软开关高压开关电源研究

开关电路的基本工作原理和影响充电电流的因 素7提 出 了 一 种有效的数字技术恒流控制方案和新颖的软开关保护电路> 实际运行结果表明该电源充电精度高?恒流效果 好 及 可 靠 性 高7在 强 电 磁 放 电 流 为 @<ABC 和 各 种 短 路 状 态 下 均 能 安 全 可靠工作>
DEFGHIJG K)*’,#5$5"%$#(1*#2,*&’,)-5(2"%#455/62,*’ &()#*$)*&’$%-,)-&4%%")*1(%’,-’L(/*$-"54/#"&$5$&,*(%,# 5%"#")*"MNO’"14)M$P")*$/(5"%$*,()5%,)&,5/"#(1*#2,*&’Q ,)-&,%&4,*$)M*’"1$&*(%#$11"&*,)-&()#*$)*&’$%-,)-&4%Q %")*$%"-,L")NC&&(%M,)-*(*’"&’$%$&*"%,#*,&#(1*’"&,%Q &4,*7$)"11"&*,L"#&’"P"(1&’$%-,)-&()*%(/2,*’&()#*$)* &4%%")*$)M$)(L"/&,%&4,*(15%(*"&*,()$%"$M(5*"MNO’" "R5"%,P")*%"#4/*#$)M5%$&*,&$/(5"%$*,()’$L"L"%,1,"M*’$* *’"5(2"%#455/6’$#*’"$ML$)*$-"#(1’,-’L(/*$-"5%"#&,Q #,()7$&&4%$*"&()#*$)*&4%%")*$)M’,-’%"/,$S,/,*6N 关键词 软开关 恒流充电 分布参数 保护
O结 论
_]bQ7S__ZPTSXP]dm "UQ9&XU0dXQ7dSXP]dSZ,YZLQ‘,]bQ7 \]dc/#]dXQ7Ql/\F/n$F/9EEE59)9)G 9)9@ % 2S77l\ ,]ZZS7‘/oQZ^Lp #[nLPdeXUQLQ7PQL_S7SZZQZ 7QL]dSdXT]dfQ7XQ7Pd TS_STPX]7TUS7ePde S__ZPTSXP]dLm
a;;:年 ^月
高电压技术
第 aw卷第 ^期 v<v
软开关高压开关电源研究
!"#"$%&’()*’"+,-’.(/*$-"0(1*02,*&’,)-3(2"%0455/6
钟和清7徐至新7邹旭东7朝泽云7李 劲7林福昌 8华中科技大学电气与电子工程学院7武汉 9:;;<9=
摘 要 分析了一种适用于高压脉冲电容器恒流充电的软
j @ial c%d%>式中 e为变压器变比7n%为谐振频率7
k%为 谐 振 周 期 7n#为 开 关 频 率 7k#为 开 关 周 期 > 串联谐振变换器按 n#大小有 :种工作方式 q o9p 方 式 一qn#r n%ia7电 流 断 续 工 作7此 方 式 下 开
关 损 耗 低 且 干 扰 小 7可 实 现 开 通 时 电 流 缓 慢 增 加 7关 断时为零电流关断>
TUVWXHYF #(1*#2,*&’,)- &()#*$)*&4%%")*&’$%-,)-
M,#*%,S4*"M5$%$P"*"% 5%(*"&*,()
中图分类号 OZ9[\O]^[
文献标识码 C
_引 言
高 压 恒 流 充 电 电 源 技 术 充 电 的 效 率 高?时 间 短 且 充 电 时 间 线 性 好 7应 用 广 泛 > 其 中 高 频 开 关 8可 分 为 硬 ?软 开 关 两 种 =电 源 因 其 体 积 小 ?重 量 轻 ?控 制 精 度高而逐渐取代传统高压电源>高频硬开关电路因 开 关 管 工 作 在 硬 开 关 状 态 7开 关 损 耗 较 大 7工 作 时 产 生的电磁干扰信号不但影响充电电源自身的可靠
在 )"至 )!期间#)"!+ ,-.!#/0-&)"’+ %# 10- + &&$%8 $23’.5-’6237-&)8 )"’9
充电电流平均值
; /% +
:lt;&&$23
)%
4
$%’.5-’6237-&)8
)%’<=)4
;)! <&&$%8 $23’.5-’6237-&)8 )"’<=)’+ )"
