近年來(lái)微電子機(jī)械、微細(xì)加工、大電流陰極技術(shù)、高頻集成等技術(shù)逐漸應(yīng)用于電真空領(lǐng)域,使微波毫米波真空電子器件的工作頻率達(dá)到太赫茲頻段,使太赫茲功率源發(fā)展邁開(kāi)了重要一步。為了使太赫茲真空器件穩(wěn)定、可靠工作,就需要與之配套的高壓電源,其具有大功率輸出,寬電壓調(diào)節(jié)范圍,低紋波系數(shù)等特點(diǎn),其性能直接影響到電真空器件的輸出頻點(diǎn),頻譜寬度,輸出效率等參數(shù)。因此研究大功率、小型化、高穩(wěn)定性的開(kāi)關(guān)電源對(duì)太赫茲信號(hào)源的發(fā)展具有重要意義。本課題在開(kāi)關(guān)電源理論的基礎(chǔ)上,針對(duì)340GHz返波管的參數(shù)需求,對(duì)其高壓供電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。其高壓電源主要包括燈絲模塊、輔陰極電壓模塊、高壓加速模塊和接口控制電路。其中高壓加速模塊的高壓主電路部分是此高壓電源核心部分,本文主要介紹了此主電路控制芯片、功率開(kāi)關(guān)器件及變壓器磁芯選擇,并給出了變壓器參數(shù)設(shè)計(jì)的詳細(xì)計(jì)算過(guò)程。高壓電源主變換器采用全橋變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),通過(guò)PWM控制芯片和驅(qū)動(dòng)芯片結(jié)合,構(gòu)成斬波電路,完成功率開(kāi)關(guān)器件的交替導(dǎo)通。同時(shí),為有效保護(hù)電源模塊,在電路中提供了過(guò)欠壓和過(guò)流保護(hù)。主電路控制部分采用PWM芯片UCC28086和STM32相結(jié)合的方式,實(shí)現(xiàn)電壓輸出的穩(wěn)定調(diào)節(jié)。通過(guò)電腦控制界面對(duì)高壓參數(shù)進(jìn)行設(shè)置,STM32芯片將讀取到的數(shù)字控制量通過(guò)AD轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為模擬量并輸入到PWM控制芯片中,使電源模塊產(chǎn)生高壓。同時(shí)對(duì)輸出電壓進(jìn)行采樣,將采樣后的數(shù)據(jù)同初始數(shù)值進(jìn)行比較,通過(guò)控制UCC28086內(nèi)部電路,對(duì)PWM輸出的占空比進(jìn)行精密調(diào)節(jié),從而得到穩(wěn)定的輸出電壓。STM32還對(duì)電源整體工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè),當(dāng)電源輸入過(guò)欠壓、輸出過(guò)流時(shí),立即啟動(dòng)保護(hù)電路,實(shí)現(xiàn)對(duì)電源模塊的保護(hù)。本文設(shè)計(jì)的返波管高壓開(kāi)關(guān)電源輸出電壓可在-1kV～-6kV范圍內(nèi)穩(wěn)定可調(diào),輸出電流最大值為250mA,電源穩(wěn)定性在5×10-4以下,紋波大小在200mV以下,達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo),滿(mǎn)足太赫茲輻射源的工作要求。
【學(xué)位單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TN86
【部分圖文】：

二開(kāi)理２．１概述逡逑開(kāi)關(guān)電源是相對(duì)于傳統(tǒng)工頻電源（線性電源）而言的一種新型電源，由于其功逡逑率器件以一定頻率交替工作在開(kāi)和關(guān)兩種狀態(tài)，因此被稱(chēng)作開(kāi)關(guān)電源。開(kāi)關(guān)電源一逡逑般采用ＰＷＭ輸出芯片產(chǎn)生一定頻率的方波用于控制功率管的導(dǎo)通和關(guān)斷，并通逡逑常具有穩(wěn)壓反饋調(diào)節(jié)、保護(hù)關(guān)斷等功能。開(kāi)關(guān)電源工作流程圖如下圖所示，主要由逡逑Ｐ麗驅(qū)動(dòng)電路、功率開(kāi)關(guān)管、變壓器、整流濾波、穩(wěn)壓反饋電路等部分組成，其中逡逑變壓器、穩(wěn)壓反饋和驅(qū)動(dòng)電路是^u關(guān)電源的主要部件。在工作過(guò)程中，通過(guò)整流濾逡逑波電路將電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓輸送至功率開(kāi)關(guān)管兩端，在ＰＷＭ驅(qū)動(dòng)逡逑電路作用下，開(kāi)關(guān)管以一定的頻率導(dǎo)通和閉合，將直流電壓轉(zhuǎn)變成交流方波或近似逡逑正弦波輸送至變壓器前端。經(jīng)過(guò)變壓器升壓后產(chǎn)生交流高壓，再通過(guò)整流電路得到逡逑直流高壓，最終傳輸至負(fù)載。為提高輸出穩(wěn)定性，一般在電壓輸出端添加穩(wěn)壓反饋逡逑電路，對(duì)輸出電壓進(jìn)行采樣，通過(guò)與基準(zhǔn)值進(jìn)行比較后調(diào)節(jié)ＰＷＭ控制信號(hào)的占空逡逑比，保持電壓穩(wěn)定［２１］。逡逑

