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[资料] 掩膜电解电源频率分析及整流建模仿真

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发表于 2022-4-5 09:00:01 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 广东省深圳市
摘要:通过掩膜电解加工方法对生物表面微织构进行研究,针对特殊工艺的需要,设计了一种高频高压脉冲电源;分析了开关器件的特点,在综合考虑功率、开关速度等因素情况下,对工作频率及波形失真进行了推导;采用 IGBT作为开关器件,利用三相桥式全控整流电路,把工频交流电整形为波动平滑的直流电;在 Matlab/SimPowerSystems 环境中构建了电源模型并进行了仿真,仿真结果表明,各节点的实验波形符合预期。
表面织构是指在物体表面具有一定尺寸和分布的凹坑、凹痕或凸包等图案的点阵,具有微纳米尺度表面织构的非光滑表面在表面能、密封特性、机械特性、热学特性、流体动力学特性等方面与具有光滑表面表现出截然不同的特点,在生物、工业、医学、航空、军事等领域具有广阔的前景。掩膜电解加工技术,一次可加工多个微小凹坑凹痕或凸包,加工过程工具基本没有损耗,而且避开了微细喷嘴难制造难定位,是表面微织构加工的新思路新方法。加工效果与电源的电压、电流、频率、占空比等参数密切相关,鉴于工艺的特殊性,需要设计一款高压脉冲电源来满足加工的要求。
本课题来源于国家自然科学基金项目,分析开关器件的特点并对工作频率进行推导,通过 Matlab/SimPowerSys-tems 环境构建了三相桥式全控整流电路模型,并进行了仿真分析。

1、开关器件及频率分析
1.1 开关器件的分析
可以直接用于处理电能、实现电能转换或控制的电子设备称为电力电子设备。电力电子设备通常工作在开关状态。当设备开时阻抗非常小,管的压降接近于零,接近短路,电流由外部电路决定。当设备关时阻抗非常大,电流几乎为零,接近断路,设备两端的电压由外部电路决定。
按照电力电子器件能够被控制电路信号所控制的程度,可分为三种类型∶不可控器件(整流二极管、电力二极管);半控型器件(晶闸管及其大部分派生器件);全控型器件(GTO、GTR、MOSFET、IGBT)。主要电力电子器件的特性及其应用领域如表1所示。
表1.jpg
从表1 可知∶晶闸管所能承受的电压和电流是所有器件中最高的,工作可靠,价格便宜,但开关频率较低;MSOFET的开关速度是所有器件中最高的,可达 200 kHz,可高频工作,而且不存在二次击穿问题;IGBT的开关频率可达到 100 kHz,高电压大电流,成为中、大功率电力电子设备的主导器件。

1.2 工作频率及波形失真
绝缘栅双极型晶体管IGBT是三端器件,具有门(栅)极G、集电极C和发射极E,电气符号及等效电路如图1所示。
表1.jpg
IGBT是场控器件,其开通和关断由门射极电压UGE决定。当UGE>UT,(开启电压)时,Power MOSFET内部形成沟道,并为晶体管提供基极电流,使 IGBT导通;当门射极间施加反压或不加信号时,Power MOSFET 内的沟道消失,晶体管的基极电流被切断,使得IGBT关断;当UGE<0时,J1结反向偏置,器件呈反向关断状态。IGBT的动态特性包括开通过程和关断过程两个方面。

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2022-3-31 16:36 上传
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