电磁推进脉冲电源功率器件驱动控制研究

来源 :长春理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhusimeng
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电磁推进技术具有推力大、推进质量范围大、推进效率高、能源清洁简易、成本费用低,工作性能优良、结构多样及可控性好等优点,在未来的国防建设、科学研究、民用工业、航天和交通等领域都具有很好地发展前景。现阶段,能够满足电磁推进技术的高功率脉冲电源的实验研究或是实际应用的脉冲电源其基本要求是瞬态功率能够达到GW级,冲放电周期10ms左右。其主要的发展方向是提高脉冲电源的储能密度、精确可控性和重复频率。本论文以满足电磁推进技术要求的脉冲电源为设计目标,主要研究内容如下:(1)介绍了电容储能式脉冲电源系统的组成和原理,分析了电磁推进脉冲电源充放电部分的基本功能和技术要求。(2)通过对电容的充电过程的理论分析,以及对多种充电方式的对比,采用LC串联谐振充电电路方式作为电磁推进脉冲电源的充电部分。选用绝缘栅双极型晶体管作为功率开关,通过对本次研究的电磁推进脉冲电源各项参数分析使用EXB841产生驱动信号,选用了合适的串联谐振充电电源电路。(3)对电容的放电过程分析从而引出本文所要研究的大功率半导体器件在大容量电容在放电过程中的作用和性能要求。选择串联可控硅作为放电开关,对串联的功率半导体均压驱动方法进行了分析和总结,在此基础上,提出了一种新型的单脉冲驱动方式。使用STM32F系列产生驱动信号。利用单脉动驱动串联晶闸管,设计了一台电磁推进脉冲电源的放电部分。(4)利用Mulitisim软件对前面提出的单脉冲驱动电路在串联开关管中的驱动均压效果进行仿真验证,并对设计的电磁推进脉冲电源进行单模块和多模块的放电模拟分析,验证了电磁推进脉冲电源设计的可行性。根据设计和仿真验证的结果,搭建了一台储能100k J电磁推进脉冲电源放电部分,制作完成的脉冲电源可以达到储能密度0.8k J·kg-1,功率密度8000k W·kg-1,脉宽0.1-0.5μs,储能电压10k V。
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