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高电压大功率开关电源拓扑电路的设计与研究

胡科堂  
【摘要】:开关电源具有效率高、体积小、重量轻等显著特点。目前世界各国都有广泛的应用,特别是对大功率高频开关电源的研究和开发已成为当今电力电子学的主要研究领域,并派生出很多新的研究方向;控制理论、电力电子技术以及半导体材料的发展为高电压大功率开关电源的研发提供了有力的支撑。近些年,计算机仿真技术的不断进步,尤其是Saber仿真软件的问世对开关电源拓扑电路的设计、元器件参数优化等起到了非常大的作用,而且降低了设计的成本,缩短了设计周期,提高了产品的可靠性。 本文依据地质勘探领域大功率发射机的技术指标设计出一款高电压大功率开关电源拓扑结构,并对该拓扑结构进行了理论分析、计算机仿真及实验验证。本文所作的主要工作如下: 首先,本文对开关电源的常用拓扑结构进行了理论分析与对比,根据各个拓扑的结构特点及适用的功率范围,针对大功率开关电源拓扑结构进行了理论设计。同时,对于硬开关技术和软开关技术进行了对比与分析,确定了本文中的高频变换器采用硬开关技术。根据大功率开关电源拓扑结构,设计出适用于地质勘探领域大功率发射机的高电压大功率开关电源拓扑结构。本拓扑与大功率开关电源拓扑结构的主要区别在于其将高频变压器的单副边绕组替换为双副边绕组,使得拓扑具有串联和并联输出模式,达到高电压且电压宽范围输出的目的。然后对拓扑电路中的器件进行了选型与设计;本文利用理论分析及仿真手段对滤波电感及LC滤波器进行了设计。同时着重分析了高频变压器磁芯的选型及理论设计,阐述了高频变压器漏感对拓扑电路的影响及其降低方法以及高频变压器的偏磁现象产生原因及其抑制方法。 其次,对高电压大功率开关电源拓扑电路采用电力电子仿真软件Saber进行计算机仿真建模。通过仿真分析,验证拓扑结构及器件参数的合理性。 然后,采用TMS320X2812作为主控芯片,设计控制电路,完成了实验室实验平台的调试工作并对拓扑电路的效率及损耗进行了研究与分析。 最后,设计完成最大输出功率20kW,电压输出范围100~1000V的大功率发射机拓扑,并完成大功率发射机工程样机的实验工作。


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