双管正激型高压电容充电技术和脉冲放电辐射特性研究

作     者：尹彬 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：钟和清

授予年度：2016年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：双管正激 峰值电流控制 脉冲成形网络 同轴结构 磁场辐射 

摘      要：脉冲功率技术在国防科研和高新技术领域有着极为重要的应用,而且已经越来越多的应用于民用和工业部门,有着极为广泛的应用和发展前景,如能源、环境科学、医疗和生物工程等领域。电容式脉冲功率电源包括高压充电电源、中间储能电容器、脉冲成形网络PFN三部分。其中高压充电电源是电容式脉冲功率系统中首要环节,而脉冲成形网络PFN则是将储存的能量以脉冲大电流的形式释放给负载。本文对比分析了三种高压电容器充电方式,最后选用了具有开关管电压应力低、可靠性非常高等优点的双管正激变换器作为高压电容器充电电源的主电路拓扑。然后详细分析了双管正激变换器的工作原理,并对每个工作过程都给出等效电路,从而推导出了变压器原副边和励磁电流的表达式。针对电容器充电前期峰值电流过大和限制充电电流,采用了峰值电流控制方法,然后又为了让变压器磁芯可靠复位,采用限开关管导通脉宽的控制方法,并分析了电路控制过程及特点。最后通过Simulink仿真验证控制策略的有效性。本文然后研究了脉冲成形网络部分,当高压充电电源完成充电过程后,电容器对负载放电。通过Simulink仿真放电回路,可知放电电流较大,且放电时间较短。然后主要研究脉冲电抗器产生的强脉冲磁场。通过使用有限元数值分析软件Ansoft Maxwell对PFN回路中的电抗器进行了三维实体建模与电磁场仿真,验证了新型脉冲成形网络部分结构(即同轴结构)的特点和优势。最后,设计了一台实验样机,然后对实验装置的主要电路进行了介绍与分析,并进行了相关的实验,验证了理论分析的正确性和控制策略的有效性。