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等离子脉冲电源拓扑结构及陡化电路的仿真研究

作　者: 徐琛
导　师: 袁佑新
学　校: 武汉理工大学
专　业: 电机与电器
关键词: 等离子体脉冲电源 Boost变换器磁开关脉冲陡化
分类号: TN782
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

等离子体在工业以及军事上具有十分广阔的应用前景。等离子体发生器是获得等离子体的主要供应设备。但是诸如等离子体发生器、准分子激光器、激光武器等设备都需要一种能产生纳秒级高压高重复频率的脉冲电源。本文在广泛阅读国内外相关文献和深入研究现有开关电源技术的基础上,以等离子开关电源为研究对象,从电源的调压电路拓扑结构、调压电路输出电压的纹波系数和脉冲陡化电路的相关技术等方面,进行了以下的系统探索与研究：(1)等离子开关电源调压电路是其电源性能好坏的关键所在,其拓扑结构的优劣直接影响电源的供电性能。因此,对电源调压电路拓扑结构进行优化设计,使之符合电源的技术要求是本文的关键问题之一。在系统地分析等离子开关电源调压电路各种拓扑结构的工作原理及过程的基础上,分析对比了各种拓扑结构的优缺点及应用环境,并且给出了各种变换器的典型应用电路。(2)在对开关电源拓扑电路分析的基础上,构建了升压变换器仿真模型,并进行了仿真研究,给出了三种工作模式下影响PWM控制高频高压开关电源调压电路输出电压纹波系数的各种因素,为设计等离子发生器开关电源提供了参考依据。(3)脉冲压缩陡化电路是对等离子初级电源产生的高压高频正弦电压进行陡化处理的重要手段,其陡化处理好坏直接影响着对等离子发生器供电质量的好坏,由于脉冲压缩陡化电路的设计有很多方法可供选侧,所以对其选型和仿真实验至关重要。本文在分析了磁开关的工作原理及磁脉冲压缩网络的工作特点,并得到磁开关模型重要特征的基础上,给出了脉冲陡化电路的设计方法,并对脉冲陡化电路的设计进行了仿真,仿真结果证明了其理论分析与设计方法的有效性。同时,对压缩陡化电路系统各个部分的输入输出特性做了系统的试验研究和分析,给出了试验数据和波形；对仿真结果和试验结果作了分析比较,找出了电路的运行规律。在研究方法上,本文采用先建模分析、再计算机仿真、后搭建模型仿真实验电路三位一体的研究策略。文中对主要的电路结构进行了大量的仿真分析,如调压变换器、磁开关磁芯模型、压缩陡化系统电路等,以此降低研究成本,获得更快、更高、更好的科研效果。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-16
  1.1 课题概述  10-12
    1.1.1 课题题目及来源  10
    1.1.2 课题的研究背景  10-11
    1.1.3 课题研究目的及意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-13
  1.3 开关电源的发展趋势  13-14
  1.4 课题主要研究内容  14-16
第2章等离子开关电源调压电路的拓扑结构研究  16-28
  2.1 BUCK变换器  16-20
    2.1.1 Buck变换器的拓扑结构及工作原理  16-17
    2.1.2 Buck电路中的参数计算  17-19
    2.1.3 Buck变换器的典型应用电路  19-20
  2.2 BOOST变换器  20-23
    2.2.1 Boost变换器的拓扑结构及工作原理  20-21
    2.2.2 Boost电路中的参数计算  21-22
    2.2.3 Boost变换器的典型应用电路  22-23
  2.3 BUCK-BOOST变换器  23-26
    2.3.1 Buck-Boost变换器的拓扑结构及工作原理  23-24
    2.3.2 Buck-Boost电路中的参数计算  24-25
    2.3.3 Buck-Boost变换器的典型应用电路  25-26
  2.4 三种变换器的优化分析  26-27
  2.5 本章小结  27-28
第3章等离子开关电源输出电压纹波系数分析  28-40
  3.1 BOOST变换器的仿真模型的构建  28-29
  3.2 BOOST变换器的工作模式  29-33
    3.2.1 Boost变换器的临界电感  29-30
    3.2.2 Boost变换器的三种工作模式  30-31
    3.2.3 Boost变换器三种工作模式下的输出电压纹波系数  31-33
  3.3 影响BOOST变换器输出电压纹波系数的因素  33-38
    3.3.1 输入电压的影响  33-35
    3.3.2 储能电感的影响  35-36
    3.3.3 输出负载的影响  36-37
    3.3.4 环境温度的影响  37-38
  3.4 本章小结  38-40
第4章脉冲陡化电路的研究  40-61
  4.1 脉冲陡化电路的工作原理  40-46
    4.1.1 磁开关的工作原理  41-43
    4.1.2 磁脉冲压缩网络的工作原理  43-44
    4.1.3 磁开关的参数计算方法  44-46
  4.2 脉冲陡化电路的设计  46-49
    4.2.1 磁开关的设计  46-48
    4.2.2 电容器的设计  48-49
    4.2.3 高压硅堆的选择  49
  4.3 脉冲陡化电路的建模  49-52
    4.3.1 Pspice仿真软件概述  49-50
    4.3.2 磁开关模型的建立  50-51
    4.3.3 负载模型的建立  51-52
    4.3.4 变压器模型的建立  52
  4.4 脉冲陡化电路的仿真及分析  52-60
    4.4.1 脉冲陡化仿真电路的建立  52-54
    4.4.2 输入电压对陡化波形的影响  54-56
    4.4.3 饱和电感对陡化波形的影响  56-57
    4.4.4 磁开关导通时间对陡化波形的影响  57-58
    4.4.5 负载对陡化波形的影响  58-60
  4.5 本章小结  60-61
第5章总结与展望  61-65
  5.1 全文总结  61-63
  5.2 心得体会  63
  5.3 下一步工作展望  63-65
致谢  65-66
参考文献  66-69
作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文  69

等离子脉冲电源拓扑结构及陡化电路的仿真研究

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