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《基于lcc谐振变换器的高压直流电源设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、基于LCC谐振变换器的高压直流电源设计摘要：为提高高压直流电源效率，降低其体积和重壁，这里介绍/一种某于LCC谐振变换器的高压直流电源设计方法。结合移相脉宽凋制(PWM)和脉冲频率调制(PFM)方法，实现变换器在全负载范围A的软开关。首先分析TLCC电路的工作原理，并采用葙波近似法进行数学建模，在此基础上，给出不同负载吋频率、占空比与电压増益的关系曲线，为设计LCC谐振变换器提供理论依裾。敁后通过一台峰值电压35kV,额定功率7kW的电源样机验证了设计的正确性，系统采用闭环控制，提高了输出电压的精度。关键词：电源；高压直流；谐振变换器；软开关1言高频高压变压器是
2、高压直流电源设计的难点，经过分析，如何减小变压器的分布参数是®频a压电源设计的关键。此处通过引入谐振，将变压器分介参数作为谐振元件的一部分,实现开关管的软开关，减小开关损耗，提高7T•关频率，从而减小变换器的体积。谐振变换器有串联、并联和串并联3种拓扑。串并联谘振变换器，乂称LCC谐振变换器，结合了前两种拓扑的优点，在合理设计参数的前提下，可使电源在输入电压范围变化很大，输出空载到满载的条件下，仍然保持很高的效率。LCC谐振变换器主要有移相PWM和PFM两种控制方法。这里采用PWM和PFM结介的控制策略，在频率变化范围不人，负载电压恒定的前提卜，保证变换器从空载
3、到满载范围内均能实现软开关。通过闭环控制,提高输出电压的抗干扰能力。2LCC谐振变换器工作原理2.1LCC谐振电路工作状态分析阁1为电容型滤波LCC谐振变换器电路。Cs，Ls为LCC谐振电路屮联谐振电容和谐振电感，Ls包含变压器折算到初级的等效漏感；Cp为并联谐振电容，包含变压器折©到初级的分介电容。分析前先假设：输出电容很大，Uo保持不变；所有器件都足理想器件；电感电流连续且为理想正弦波。O■■O—vo^kAL'rGtII14A6L'cpt：!IHffl1电容®滤波LCC谐相殳换姑图2为移相PWM控制稳态时的主要波形。(1)[to〜ti]to时刻，电感电流iL
4、s为零，此时VQ4为零电流开通，在前一时段VQ1己经零电压开通，VQi,VQ4导通，uAB为正，Ls,Cs,Cp发生谐振，输岀整流桥关断，uCp从-Uo/n升治j，到ti吋刻，uCp升商至Uo/n,输出整流桥导通，此阶段结束。(2)[ti〜t2]谐振电流流经VQi，VQ4，Ls,Cs发生谐振，uCp被辨位AUo/n，电路凼变压器传递能量。(3)[t2〜t3]t2时刻,VQi关断，iLs给Cl充电,C3放电，当C3电压为零时，VQi〜VQ3自然换向完成。由于Ci的缓冲作用，VQi关断时电压上升率很小，近似于零电压关断。(4)[t3〜t4]在t3时刻,VQi,VQ3
5、导通，VQ3零电压开通,iLs为正,uAB为零，M吋刻，iLs即将减小至零时，VQ4零电流关断，(5)04〜t5]iLs流过VD2,VD3,uAB为负，达时刻，iLs到零，半个周期结束。t5开始，变换器开始另一半周期的工作，工作过程与上半周期对称，在此不再赘述。通过以上分析可知，采用移相控制时，开关管不存在幵通损耗。关断时，开关管屯流转移到与其并联的缓冲电容上，电容限制了开关管两端的电压上升率，从而实现开关管零电压关断。每一个反并联二极管都是A然关断，不存迕关断损耗。因此，相比硬PWM模式,采用LCC变换器吋，开关损耗会大幅度减小，逆变器效率随之增大。2.2LC
6、C谐振变换器稳态模型为简化分析，使用各个变量的基波分M•近似代锊变M本身，然后用经典的线性交流分析法进行分析，没计岀所需的谐振参数，这就是基波近似法的基本思想。将变压器初级电压和电流进行傅里叶变挽后，取其基波分M，发现变压器初级电压基波分M的相位滞后于初级电流基波分量，变压器、整流桥、输岀滤波器及负载组成的二端口网络呈容性。故可将变压器以后的模块等效为一个RC并联电路，如阁3所示。阁中，Re为等效电肌，Ce为等效电容。阁中A，B两点屯压的甚波分量为：式屮：Udc为逆变器的直流输入电伍；D为PWM驱动信号的片空比。3等效交说电鉻在阁3屮，考虑D的影响，利用基波近似
7、法，可得电灰增益M为:M=(7,U47TDjr2式中：/!为变压器初、次级匝数比；为描述仏与关系的系数。0i=l+0.27sin(3)权为个开关周期内次级整流桥导通角归一化值，表达式为：0=4arctan(4)▼，Q--呼A为开关频率/s的归一化值，定义为谐振频率/0与开关频率Z的比值：A=///0，/cFl/(2irVT^r)。公式(2)中，k2i为交流电压传输系数，其值为变压器初级电压的®波分fi与A,B两点电压基波分量的比值，由图3可得其表达式为：UAB2in)(心漿)+[粉基波电爪与电流相位差P=-0.4363sin0,o>C^=(^?)/(4tan(
8、^/2)2],O的农达式
