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可控高速高压脉冲电源研究

作　者: 赖俊成
导　师: 田兆硕
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 脉冲电源 功率MOSFET 直流斩波 FPGA
分类号: TN782
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


高压脉冲电源在激光技术、电火花加工、脉冲电镀、电弧焊接等领域获得了广泛的应用。在激光技术领域,为了得到峰值功率高,脉冲宽度窄的激光脉冲,通常采用调Q激光模式工作,这样就需要在调Q晶体上加数千伏的高压脉冲。由于调Q电源对脉冲的宽度及上升沿和下降沿有着特殊的要求,并且应用领域相对较窄,使得国内外研究相对较少,价格昂贵,成本较高。本文根据调Q CO2激光器的要求,设计了一种以功率MOSFET为开关器件的高速高压脉冲电源。本文首先介绍了功率MOSFET的工作原理,分析了它的模型参数,设计了基于H桥的驱动及开关电路和基于推挽电路的驱动及开关电路。并且制作完成了基于FPGA并采用计数器计数方式的信号发生电路,触发信号频率数1k10k可调和以及脉宽为500ns-2000ns可调。还设计了多个MOSFET级联的高压开关电路和脉冲变压器。其中高压开关电路提高了脉冲的电压幅值,而脉冲变压器实现电气隔离和同步多路触发信号,每路触发信号控制一个单元电路的开与关。然后根据开关电路驱动的具体要求,设计了多路隔离的低压直流电源,其输出电压可调,从而为整个系统稳定工作提供了保障。采用现有的模块搭建了输出电压1000V的高压直流电源,同时大大缩小了实验系统的体积。实验测得了该电路系统在不同电压及负载上的脉冲波形。在负载为1k（?）,高压直流电压为1000V时,测试结果为脉冲宽度在500-2000ns可调,脉冲的上升沿和下降沿在150ns左右,能够满足调Q CO2激光器的设计要求。本文设计的高压脉冲电源,验证了方案的可行性,能够满足激光器的实验要求,同时可以大大降低实验成本,具有结构简单,成本低的优点。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-16
  1.1 脉冲电源简介  8-9
  1.2 国内外研究状况  9-14
    1.2.1 国外研究状况  9-11
    1.2.2 国内研究状况  11-14
  1.3 研究背景及目的  14-15
  1.4 论文结构  15-16
第2章 脉冲电源模型分析  16-31
  2.1 脉冲波形参数  16-17
  2.2 脉冲电源模型分析  17-18
  2.3 脉冲电源实现方法  18-22
    2.3.1 直流斩波法  18-20
    2.3.2 高压脉冲电源系统  20
    2.3.3 开关管的选择  20-22
  2.4 驱动电路模型分析  22-27
    2.4.1 功率MOSFET的模型及分析  22-23
    2.4.2 功率MOSFET驱动电路的要求  23-27
  2.5 脉冲变压器模型分析  27-30
    2.5.1 上升阶段  28-29
    2.5.2 平顶阶段  29-30
    2.5.3 下降阶段  30
  2.6 本章小结  30-31
第3章 基于FPGA的信号发生电路设计  31-42
  3.1 信号发生电路  31-33
    3.1.1 基于555 的信号发生电路  31
    3.1.2 PWM专用芯片  31-32
    3.1.3 基于单片机的信号发生电路  32-33
    3.1.4 基于可编程逻辑器件的信号发生电路  33
    3.1.5 信号发生电路的选择  33
  3.2 可编程逻辑器件  33-39
    3.2.1 FPGA的简介  33-34
    3.2.2 Cyclone II的结构  34-35
    3.2.3 Cyclone II的配置  35-39
  3.3 信号发生电路设计  39-41
  3.4 本章小结  41-42
第4章 基于H桥的驱动及开关电路设计  42-54
  4.1 工作原理  42-43
  4.2 电源部分  43-46
    4.2.1 低压直流源  43-45
    4.2.2 高压直流源  45-46
  4.3 H桥电路  46-47
  4.4 开关电路的设计  47-50
  4.5 保护电路  50-51
  4.6 实验测试  51-53
  4.7 本章小结  53-54
第5章 基于推挽的驱动及开关电路设计  54-64
  5.1 直流低压电源  54-55
  5.2 放大隔离电路  55-56
  5.3 推挽电路  56-59
    5.3.1 驱动电路  57-59
    5.3.2 带保护的开关电路  59
  5.4 测试结果分析  59-63
  5.5 本章小结  63-64
结论  64-65
参考文献  65-69
致谢  69

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 脉冲技术、脉冲电路 > 脉冲的产生、脉冲发生器
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