主要内容

第二章 串联与串并联谐振逆变器的工作过程分析

2．1 LC串联谐振逆变器的工作过程分析

2．2 LC串联谐振逆变器的仿真

2．3 LCC串并联谐振逆变器的工作过程分析

2．4 LCC串并联谐振逆变器的仿真

2．5 本章小结

第三章 锂离子电池与串并联谐振逆变器的阻抗匹配特性研究

3．1 锂离子电池模块的仿真

3．2 锂离子电池与串并联谐振逆变器的匹配仿真研究

3．3 本章小结

第四章 锂离子电池供电的高频高压充电电源的设计

4．1 主电路的设计

4．2 控制电路的设计

4．3 本章小结

第五章 实验与结果分析

5．1 充电电源的负载短路实验

5．2 高频变压器分布电容的测量实验

5．3 负载电容的充电实验

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 本文总结

6．2 工作展望

参考文献

硕士期间发表的论文

致谢