高压陡前沿脉冲发生器的研究

摘要

纳秒级上升沿高压脉冲技术己经在高压绝缘检测、激光技术、微波技术和电磁兼容试验技术等领域得到了广泛的应用。随着脉冲功率技术的发展，更快的脉冲前后沿、更高的重复频率以及更高的幅值都已成为脉冲功率技术的发展方向。在单器件 MOSFET 和 IGBT耐电压和电流非常有限情况下，就需要采用大量开关器件的串联或并联来提高开关电压和电流，本论文研究的高压陡前沿脉冲发生器采用 IGBT 串联技术，以实现幅值为±5kV，脉冲前沿为200ns，重复频率为10kHz的高压脉冲输出。 本文基于电力电子技术和脉冲功率技术，提出了一种高压、重复频率和陡前沿脉冲发生器的设计方法。其组成主要由幅值可调高压直流电源产生回路、高压逆变主回路和高压逆变控制回路构成。直流电源产生回路由调压回路、低压逆变回路、高频升压变压器和高频整流回路构成；高压主回路逆变器采用多个IGBT 串联构成半桥回路及相应的保护电路；高压逆变控制回路采用芯片 SG3525 来实现 PWM (脉宽调制)的控制方式，并且采用脉冲变压器来实现多个IGBT的同步驱动以及信号隔离。 通过仿真分析和实验研究表明，本文所设计的高压陡前沿脉冲发生器可实现输出幅值的连续调节，高压逆变控制信号具有较好的同步性，高压逆变回路可产生前沿250ns、幅值±5kV的高压陡脉冲。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题研究背景、目的及意义

1.2国内外高压脉冲电源研究概况和发展趋势

1.3高压陡前沿脉冲发生器基本原理

1.4需要完成的主要工作

第2章系统整体结构与可调直流高压发生器

2.1系统整体设计原则及结构

2.2调压整流电路设计

2.2.1调压整流电路的结构

2.2.2各部分实验电路的设计

2.2.3调压整流电路工作过程

2.3低压逆变电路的设计

2.3.1逆变主回路的选择

2.3.2功率开关元件的选择

2.3.3缓冲回路的设计

2.3.4主回路电容与电阻的选择

2.4脉冲升压变压器的设计

2.4.1脉冲变压器的特性

2.4.2变压器参数及算式

2.4.3磁心材料的选择

2.4.4绝缘问题

2.4.5脉冲升压变压器的参数计算

2.5本章小节

第3章高压逆变电路的设计

3.1高压逆变主回路结构

3.2 IGBT的串联均压研究

3.2.1影响IGBT串联运行的因素

3.2.2 IGBT的静态均压

3.2.3 IGBT的动态均压

3.2.4 IGBT的参数确定

3.2.5瞬态电压抑制器(TVS)的应用

3.2.6主回路电容和电阻的选择

3.3本章小结

第4章高压陡前沿脉冲发生器控制电路设计

4.1脉宽调制(PWM)电路

4.2驱动电路的设计

4.2.1驱动电路结构

4.2.2脉冲隔离变压器的设计

4.3 IGBT对驱动电路的要求

4.3.1门极电压对开关特性的影响及选择

4.3.2门极串联电阻RG对开关特性的影响及选择

4.4本章小结

第5章系统调试与结果分析

5.1调压电路调试

5.2 IGBT控制电路调试

5.3高压陡前沿脉冲发生器输出波形调试

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