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摘 要

当今社会脉冲电源技术取得了很大的发展，其在各行各业中应用的领域也已经越来越广泛。而超级电容作为脉冲电源的主要组成部分，其受到了学术界的广泛关注。

为了满足不同行业对于更高精度及更高可靠性的脉冲电源系统的需要，对于脉冲电源的主电路拓扑结构的研究设计已经成为了行业领域内一个重要的内容。本论文主要介绍了基于超级电容的脉冲电源仿真实验中的脉冲电源系统的主电路的拓扑结构、特性，并运用saber电路仿真软件对主电路进行理论仿真。主要的工作有：

1.为脉冲电源的主电路建立了拓扑结构：介绍了基于超级电容的脉冲电源电路的组成以及并对基本元件的相关参数进行分析，并对每一个基本元件在主电路中所起到的功能进行了分析，同时指明各元件参数的选择依据，通过基于基本原理上的软件仿真调试，从而确定了脉冲电源电路中基本元件的参数。

2.通过在saber电路仿真软件中对脉冲电源的电路拓扑结构的仿真，获得电路中不同线路电流、电压随着时间的变化曲线，从而确定它们在短时间内（毫秒或者微秒级）的变化效果，并对此进行分析，通过调节，最终获得最佳的脉冲电源主电路拓扑结构以符合脉冲电源对超级电容的要求。

关键词：超级电容 脉冲电源 拓扑结构 仿真

Design of pulse power supply based on super capacitor

ABSTRACT

The technology of pulse power supply has been developed greatly, and its application in various fields is becoming more and more extensive.. And the super capacitor as the main component of the pulse power, it has received the extensive attention of the academic community.

In order to meet the needs of different industries for higher accuracy and higher reliability of impulse power supply system, for the study and design of the pulse power supply of main circuit topology structure has become the industry an important content. This paper mainly introduces the based on super capacitor pulse power simulation experiment of pulse power system main circuit topology structure, the characteristics, and the use of saber circuit simulation software of the main circuit of simulation theory. The main job is:

1. The main circuit of the pulse power supply was established topology: introduced based on super capacitor pulse power supply circuit consisting of and and the parameters of basic element analysis and function of every basic element in the main circuit are analyzed, and point out the basis for the selection of the parameters of each element, through debugging based on the basic principles of the simulation software to determine the parameters of power circuit of the basic elements of the pulse.

2. Through in circuit simulation software saber of pulse power supply circuit topology simulation, circuit in different lines of current and voltage with time change curve to determine their variation effect in a short time (millisecond or microsecond), and this analysis, by adjusting, finally get the best pulse power source main circuit topology to meet the pulse power supply of super capacitor requirements.

Keywords: super capacitor; pulse power supply; topology structure;imitation

目 录

摘 要 I

第一章 绪 论 1

1.1课题的背景及意义 1

1.1.1超级电容技术的发展及其意义 1

1.1.2脉冲电源技术的背景及意义 2

1.2课题的研究现状 3

1.2.1超级电容技术的国内外研究现状及应用 3

1.2.2脉冲电源的应用及研究现状 4

1.3本课题的应用前景 8

1.4本课题的研究意义 9

1.5本文结构 10

第二章 脉冲电源的原理 11

2.1等效模型在脉冲电源电路中的应用 11

2.2超级电容在脉冲电源中应用的优势 14

2.3本文采用的脉冲形成系统 15

2.4脉冲电源的设计要求 17

2.5本章小结 18

第三章 脉冲电源的结构 19

3.1概述 19

3.2脉冲电源总体结构 20

3.3单模块脉冲电源拓扑结构 21

3.4单模块脉冲电源中各元器件的选择 22

3.4.1二极管D的选择条件： 22

3.4.2续流支路吸收电阻R 22

3.4.3调波电抗器L 23

3.4.4储能电容器C 24

3.5 Marx发生器及其外围电路 24

3.5.1 IGBT及 IGBT驱动电路 25

3.5.2 充电电源 25

3.5.3 采用IGBT 的Marx发生器 26

3.6本章小结 28

第四章 脉冲电源的Saber仿真 29

4.1仿真电路的制定和元器件参数的选择 29

4.2初始步长和瞬态分析终止时间的设置 29

4.3仿真结果分析 30

4.3.1脉冲驱动信号波形 30

4.3.2输出脉冲电压波形 31

4.3.3输出脉冲电流波形 32

4.4 本章小结 33

第五章 总结与展望 34

参考文献 35

致 谢 37

第一章 绪 论

1.1课题的背景及意义

1.1.1超级电容技术的发展及其意义

超级电容器（Supercapacitors，Ultracapacitor），又名电化学电容器(Electrochemical Capacitors)、黄金电容，是在近40年内发展起来的以电化学机理为基本原理来储能的一种电力元件。其储能性能高于一般电容器但又略低于化学电池，但其具备了上述两种元件的优势，如功率密度高、储能密度高、使用寿命长、充放电周期长、放电电流大和无环境污染等优良性能。超级电容技术由于涉及了环保、材料、化学、能源、电子等学科，已经成为脉冲电源领域内研究的热点之一^[1]。

传统的储能元件主要有蓄电池及静电电容器两种。其主要的对比分析如表1-1所示：

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