基于ZVS移相全桥的高压大功率AC-DC电源设计

基于ZVS移相全桥的高压大功率AC-DC电源设计开题报告提纲研究背景及意义主要研究内容研究条件及进展工作时间安排参考文献412365深部矿产勘探的必要性经济高速发展，矿产资源需求增多全国重要矿山危机程度分布图（摘自2004-2005危机矿山资源潜力评价数据）

电法勘探技术应用发射源接收装置良导体地面工程地质调查地热资源探测水文环境监测油气构造勘查金属矿产勘查煤田地质勘探电法勘探应用电法勘探示意图电法勘探的应用领域电法勘探是寻找金属矿最为有效的地球物理探测手段。1000V/50（200）A/50（200）KW1000V/45A/30KW国外电法仪器研究现状1000V（500V）/20A(40A)/20KW国内电法仪器研究现状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、最大发射电流可达50A，发射功率达到50KW，可拓展到100KW2、目前在实验室已完成30KW样机，野外已实现850V/25A的发送2007年：大功率发送机的额定发送电流为10A，发送电压为800V…发送机可以大功率发送：发送机稳定工作在622V/7.33A，更大功率的供电实验由于整流电源的限制未展开

目前国内外研究的发射机可以都实现大功率和大电流，但是在野外实际应用中，由于地质状况的多变性，只有提高发射机的电压等级才能实现发射大电流，因此研究大功率高电压的AC-DC电源对于电法勘探十分重要。关键是实际应用！研究意义研究背景及意义主要研究内容研究条件及进展工作时间安排参考文献412365设计并制作完成高电压大功率AC-DC电源一台。主要技术指标：电压800V,电流30A，功率24KW，开关频率18KHz，效率92%以上。预期研究目标图1直流电源电路简图高频整流二极管尖峰电压抑制图2为全桥变换器拓扑，图中V1~V4为构成全桥的功率开关，T1为变压器，初次级绕组分别为N1和N2，匝比n=N2/N1，Ls1和Ls2分别为变压器初级和次级的漏感，D1~D4为整流管，电感L与电容C组成输出滤波器，R为负载电阻，Cb为隔直电容，Vi和Vo分别为输入电压和输出电压，vsec为变压器次级电压。图2全桥变换器高频整流二极管尖峰电压抑制图3全桥变换器主要波形图4二极管反向恢复特性整流管反向恢复电流流过变压器漏感，整流管结电容与变压器漏感的谐振是造成整流管尖峰电压的两个原因。高频整流二极管尖峰电压抑制为了抑制整流管的尖峰电压，提出图5所示的改进型全桥变换器。与全桥变换器相比，添加了辅助绕组N3、二极管D5~D8、电容Cr和C1、辅助电感LR。图中N3为辅助绕组，Ls3为辅助绕组的漏感。图5改进型全桥变换器图6改进型全桥变换器主要波形高频整流二极管尖峰电压抑制改进型全桥变换器添加了一个辅助绕组、四个二极管和一个辅助电感和两个电容，通过改变各工作状态下等效电感值的方式实现对尖峰电压的抑制。改进型ZVS移相全桥电路图7移相全桥零电压开关PWM电路图8移相全桥点路的理想化波形

但是传统ZVS移相全桥在轻载时，由于变压器初级漏感存储的能量很少，在滞后臂死区时间内，只有变压器初级漏感和开关管寄生电容发生谐振，因此，滞后桥臂开关管很难实现ZVS。在野外实际勘探过程中发射机必须能够在负载变化较大的场合下工作，所以传统移相全桥变换器不能满足需求。改进型ZVS移相全桥电路

在滞后桥臂上添加辅助谐振支路，由电感La和电容Ca组成，可以使变换器在轻载甚至空载时也能实现滞后桥臂开关管的ZVS。在死区时间内，辅助谐振相当于给滞后臂提供了一个电流源，使开关管S4的反向二极管在死区时间前的一小段时间内始终处于导通状态，从而使S4顺利实现ZVS。图9改进型移相全桥零电压开关PWM电路辅助电源供电设计具有高电压隔离等级的AC-DC电源模块，为电源内部的驱动电路供电。根据驱动电路的结构参数，要求供电电源提供+15V/1.0A，-15V/1.0A和+5V/1.0A三路输出。图10辅助电源总体结构框图三相380V交流电经过输入电路整流滤波后变为直流电，然后通过功率变换电路，再次转换为交流电。在此过程中，要求高频变压器初次级绕组满足交流3000V有效等级隔离，并且次级绕组有3路输出。该输出经过后级整流滤波指标为+15V/0.5A、+20V/1A和-20V/1A。其中+15V/0.5A输出作为参考电压构成反馈环路。为保证电压输出的精度和稳定性，另外两路输出经过后级稳压模块实现输出为+15V/0.5A，-15V/0.5A，和+5V/0.5A，以满足驱动电路要求。高压绝缘高压绝缘问题主要针对的是高频变压器和电感器的绝缘。根据电源对大功率高频变压器及电感的要求，设计并制作符合绝缘、功率、散热要求的大功率高频变压器及大功率电感。散热设计电源的热稳定性是电源能否持续工作的重要因素，电源主要损耗器件有工频整流桥、全桥逆变IGBT及吸收电阻、高频整流二极管及吸收电阻、输出电感、风机及供电电源、输出电容上的均压电阻、高频变压器、输入接触器和其他杂散损耗。机箱设计保证在野外恶劣的环境下电源也能正常工作，必须考虑长途运输和搬运过程中所造成的机械振动对电源的影响，同时还要考虑器件的摆放、风冷散热需要的布局以及防碰撞的结构等等。研究背景及意义主要研究内容研究条件及进展工作时间安排参考文献4123651.学术（或技术）条件：项目组JLEM－I型发射机及其改进型JLEM－II型发射机为本课题研究提供了技术支持和宝贵经验。2.实验设备条件：

318实验室提供相关的实验仪器以及实验场所。研究条件研究背景及意义主要研究内容研究条件及进展工作时间安排参考文献4123652013.09-2014.10确定电源设计方案2014.11-2015.04制作完成电源各部分并进行测试2015.05-2015.06组装连接2015.07-2015.08进行电源整体调试和测试2015.09-2015.10进行野外试验2015.11-2015.12改进电源不足2016.01-2016.06完成毕业论文撰写以及毕业答辩参考文献[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