串联谐振逆变实验与波形分析

发布日期：2017-08-01 00:00 来源：http://www.whfanke.com 点击：

1. 串联全谐振变换器曾经是上世纪60-70年代最流行的变换器,只要给出合适的死区时间,即可实现很好的软开关变换. 现代的数控技术给这一经典的变换电路增添了不少活力,在控制方面解决了很多以前难以克服的困难,工程上应用它的关键技术问题有三个:

. ZCS 频率追踪控制(随负载、电源漂移而调整工作频率,让换相始终处于接近零电流下的弱感性)

. ZVS 死区追踪控制(因负载电流不同而调整死区,实现零电压接通,接近零电压关断)

. ZCS_ZVS 交替追踪控制(既实现频率追踪又实现动态死区,具有良好的开关过度与调功特性)

2. 关断过压问题; 既使ZVS电容较大(103),当分布电感较大时在荷载下关断,仍然会在开关上激起高于电源几百伏的浪涌电压,震荡频率大约能达到几兆,震荡衰减很快,但强烈的震荡也给开关带来了显著的额外损耗,改善的关键措施在于降低分布电感、放置较大的浪涌电流吸收电容(105-106);

为了对电容重复频率且高能量转换效率地充电，开展了全桥串联谐振充电电源的理论设计。通过数值解析的方法获得谐振电感、电容、功率器件耐压与通流、电源功率、脉冲变压器伏秒数等参数，通过数值模拟的方法获得脉冲变压器励磁电感参数，以基于Pspice的全电路仿真验证设计参数的合理性。仿真结果表明为了实现对110 nF电容1 kHz重频充电，在初级电压为1．2 kV和谐振参数为33 kHz时，谐振电感、电容应分别为625 nH，37μF，脉冲变压器伏秒数、励磁电感至少分别应为45 mVs、1 mH，功率器件峰值电流约300 A。

在脉冲功率技术领域，对初级储能电容常见的充电方式有恒压充电和恒流充电两种方式。前者基于大体积的工频变压器实现，常采用充电电阻限制充电功率，充电电阻消耗的能量为50％；后者多采用全桥串联谐振充电电路，以“等台阶”升压方式实现对电容的恒流充电，具有体积小、效率高、功率密度大、适合宽范围变化的负载等优点，是较为理想的电容充电电源。

构成全桥串联谐振充电电源的主要单元有：谐振电感和电容、功率器件、脉冲变压器。本文通过数值计算和模拟两种方法确定了这些单元参数的设计，并基于Pspice电路仿真软件对设计的全桥串联谐振充电电源进行了全电路模拟。