基于ZVS移相全橋的高壓大功率AC-DC電源設(shè)計

基于ZVS移相全橋的高壓大功率AC-DC電源設(shè)計開題報告提綱研究背景及意義主要研究內(nèi)容研究條件及進(jìn)展工作時間安排參考文獻(xiàn)412365深部礦產(chǎn)勘探的必要性經(jīng)濟高速發(fā)展，礦產(chǎn)資源需求增多全國重要礦山危機程度分布圖（摘自2004-2005危機礦山資源潛力評價數(shù)據(jù)）

電法勘探技術(shù)應(yīng)用發(fā)射源接收裝置良導(dǎo)體地面工程地質(zhì)調(diào)查地?zé)豳Y源探測水文環(huán)境監(jiān)測油氣構(gòu)造勘查金屬礦產(chǎn)勘查煤田地質(zhì)勘探電法勘探應(yīng)用電法勘探示意圖電法勘探的應(yīng)用領(lǐng)域電法勘探是尋找金屬礦最為有效的地球物理探測手段。1000V/50（200）A/50（200）KW1000V/45A/30KW國外電法儀器研究現(xiàn)狀1000V（500V）/20A(40A)/20KW國內(nèi)電法儀器研究現(xiàn)狀1000V/30（114A）A/30（70）KW/2011年4月河北廊坊物化探所中科院地球物理研究所1、最大發(fā)射電流可達(dá)50A，發(fā)射功率達(dá)到50KW，可拓展到100KW2、目前在實驗室已完成30KW樣機，野外已實現(xiàn)850V/25A的發(fā)送2007年：大功率發(fā)送機的額定發(fā)送電流為10A，發(fā)送電壓為800V…發(fā)送機可以大功率發(fā)送：發(fā)送機穩(wěn)定工作在622V/7.33A，更大功率的供電實驗由于整流電源的限制未展開

目前國內(nèi)外研究的發(fā)射機可以都實現(xiàn)大功率和大電流，但是在野外實際應(yīng)用中，由于地質(zhì)狀況的多變性，只有提高發(fā)射機的電壓等級才能實現(xiàn)發(fā)射大電流，因此研究大功率高電壓的AC-DC電源對于電法勘探十分重要。關(guān)鍵是實際應(yīng)用！研究意義研究背景及意義主要研究內(nèi)容研究條件及進(jìn)展工作時間安排參考文獻(xiàn)412365設(shè)計并制作完成高電壓大功率AC-DC電源一臺。主要技術(shù)指標(biāo)：電壓800V,電流30A，功率24KW，開關(guān)頻率18KHz，效率92%以上。預(yù)期研究目標(biāo)圖1直流電源電路簡圖高頻整流二極管尖峰電壓抑制圖2為全橋變換器拓?fù)?，圖中V1~V4為構(gòu)成全橋的功率開關(guān)，T1為變壓器，初次級繞組分別為N1和N2，匝比n=N2/N1，Ls1和Ls2分別為變壓器初級和次級的漏感，D1~D4為整流管，電感L與電容C組成輸出濾波器，R為負(fù)載電阻，Cb為隔直電容，Vi和Vo分別為輸入電壓和輸出電壓，vsec為變壓器次級電壓。圖2全橋變換器高頻整流二極管尖峰電壓抑制圖3全橋變換器主要波形圖4二極管反向恢復(fù)特性整流管反向恢復(fù)電流流過變壓器漏感，整流管結(jié)電容與變壓器漏感的諧振是造成整流管尖峰電壓的兩個原因。高頻整流二極管尖峰電壓抑制為了抑制整流管的尖峰電壓，提出圖5所示的改進(jìn)型全橋變換器。與全橋變換器相比，添加了輔助繞組N3、二極管D5~D8、電容Cr和C1、輔助電感LR。圖中N3為輔助繞組，Ls3為輔助繞組的漏感。圖5改進(jìn)型全橋變換器圖6改進(jìn)型全橋變換器主要波形高頻整流二極管尖峰電壓抑制改進(jìn)型全橋變換器添加了一個輔助繞組、四個二極管和一個輔助電感和兩個電容，通過改變各工作狀態(tài)下等效電感值的方式實現(xiàn)對尖峰電壓的抑制。改進(jìn)型ZVS移相全橋電路圖7移相全橋零電壓開關(guān)PWM電路圖8移相全橋點路的理想化波形

但是傳統(tǒng)ZVS移相全橋在輕載時，由于變壓器初級漏感存儲的能量很少，在滯后臂死區(qū)時間內(nèi)，只有變壓器初級漏感和開關(guān)管寄生電容發(fā)生諧振，因此，滯后橋臂開關(guān)管很難實現(xiàn)ZVS。在野外實際勘探過程中發(fā)射機必須能夠在負(fù)載變化較大的場合下工作，所以傳統(tǒng)移相全橋變換器不能滿足需求。改進(jìn)型ZVS移相全橋電路

