基于串并联谐振变换器的高压电容器充电电源研究

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1、分类号学号M201371162学校代码10487密级硕士学位论文基于串并联谐振变换器的高压电容器充电电源研究学位申请人：王俊学科专业：电气工程指导教师：林磊副教授答辩日期：2015年5月19日AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringResearchonHighVoltageCapacitorChargingPowerSupplyBasedonSeries-ParallelResonantConverterCandi

2、date：WangJunMajor：ElectricalEngineeringSupervisor：AssociateProfessorLinLeiHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan,Hubei430074,P.R.ChinaMay,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到

3、本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在____________年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月本文研究课题受到：国家自然科学基金项目“

4、串联谐振高压电容器充电电源关键技术研究”（项目批准号为：51107050）的资助。谨致谢意！华中科技大学硕士学位论文摘要脉冲功率技术在高新技术产业及新型武器如辐射消毒、烟气净化、生物工程、电磁脉冲武器等方面得到了十分广泛的应用。而电容器储能因为简单可靠、技术成熟，成为脉冲功率技术最常用的储能方式。作为电容器储能的前级，电容器充电电源有着不可或缺的作用。因此，对电容器充电电源拓扑及控制方法的研究显得十分重要。在用于电容器充电电源的电路拓扑中，串联谐振变换器（SeriesResonantConverter，SRC）是最常用、最成熟的一种拓扑。它具有

5、控制简单、能够实现软开关、工作在电流断续模式下具有恒流源特性、抗负载短路能力强等优点。但是，SRC的电压增益小于1，且高压变压器分布参数的存在使得SRC的工作特性发生变化。为此，本文选择了串并联谐振变换器（Series-ParallelResonantConverter，SPRC）作为充电电源的拓扑结构。SPRC不仅具有一定的抗短路能力、能够实现软开关的优点，还可以利用高压变压器的分布参数作为谐振元件，同时其电压增益高于1。本文首先分析了工作在电流连续模式下SPRC的工作原理，说明了SPRC存在三种工作模式及各种模式的优劣，并选定强迫换流模式为

6、最优的工作模式。其次，运用扩展描述函数法建立了SPRC的大信号模型，再由大信号模型得到稳态模型与稳态等效电路。从所得的模型出发，推导了强迫换流模式的边界，通过图解的方法研究了负载品质因数、开关频率、并联谐振电容等相关参数对SPRC特性的影响，为电容器充电电源的设计提供了理论指导。根据SPRC的特性，在兼顾谐振槽电压电流峰值、电压增益、充电电流等指标的基础上，给出了电容器充电电源参数的设计方法，设计了一种基于变频控制的恒流充电方案。该控制方案不仅实现了恒流充电，同时也实现了开关管的零电压开通。通过仿真验证了模型的准确性及控制方案的可行性。最后，设

7、计了一台额定输出电压为3kV、充电功率为825J/s的电源样机，并进行有关的实验，实验结果证明了理论分析的合理性和控制方案的有效性。关键字：电容器充电电源串并联谐振变换器ZVS恒流充电变频控制I华中科技大学硕士学位论文AbstractNotonlyisthesupporttechnologyofhighpowerpulseradiationphysics,controllednuclearfusionphysicsandhigh-energydensityphysics,pulsedpowertechnologyisalsowidelyused

8、inhighandnewtechnologyindustryandnewweapons,forexample,radiationsterilizati