（１）脈沖寬度調(diào)制：開(kāi)關(guān)電源在工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生周期恒定的脈沖方波，方逡逑波的幅值以及占空比決定了輸出電壓大小。通過(guò)改變每個(gè)脈沖周期方波的占空比逡逑大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的調(diào)節(jié)，達(dá)到預(yù)期的電壓值，其工作流程如圖２．２所示。逡逑電佊卜邐邐１邐ＨＦ逡逑＞邐？脈寬調(diào)制器邐動(dòng)邐＾逡逑——邐—？電逡逑誤差放大器邐Ｉ路逡逑￣￣ｉｉｎｎｒ逡逑驅(qū)逡逑基準(zhǔn)電壓邐振蕩器——＞邋分頻器邐＾電邐？逡逑邐邋邋邋邋邋＂路逡逑圖２．邋２邋ＰＷＭ調(diào)制電路框圖逡逑Ｆｉｇ邋２．２邋Ｂｌｏｃｋ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ＰＷＭ邋ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ邋ｃｉｒｃｕｉｔ逡逑基準(zhǔn)源：為芯片內(nèi)部電路進(jìn)行低壓供電，同時(shí)作為誤差放大器同相端的基準(zhǔn)源；逡逑振蕩器：決定芯片的工作頻率。一般由電容和電阻共同決定頻率大小，要求具逡逑有充放電功能；逡逑誤差放大器：主要用于采樣信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)的比較，將誤差值進(jìn)行放大輸出，逡逑輸出信號(hào)同時(shí)輸入到脈沖寬度調(diào)制電路對(duì)占空比進(jìn)行調(diào)節(jié)；逡逑脈寬調(diào)制器：用于產(chǎn)生ＰＷＭ信號(hào)的器件，同時(shí)使誤差輸出信號(hào)的接收端。通逡逑過(guò)誤差信號(hào)控制脈寬調(diào)制器輸出ＰＷＭ波的占空比，從而改變輸出電壓。逡逑脈寬調(diào)制技術(shù)主要是對(duì)高壓輸出進(jìn)行取樣，將取樣信號(hào)作為比較值和基準(zhǔn)信逡逑號(hào)進(jìn)行比較，得到一定的誤差電壓，同時(shí)對(duì)誤差信號(hào)進(jìn)行放大。將放大后的誤差電逡逑壓傳輸?shù)矫}沖寬度調(diào)制器

（１）脈沖寬度調(diào)制：開(kāi)關(guān)電源在工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生周期恒定的脈沖方波，方逡逑波的幅值以及占空比決定了輸出電壓大小。通過(guò)改變每個(gè)脈沖周期方波的占空比逡逑大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的調(diào)節(jié)，達(dá)到預(yù)期的電壓值，其工作流程如圖２．２所示。逡逑電佊卜邐邐１邐ＨＦ逡逑＞邐？脈寬調(diào)制器邐動(dòng)邐＾逡逑——邐—？電逡逑誤差放大器邐Ｉ路逡逑￣￣ｉｉｎｎｒ逡逑驅(qū)逡逑基準(zhǔn)電壓邐振蕩器——＞邋分頻器邐＾電邐？逡逑邐邋邋邋邋邋＂路逡逑圖２．邋２邋ＰＷＭ調(diào)制電路框圖逡逑Ｆｉｇ邋２．２邋Ｂｌｏｃｋ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ＰＷＭ邋ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ邋ｃｉｒｃｕｉｔ逡逑基準(zhǔn)源：為芯片內(nèi)部電路進(jìn)行低壓供電，同時(shí)作為誤差放大器同相端的基準(zhǔn)源；逡逑振蕩器：決定芯片的工作頻率。一般由電容和電阻共同決定頻率大小，要求具逡逑有充放電功能；逡逑誤差放大器：主要用于采樣信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)的比較，將誤差值進(jìn)行放大輸出，逡逑輸出信號(hào)同時(shí)輸入到脈沖寬度調(diào)制電路對(duì)占空比進(jìn)行調(diào)節(jié)；逡逑脈寬調(diào)制器：用于產(chǎn)生ＰＷＭ信號(hào)的器件，同時(shí)使誤差輸出信號(hào)的接收端。通逡逑過(guò)誤差信號(hào)控制脈寬調(diào)制器輸出ＰＷＭ波的占空比，從而改變輸出電壓。逡逑脈寬調(diào)制技術(shù)主要是對(duì)高壓輸出進(jìn)行取樣，將取樣信號(hào)作為比較值和基準(zhǔn)信逡逑號(hào)進(jìn)行比較，得到一定的誤差電壓，同時(shí)對(duì)誤差信號(hào)進(jìn)行放大。將放大后的誤差電逡逑壓傳輸?shù)矫}沖寬度調(diào)制器

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2815618