在滯后橋臂上添加輔助諧振支路，由電感La和電容Ca組成，可以使變換器在輕載甚至空載時也能實現(xiàn)滯后橋臂開關(guān)管的ZVS。在死區(qū)時間內(nèi)，輔助諧振相當(dāng)于給滯后臂提供了一個電流源，使開關(guān)管S4的反向二極管在死區(qū)時間前的一小段時間內(nèi)始終處于導(dǎo)通狀態(tài)，從而使S4順利實現(xiàn)ZVS。圖9改進(jìn)型移相全橋零電壓開關(guān)PWM電路輔助電源供電設(shè)計具有高電壓隔離等級的AC-DC電源模塊，為電源內(nèi)部的驅(qū)動電路供電。根據(jù)驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)參數(shù)，要求供電電源提供+15V/1.0A，-15V/1.0A和+5V/1.0A三路輸出。圖10輔助電源總體結(jié)構(gòu)框圖三相380V交流電經(jīng)過輸入電路整流濾波后變?yōu)橹绷麟姡缓笸ㄟ^功率變換電路，再次轉(zhuǎn)換為交流電。在此過程中，要求高頻變壓器初次級繞組滿足交流3000V有效等級隔離，并且次級繞組有3路輸出。該輸出經(jīng)過后級整流濾波指標(biāo)為+15V/0.5A、+20V/1A和-20V/1A。其中+15V/0.5A輸出作為參考電壓構(gòu)成反饋環(huán)路。為保證電壓輸出的精度和穩(wěn)定性，另外兩路輸出經(jīng)過后級穩(wěn)壓模塊實現(xiàn)輸出為+15V/0.5A，-15V/0.5A，和+5V/0.5A，以滿足驅(qū)動電路要求。高壓絕緣高壓絕緣問題主要針對的是高頻變壓器和電感器的絕緣。根據(jù)電源對大功率高頻變壓器及電感的要求，設(shè)計并制作符合絕緣、功率、散熱要求的大功率高頻變壓器及大功率電感。散熱設(shè)計電源的熱穩(wěn)定性是電源能否持續(xù)工作的重要因素，電源主要損耗器件有工頻整流橋、全橋逆變IGBT及吸收電阻、高頻整流二極管及吸收電阻、輸出電感、風(fēng)機及供電電源、輸出電容上的均壓電阻、高頻變壓器、輸入接觸器和其他雜散損耗。機箱設(shè)計保證在野外惡劣的環(huán)境下電源也能正常工作，必須考慮長途運輸和搬運過程中所造成的機械振動對電源的影響，同時還要考慮器件的擺放、風(fēng)冷散熱需要的布局以及防碰撞的結(jié)構(gòu)等等。研究背景及意義主要研究內(nèi)容研究條件及進(jìn)展工作時間安排參考文獻(xiàn)4123651.學(xué)術(shù)（或技術(shù)）條件：項目組JLEM－I型發(fā)射機及其改進(jìn)型JLEM－II型發(fā)射機為本課題研究提供了技術(shù)支持和寶貴經(jīng)驗。2.實驗設(shè)備條件：

318實驗室提供相關(guān)的實驗儀器以及實驗場所。研究條件研究背景及意義主要研究內(nèi)容研究條件及進(jìn)展工作時間安排參考文獻(xiàn)4123652013.09-2014.10確定電源設(shè)計方案2014.11-2015.04制作完成電源各部分并進(jìn)行測試2015.05-2015.06組裝連接2015.07-2015.08進(jìn)行電源整體調(diào)試和測試2015.09-2015.10進(jìn)行野外試驗2015.11-2015.12改進(jìn)電源不足2016.01-2016.06完成畢業(yè)論文撰寫以及畢業(yè)答辯參考文獻(xiàn)[1]Masuoka,Fumihito.GreatimpactofRFCtechnologyonfastrecoverydiodetowards600Vforlowlossandhighdynamicruggedness[J].ProceedingsoftheInternationalSymposiumonPowerSemiconductorDevicesandIcs,2012:373-376.[2]Tsai,Cheng-Tao.High-efficiencycurrent-doublerrectifierwithlowoutputcurrentrippleandhighstep-downvoltageratio[J].IEEETransactionsonElectricalandElectronicEngineering,March2013,8(2):182-189.[3]ChoiHS,KimJW,ChoBH.NovelZero-voltageandZero-current-switching(ZVZCS)Full-bridgePWMConverterUsingCoupledOutputInductor[J].IEEETransactionsonPowerElectronics,2013,17(5):641-648.[4]SataY,IwasakiH,IshizukaM2012IEEETrans.Compon.Packag.Manuf.Technol.PartA,20160.[5]Soltanzadeh,Karim.Analysis,designandimplementationofanimprovedZVZCS-PWMforwardconverter[J].JournalofEle