L’分 布 电 容 对 谐 振 频 率 比 的 影 响 (实 际 高 频 高 压 变压器 J"很小且 M J!#故可略9若忽略 5H 的影响 则 CD端等效电路简化为图 L电路A此时充电主回 路等效为一个串 并 联 谐 振 电 路#其 谐 振 频 率 随 输 出 电压的升高而升高 A NEO
图 L 简化后的 CD端等效电路
&,-.,6’&>$23.!?:5-’+ &@6.@-’&>$23.!?:5-’A 由 上 式 可 见 #在 谐 振 参 数 和 输 入 电 压 一 定 时 #充
电 电 流 与 开 关 频 率 成 正 比 A开 关 频 率 恒 定 #则 充 电 电
流 恒 定 A充 电 电 流 与 负 载 电 压 无 关 #因 而 具 有 较 强 的
抗负载短路能力A
B 影响充电电流大小的因素
实际变压器存在分布电容和漏感且激磁电抗为
有限值#故串联谐振电路 CD端负载可等效为图 E电 路#其中 F"GF!分别为变压器原G副边等效分布电容A
"’激 磁 电 抗 对 充 电 电 流 的 影 响 (随 着 输 出 电 压 的升高#激磁电抗上的电压及相应的激磁电流 1H 增 大#因 1H 不 经 过 整 流 输 出 端#故 原 边 谐 振 电 流 只 有 部 分 经过整流输 出 端#从 而 使 输 出 电 流 随 着 输 出 电 容电压的升高而逐渐减小A
P 谐振参数设计及恒流控制策略
因 5H 增 大 和 J减 小 均 有 限#而 产 品 要 保 证 电 网电压波动和负载电压较高时仍能输出要求的充电 电 流 #则 须 提 高 充 电 机 电 流 输 出 能 力 A因 此 可 测 出 成 品变压器激磁电抗 0H#并根据实际工作状态估计分 布电容 J#在设计谐振参数时对充电电流留裕量A
图 E CD端等效电路
!’变 压 器 分 布 电 容 对 充 电 电 流 的 影 响 (分 布 电 容电流 1I+ J=K.=)#其中 J为分布电容&如 J"GJ!’9
K为 分 布 电 容 电 压A因 变 压 器 工 作 在 高 频 高 压 状 态 下 #随 着 输 出 电 容 电 压 的 升 高 #不 经 过 高 压 整 流 输 出 端的 J=K.=)随之增大#从而使输出电流随着输出电 容电压的升高而减小A
实 验 表 明 /定 宽 调 频 控 制 可 使 输 出 电 流 恒 定 I电
UPeU_]bQLTS_STPX]7TUS7ePde_]bQ7LY__Zlc]7_YZLQ‘
容电压线性上升且充电准确度高!研制的充电电源 抗 短 路 能 力 强 I可 靠 性 高 并 已 用 于 神 光 N 能 源 模 块 !
图 ! 谐振电感电流波形
忽略图 "中放电保护电路的影响#设 $%为电容 电 压 折 算 至 变 压 器 原 边 的 电 压 #则 理 想 情 况 &输 入 电
压 恒 定 #变 压 器 及 半 导 体 器 件 为 理 想 器 件 ’下 (
在 )%* )"期间#)%"+ ,-.!#/0-&)%’+ %# 10-&)’+ &&$23 4 $%’.5-’6237-&)8 )%’9
4实 验
本 文 研 制 的 恒 流 充 电 电 源 参 数 为5串 联 谐 振 电 容 6789:3;(<串联谐振电感 =789%;>+含变压器 漏 感 和 线 路 分 布 电 感.<变 压 器 变 比 ?8 @’<负 载 电 容 6’8&3’’;(<输入电压 %A’BC9’D<充电电流
’:EF<充电电压 ’G&3HB 连续可调! 充电至不同电压时原边谐振电流实验波形分别
方 式 二qn%iar n#r n%7电 流 连 续 工 作7可 实 现 零 电 流 关 断 >但 开 通 时 7同 一 桥 臂 上 的 两 个 开 关 管 存 在 强 迫 换 流 7故 开 关 损 耗 较 大 7干 扰 大 >
方 式 三qn#s n%7电 流 连 续 工 作7零 电 压 开 通 和 硬 关 断 7开 关 损 耗 和 干 扰 较 大 > 因 线 路 存 在 电 感 7关 断 时 产 生 的 电 压 尖 峰 较 高 7极 易 损 坏 开 关 器 件 >
性 7而 且 会 影 响 其 它 电 子 设 备 的 正 常 工 作 >高 频 软 开 关技术则可降低开关管的开关损耗及其产生的电磁