论文基于移相控制的全固态高压脉冲电源设计是关于高压方面的的相关大学硕士和相关本科毕业论文以及相关高压论文开题报告范文和职称论文写作参考文献资料下载。
摘 要： 针对传统高压脉冲的功率器件耐压值有限,电压等级难以提升,效率低的缺陷,提出了一种基于移相控制技术的全固态高压脉冲电源.充电电源部分采用移相控制ZVS PWM全桥变换电路,减小开关损耗；高压脉冲电路以全固态IGBT作为主开关器件,不仅能提升电压等级,还能对脉冲宽度和频率进行调节.实验结果表明,输出脉冲电压最大值为10 kV,具有纳秒级陡峭前沿,且频率、脉宽均可调.
关键词： 移相控制； 高压脉冲电源； IGBT； 纳秒级陡峭前沿； Marx发生器
中图分类号： TN911?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）22?0172?04
Abstract： Since the traditional high?voltage pulse power device has the defects of limited withstand voltage value and low efficiency, and is difficult to improve voltage level, an all?solid?state high?voltage pulse power supply based on phase?shifting control technology is put forward. The phase?shifting control ZVS PWM full?bridge conversion circuit is used in the charging power supply to reduce the switching loss. The high?voltage pulse circuit taking all?solid?state IGBT as its main switching device can improve the voltage level, and adjust the pulse width and frequency. The experimental results show that the all?solid?state high?voltage pulse power supply has maximum output pulse voltage of 10 kV, possesses the nanosecond steep rise, and its frequency and pulse width can be adjusted.
Keywords： phase?shifting control； high?voltage pulse power supply； IGBT； nanosecond steep rise； Marx generator
0 引 言
脉冲功率技术是一种电物理技术,是将较长时间内存储起来的能量在极短的时间内向负载输出功率密度极高的能量,实现输出功率对输入功率的压缩.目前,脉冲功率技术的应用正逐渐发展到工业、民用科技领域,如环境保护中处理烟气、生命科学领域中强脉冲电场对人体的影响等[1].这些都对脉冲功率技术的发展作出了更高的要求,使得脉冲功率技术成为当时最为活跃的研究领域之一[2].
全固态高压脉冲电源前级选用移相控制ZVS全桥变换电路作为其主电路拓扑,与传统的整流滤波相比,不仅能够获得可控电压,降低开关损耗,还能使充电电压稳定,进行快速充电,提高脉冲频率.后级电路使用大功率半导体开关代替传统电路中的气体开关,并用二极管取代充电电阻.采用串联全固态Marx电路的方法,基于“并联充电,串联放电”的基本工作方式[3],不使用任何脉冲变压器也不需要很高的输入电压,通过脉冲高压叠加获得脉冲电压输出倍增.根据以上理论,本文设计了一种10 kV高压脉冲电源,其脉冲宽度可调,且具有纳秒级快脉冲前沿.
1 高压脉冲电源系统总体设计
脉冲生成纳秒级高压脉冲电源系统总体结构如图1所示.三相交流电经过整流滤波以后变为直流电,经过DC/DC变换电路后为高压脉冲电路提供400 V直流输入.本文的DC/DC变换器选取移相全桥PWM变换作为其主电路拓扑,能够有效的降低开关损耗,使开关频率大幅度提高,减小变压器.高压脉冲电路选取集中式限流电感隔离的Marx发生器,使用IGBT作为主开关,并将其设计为正脉冲输出.
2 DC/DC变换电路
全桥逆变电路由四个功率开关管组成[4],Q1和Q3组成超前桥壁,Q2和Q4组成滞后桥臂,每个桥臂的两个开关管180°互补导通,两个桥臂的导通相差一个移相角[5].输出电压脉冲宽度的调节则是通过调节移向角的大小来实现.传统的移相全桥变换器的输出整流二极管存在反向恢复过程,会引起寄生振荡,二极管上存在很高的尖峰电压,需增加阻容吸收回路进行抑制[6].因此,在电路中加入二极管D11,D22两个箝位二极管.DR1～DR4构成全桥整流电路,滤除副边输出中的交流部分.
2.1 高频变压器的设计
设计中考虑到小型化和低损耗,应使变压器在要求的输出电压及输出负载范围内不饱和,同时其损耗最低.一般铁氧体磁性材料的饱和磁通为0.3～0.4 T之间[7],本文中选定工作磁通密度Bw等于0.15 T,金属叠片铁芯,电流密度比例系数Kj等于366 A/cm3.用面积乘积（AP）法公式进行估算,选取磁性材料编号.
2.2 主功率开关管
通过对移相控制ZVS PWM全桥变换电路的分析,可知开关管承受的最大电压为VBus（max）等于390 V.开关管中流过的最大电流为原边电流的最大值,考虑一定余量,此处选用Infineon公司的SPW47N60C3.
2.3 谐振电感设计
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参考文献：
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