摘 要

真空断路器广泛应用于电力系统，是电力系统保护控制的重要部分。真空度是衡量断路器好坏的重要指标，因此真空度的检测是必不可少的，真空度的检测方法很多，其中脉冲磁控法法不仅检测结果精准，而且能使用于大多数真空断路器的检测。脉冲电源是脉冲磁控法的核心部分，本次需要设计脉冲电源电路频率为10kHz，电压为30kV。

脉冲电源电路由220V的单相交流电输入、单相滤波不控整流电路、升压斩波电路、单相全桥逆变电路、高频升压、高压整流硅堆、控制电路、驱动电路组成。其中斩波电路和逆变电路采用PWM控制IGBT实现，控制电路和驱动电路分别采用TL494和HCPL-316J来实现。斩波电路和逆变电路可实现幅值与频率的独立调节，从而满足设计的要求。

关键字：真空度；脉冲磁控法；脉冲电源；PWM

Abstract

Vacuum circuit breakers are widely used in electric power systems, is an important part of power system protection and control. Vacuum degree is an important indicator to measure circuit breaker, so the detection of vacuum is essential, Vacuum degree detection methods are many, in which the high-frequency current method is not only accurate detection results, but also can be used in most of the detection of vacuum circuit breakers. Pulse power is the core part of the pulse magnetic control method, the need to design the pulse power circuit frequency is 10KHz, the voltage is 30Kv.

Pulse power supply circuit includes 220V single-phase AC input, single-phase filter uncontrolled rectifier, boost chopper circuit, a single-phase full bridge inverter circuit, high-frequency step-up, HV silicon rectifier stack, control circuit, drive circuit. Boost chopper circuit and inverter circuit using PWM control IGBT to achieve, and the control circuit and drive circuit are implemented by TL494 and HCPL-316J respectively. The boost chopping circuit and the inverter circuit can realize the independent adjustment of amplitude and frequency to meet the design requirements.

Key Words：vacuum degree；pulse magnetic control method；pulse power supply；PWM

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1脉冲电源研究的背景及应用 1

1.2真空断路器的测量方法 2

1.3脉冲电源的国内外研究现状 3

第2章 脉冲电源电路的原理技术方案 5

2.1脉冲电源的种类 5

2.2脉冲电源的设计要求 5

2.3设计方案和原理分析 5

2.3.1主电路的原理分析 6

2.3.2 PWM控制技术 6

2.4本章小结 7

第3章 脉冲电源主电路的设计 8

3.1整流电路及滤波电容的设计 8

3.2直流斩波电路的设计 10

3.2.1降压斩波电路 11

3.2.2升压斩波电路 12

3.2.3斩波电路的电感电容的选取 13

3.3逆变电路的设计 15

3.3.1功率开关管的选取 16

3.3.2 IGBT保护电路的设计 16

3.4 LC滤波电路 18

3.5逆变仿真 19

3.6本章小结 23

第4章 控制电路与驱动电路的设计 24

4.1控制电路的设计 24

4.1.1芯片TL494的介绍 24

4.1.2 TL494升压斩波控制电路中应用 25

4.1.3逆变控制电路 27

4.2驱动电路的设计 28

4.2.1 HCPL-316J的工作原理 28

4.2.2驱动电路原理图分析 30

4.3本章小结 31

结论 32

致 谢 33

参考文献 34

附录 35

第1章 绪论

1. 脉冲电源研究的背景及应用

随着社会的飞速发展，各种信息化智能化电子产品的应用越来越广泛，而几乎所有的电子产品都离不开电源的供电，尤其是脉冲电源。与普通电源的不同的是，脉冲电源具有效率更高、质量更轻、体积更小、可靠性更好等优越的性能，特别是高频脉冲电源的优越性能更为明显，因此脉冲电源被广泛应用于各种领域。

脉冲电源是根据用户负载设备的要求进行断续地供电，即按照一定的时间规律向负载供电一段时间然后断电一段时间，这样断续供电一次就是一个脉冲周期，不断地重复这样周期性供电就构成了脉冲电源。方波脉冲是脉冲电源的一种最为常见的形式，方波脉冲又称为单脉冲。由单脉冲演变而来的脉冲形式还有直流叠加脉冲、周期换向脉冲和间断脉冲等。脉冲电源广泛应用于各个领域，如电镀行业，医疗行业和环境工程行业等。

电镀行业：在电镀行业中，脉冲电源可以用于电镀金、银、镍、锡、合金等，可以大大改良镀层的特性；同时将脉冲电源用于保护装饰的电镀，这样电镀出来的饰品不仅镀层均匀光滑闪亮还能有效地防损防蚀，使饰品更加耐用，有效地提高饰品的质量。在使用脉冲电源进行电镀过程中，当电源接通时，脉冲电源电流的峰值是普通电镀电源电流的几倍或几十倍，恰恰是利用这个极高的电流密度是金属离子在过电位下还原，是沉积层的晶粒变得更细；当脉冲电源关断时，阴极附近的放电离子又恢复起初的浓度，等待下一个脉冲的到来，如此反复周期性的电镀。脉冲电源在细化晶粒，改善镀层性能和节省金属材料方面都是普通电镀电源无法完成的，因此相比普通电镀电源，脉冲电源性能优越，是未来电镀行业电源的重要选择。

医疗领域：进入21世纪以来，医疗水平不断地提高，对医疗设备的要求也越来越高，而衡量高质量的医疗设备的重要标准就是所使用的电源。因此高压高频脉冲电源被更多地使用到各种医疗设备中，如高频电刀，超声波检测仪，X光检测机，心电图检测仪等。对于不同的医疗设备，所需电源要求也完全不一样，使用高压电源可以使测量的数据更加准确，如X光发生器，由于X光长时间照射对人体危害较大，因此再用X光检测仪的过程中，保证检测结果的准确，同时应尽量减少测量照射时间，以保证人体的安全。由于负载对高压高频电源的电压电流影响不是很大，用高频电压产生的X光会比较稳定，照射的出来的图像会比较的清晰明了，且照射的时间不需要太长的时间。由此可知高压高频脉冲电源的应用，医疗行业的重要选择和发展方向。