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串聯(lián)諧振脈沖電源
發(fā)布日期：2020-06-04 點(diǎn)擊：1148次
關(guān)鍵詞：串聯(lián)諧振恒流脈沖電源設(shè)計(jì)，采用理論分析與仿真驗(yàn)證結(jié)合的方式說(shuō)明串聯(lián)諧振恒流脈沖電源的設(shè)計(jì)原理，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷难芯糠椒ā．?dāng)串聯(lián)諧振電路的工作頻率等于諧振頻率時(shí)，充電電流為脈動(dòng)恒定電流，電壓值呈“階梯”狀上升。通過(guò)理論與試驗(yàn)結(jié)合充分驗(yàn)證了當(dāng)諧振電容和諧振電感滿足上述的關(guān)系式時(shí)恒流充電的效果最好。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:實(shí)際測(cè)量諧振電流的波形與理論諧振電流的波形近似。充電電壓波形接近直線且整個(gè)充電過(guò)程也幾乎為恒流充電;充電電流為2A以上，能在5s內(nèi)將3300μF的電容充電為400V，實(shí)際測(cè)得結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)了較好的效果。所以串聯(lián)諧振充電在充電速度和恒流特性方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于普通充電方式。
1、串聯(lián)諧振充電的原理
串聯(lián)諧振充電電路中，當(dāng)電源電壓恒定保持不變時(shí)，隨即變換器從每一個(gè)開(kāi)關(guān)管（IGBT）正向?qū)ㄩ_(kāi)始至諧振電流反向續(xù)流結(jié)束，在這樣的情況下完成一個(gè)自然諧振周期后，此時(shí)儲(chǔ)能元件上的電壓增量相等，因此這種諧振式逆變充電方法通常被稱(chēng)為等臺(tái)階充電或等電荷充電。之所以能實(shí)現(xiàn)等臺(tái)階充電，因?yàn)楫?dāng)電路穩(wěn)定工作時(shí)正向諧振峰值電流會(huì)隨自然諧振周期的個(gè)數(shù)增加而增大，反向續(xù)流峰值則減小，但兩者之和不變，從而在每完成一個(gè)自然諧振周期后能保證儲(chǔ)能元件的電壓增量相等。
2、串聯(lián)諧振恒流脈沖電源結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵詞：串聯(lián)諧振
脈沖電源主要由脈沖變壓器、諧振電容、直流源、高頻全橋逆變電路、高頻高壓整流、諧振電感、儲(chǔ)能電容器以及脈沖成形結(jié)構(gòu)（能量轉(zhuǎn)換和釋放系統(tǒng)）組成。VD為直流電源，可通過(guò)對(duì)交流電進(jìn)行濾波、整流得到;高頻全橋逆變電路由4個(gè) IGBT 和與其反向并聯(lián)的續(xù)流二極管組成，二極管選用高速恢復(fù)二極管，有利于實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)，選用IGBT是因?yàn)樗扔泄β示w管的導(dǎo)通電壓低、通態(tài)電流大的優(yōu)點(diǎn)，又有MOSFET 易于驅(qū)動(dòng)、開(kāi)關(guān)頻率高、控制簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn);諧振電路由諧振電容、諧振電感、線路等效電阻以及變壓器組成，其中諧振電容和諧振電感的等效阻抗遠(yuǎn)大于線路等效電阻;4個(gè)整流二極管形成了高頻全橋整流電路;蓄能電容為電解電容;脈沖成形結(jié)構(gòu)由晶閘管和晶閘管觸發(fā)板組成。
A、高頻全橋逆變電路
在脈沖電源中，核心部分是逆變電路，在逆變電路中將會(huì)有很多的保護(hù)和控制電路，整個(gè)功率器件的很多參數(shù)都將受到逆變電路的影響，系統(tǒng)的其它各部分也會(huì)相應(yīng)的受到影響，所以，逆變電路的設(shè)計(jì)是非常關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。逆變電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)多種多樣，由于本論文所設(shè)計(jì)的脈沖電源輸出功率大、電壓高，所以選擇全橋變換器。選擇全橋變換器主要是因?yàn)樗哂泄β书_(kāi)關(guān)電壓及額定電流較小，功率變壓器利用率較高等明顯優(yōu)點(diǎn)。本文選用脈寬調(diào)制控制的方式在變壓器的副邊得到占空比可調(diào)的正負(fù)半周對(duì)稱(chēng)的交流方波電壓。逆變器件為IGBT，IGBT的驅(qū)動(dòng)為兩片IR2110，分別位于逆變電路中的兩個(gè)橋臂上，每一片IR2110驅(qū)動(dòng)一個(gè)橋臂。
B、儲(chǔ)能電容器關(guān)鍵詞：串聯(lián)諧振
電容器是脈沖電源儲(chǔ)存能量，并釋放能量產(chǎn)生脈沖的前提。所以電容器的好壞直接影響了脈沖電源的工作效率和性能。當(dāng)電容器放電時(shí)相當(dāng)于兩端直接短路，一般情況下電容器不能在這種短路條件下工作，因此要選擇能夠應(yīng)用于沖擊大電流裝置的專(zhuān)用電容器。在放電電壓達(dá)到萬(wàn)級(jí)以上時(shí)，全都使用無(wú)極性的脈沖電容器。但在放電電壓為千伏級(jí)，并且放電頻率不超過(guò)5次/每分鐘的場(chǎng)合采用電解電容器，能夠充分發(fā)揮其成本低廉以及儲(chǔ)能密度高的優(yōu)點(diǎn)。在脈沖電源工作時(shí)，電解電容器通過(guò)充電電路補(bǔ)充每次脈沖電容器放電時(shí)所放出的能量。故本系統(tǒng)選用電容器型號(hào)為日立HCGF5的電解電容器，最高充電電壓為400V，容量為3300μF。關(guān)鍵詞：串聯(lián)諧振
