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)容研究條件及進展工作時間安排參考文獻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50A，發(fā)射功率達到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)容研究條件及進展工作時間安排參考文獻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改進型全橋變換器圖6改進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?，然后通過功率變換電路，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)容研究條件及進展工作時間安排參考文獻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)容研究條件及進展工作時間安排參考文獻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行測試2015.05-2015.06組裝連接2015.07-2015.08進行電源整體調(diào)試和測試2015.09-2015.10進行野外試驗2015.11-2015.12改進電源不足2016.01-2016.06完成畢業(yè)論文撰寫以及畢業(yè)答辯參考文獻[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