高压大功率场合LCC谐振变换器的分析与设计

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1、2009年5月电工技术学报V01．24No．5第24卷第5期TRANSACTIONSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYMay2009高压大功率场合LCC谐振变换器的分析与设计夏冰阮新波陈武(南京航空航天大学航空电源重点实验室南京210016)摘要具有电容型滤波器的LCC谐振变换器十分适用于高压大功率场合，由于具有三个谐振元件，变换器在工作中呈现出多谐振的过程，使得分析与设计繁琐复杂。本文分析了其工作原理，采用基波近似法得到了该变换器的等效交流电路，在此基础上推导了它的数学模型，提出了一种详尽的设计方法，该方法简单、直观并且准确，可以保证所有开关

2、管在全负载范围内实现零电压开关，减小电流应力、轻载环流和开关频率的变化范围。通过一台输入100V，输出16．5kV／230mA，采用变频控制的样机验证了设计的正确性。关键词：LCC谐振变换器高压大功率场合电容型滤波器软开关中图分类号：TM46AnalysisandDesignofLCCResonantConverterforHighVoltageandHighPowerApplicationsXiaBingRuanXinboChenWu(NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsNanjing210016China)Abs

3、tractLCCresonantconverterwithcapacitiveoutputfilteriSfoundouttobesuitableforhighvoltageandhighpowerapplications．Asithasthreeresonantelementstheconverterentersintomulti-resonantmodeswhichmakesitdificulttoanalyseanddesigntheconverter．ThispaperdemonstratestheperformanceofLCCresonantconvener

4、withcapacitiveoutputfilterandproposesacomprehensivedesignprocedureforitbasedonitssteadymodel，aimingtoachievezero-voltage—switching(ZVS)throughouttheentireloadrange，toreducethecurrentstresses，toreducethecirculatingcurrentatlightloadandtherangeofswitchingfrequencyvariation．A100Vinput，16．5k

5、V／230mAoutputprototypewithvariablefrequencycontrolstrategyisbuilttoverifythedesignmethod．Keywords：LCCresonantconverter，highvoltageandhighpowerapplications，capacitiveoutputfilter，soft-switching如果将高压变压器直接应用在PWM变换器中，那引言么漏感的存在会产生较高的电压尖峰，损坏功率器目前，高压直流电源广泛应用于军事雷达、激件，绕组电容的存在会使变换器有较大的环流，降光器、静电除尘器

6、、感应加热和医用x射线等设备。低了变换器的效率f】】。而谐振变换器可以利用电路在高压电源中，高压变压器是关键构成部分，由于中的寄生参数参与工作，因此它适用于高压直流电它二次侧匝数很多，二次侧对一次侧的匝比很大，源中[2-41。同时谐振变换器可以实现开关管零电压或因此呈现出较大的寄生参数，如漏感和绕组电容。零电流的开通与关断，降低EMI噪声，减小开关损耗，提高开关频率，降低变换器的体积。在谐振变换器拓扑中，串联谐振变换器(Series收稿日期2007．09—03改稿日期2008．01．28第24卷第5期夏冰等高压大功率场合LCC谐振变换器的分卡斤61ResonantCon

7、verter，SRC)的优点是：①轻载时输入结构图，其中VTl～VT4为四只IGBT开关管，VDI侧环流小，变换效率高；②谐振电容可以起到隔直VD为它们的反并二极管，Cl～c4为并联电容，C电容的作用，防止变压器直流磁化。它的缺点是：为串联谐振电容，￡。为串联谐振电感，它包含了变①变压器匝比为1时，电压传输比小于1；②采用压器的漏感，cD为并联谐振电容，它包含了变压器变频控制工作在电感电流连续模式时，在空载情况折算至一次的分布电容，Tr为高压变压器，二次对下无法控制输出电压。并联谐振变换器(Parallel一次的匝比为n，VDR1VDR4