桥拓扑+LsCp滤波功率驱动电路参数计算与调整

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1、桥拓扑+LsCp滤波功率驱动电路参数计算与调整——一种输出正弦波的高效功率驱动电路（3）本文讨论的是采用桥拓扑功率开关及串联电感加并联电容滤波网络的功率驱动电路。对其输出功率若有调整要求，需通过改变供电电压实现。可采用输出电压可调的电源，亦可在定电压输出的电源后面加上PWM调压。有关具体电路不在本文中讨论。一、电路预定参数：1.工作频率f；2.负载电阻RL的值（或最大值RLmax、最小值RLmin）；3.输出额定功率Poe或最大功率Pomax的值；4.对于可变负载而言，若要求恒流输出特性，其输出电流Ioe的值。二、确定是否使用

2、输出变压器功率开关采用桥拓扑结构使功率输出两端均不能与电源共“地”，若直接连接负载可能造成较重的电磁辐射。采用输出变压器既可以将功率输出端与负载进行电位隔离，又便于实现阻抗匹配。当然，如果不存在电磁兼容方面的困难，通过选择适当的谐振Q值和功率电源的电压，不用输出变压器也能实现阻抗匹配。三、计算电路其它参数：1.负载阻抗稳定1)计算出电路输出额定电压Uoe和额定电流Ioe2)根据输出功率Po加一定裕量确定功率电源的输出功率。选择功率电源的输出功率时应合理考虑电路输出暂载率和启/停循环周期，例如启停循环周期不大于1毫秒水平时，可以

3、按照输出峰功率乘以暂载率加一个较小裕量（取决于电源输出电路中滤波电容的总值）选择功率电源的输出功率，而启停循环周期在0.1秒以上则完全不要考虑暂载率。3)确定功率电源的输出电压Us桥拓扑功率开关及LsCp网络的输出电压Uo与电源电压Us的关系桥拓扑输出基频电压Uo与电源电压Us的关系：令Q=ωCpRp，LsCp网络的电压增益：根据不同的Q值，可计算出Uo/Us。计算的部分结果如下表：Q值11.21.51.822.22.43458Uo/Us1.271.411.621.852.012.182.342.853.714.597.26Q

4、值的选定应根据对输出波形质量的要求而定：Q值愈高，波形质量愈好（奇次谐波分量少），但Q过高会导致谐振电感Ls中储能增加，带来重量、体积、损耗及成本的增大。一般建议Q值选1.5~2。若电路中不使用输出变压器或使用变压器变比为1:1，据此可计算出功率电源的输出电压Us。若计算得到的值不是常用的电源输出电压值，可对Q值作适当调整。对于使用输出变压器的方案，则可先选定Us，计算出电路电压增益G（G=Uoe/Us）；选定Q值，得到Uo/Us，再计算出变压器的变比N：N=Uoe/Uo=G/(Uo/Us)1)根据负载电阻RL计算Ls与Cp的

5、值：此时Ls、Cp的选择应使功率开关的等效负载呈阻性或弱感性，呈阻性时，有1.负载阻抗可能发生较大幅度变化，且当输出功率不超过最大功率时要求恒流（或准恒流）输出特性这种输出特性特别适用于驱动某些负载经常变化的超声换能器，使轻载和空载时功率自动减小。电路滤波网络应按照恒流输出模式设计，即ωLs＝1/(ωCp)。1)计算出电路输出最大电流Imax、输出最高电压Uomax和输出最大功率Pomax电路输出最大电流即为Ioe。计算输出电流为Ioe，功率达到Pomax时的负载电阻Rpi的值：若Rpi≥RLmax则负载变化范围内均为恒流输出

6、模式，其输出电压的最高值输出功率最大值而Rpi＜RLmax时，则在RL≤Rpi时输出为恒流模式，RL＞Rpi时则通过调整供电电压维持恒功率输出，当RL＝Rpi时其输出电压最高其输出功率最大值为Pomax1)确定功率电源的输出功率参见三、1.2）2)确定功率电源的输出电压Us参见三、1.3）3)根据负载电阻最小值RLmin计算Ls与Cp的值由变压器变比N，将负载电阻最小值RLmin折算到变压器初级侧：由Qmin＝ωCpRpmin及ωLs＝1/(ωCp)计算出Ls与Cp1.恒压输出特性的获得对于基频而言，不装Ls、Cp网络，忽略功

7、率开关的导通电阻，即为恒压输出模式。因而若输出电路加入Ls、Cs串联谐振网络，或负载本身即含有滤波特性（例如多种工作在谐振状态的超声波换能器），即可简单地由桥式拓扑功率开关驱动而获得接近恒压的输出特性。2.其它输出特性的获得桥拓扑+Ls、Cp滤波网络的功率驱动电路可以通过改变电源电压的方式调整输出电压，理论上电源电压与输出电压的关系为线性。因而通过调整电源电压（采用可调功率电源或做一个简单的PWM调压电路）即可对其输出进行控制。故，检测输出电压、电流、相位等等参数，通过计算对供电电压进行调整，可以获得多种输出特性。一、滤波网络

8、参数调整实际应用时，为了达到预定的特性往往需要对电感或电容做仔细调整。1.电路负载阻抗稳定时：按照计算的电路参数安装好电路，按照设计工作频率接入激励方波信号。将供电电压改为一个较低值（约为额定电压的5~10%），接通。用示波器监视电路输出电压。仔细调整Ls，使输出电压达到最大