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1、第17卷第5期电工技术学报2002年10月高压直流LCC谐振变换器的分析与设计AnalysisandDesignofHighVoltageDCPowerSupplywithLCCResonantCircuit孙向东段龙钟彦儒金舜(西安理工大学710048)SunXiangdongDuanLongZhongYanruJinShun(Xi'anUniversityofTechnology710048China)摘要设计了一种基于LCC串并联谐振电路的高压直流电源。通过对LCC谐振电路的详细分析,绘出了电路工作于主模式的状态轨迹图,并推导了其稳态时的解析表达式,根据此解析表达式画出了LCC谐振
2、电路的负载曲线,为LCC谐振电路的参数设计提供了一种有效的设计方法。最后,根据此曲线设计了实验参数,给出了实验结果。关键词:LCC谐振高压电源状态轨迹中图分类号:TM462AbstractAkindofhighvoltageDCpowersupplywithLCCresonantcircuitisdesigned.BasedondetailedanalysisofLCCresonantconverter,thestatetrackdiagramofmastermodeisgiven,steady-stateequationsarederivedandtheloadcurvesareals
3、odrawnsothataneffectivemethodforpa-rameterdesignoftheconverterisprovided.Experimentalresultsarepresentedtoverifythetheory.Keywords:LCCresonant,highvoltagepowersupply,statetrack到限制(64%～88%)。文献[9]采用全桥式1引言LCC串并联谐振电路,为行波管提供电源,由于目前,高压直流电源广泛应用于雷达、X光采用调频控制,因此也存在输出滤波器设计问题。机、激光器、行波管以及离子加速器等设备,在这本文设计了一种高压直
4、流电源,它由BUCK调压种应用中一般要求输出电压为几万V,功率从几百电路、LCC串并联谐振电路及高压硅堆整流电路W到几千W不等。组成,为某种医疗设备用离子加速器提供10kV直文献[7]采用逆导晶闸管作为主开关元件,流电压。为小型加速器中子管提供高压电源。文献[8]采结合文献[1～3],本文着重通过一种变坐标用晶闸管交流调压-升压变压器-高压硅堆整流,的方法绘出了LCC谐振电路的状态轨迹,利用状为电子轰击炉供电。由于上述文献[7,8]都采用态轨迹中的几何关系推导了稳态时各参量之间的数硬开关控制,因此装置的体积较大,效率较低。文学关系方程。最后研制了一台10kV、500W样机,献[5]对于X
5、射线发生器,采用全桥串联谐振形给出了实验结果。式,恒定导通时间变频控制方式,但实现起来较复2LCC谐振变换器电路及工作模式杂,滤波器不易设计。文献[4]分析了全桥串并联谐振电路在DCM方式下的工作过程,通过调节2.1电路结构脉冲宽度来稳定输出电压,但脉冲宽度调节范围受如图1所示,主电路采用IGBT作为主开关元孙向东男,1971年生,讲师,博士研究生,主要研究方向为变频调速系统、高频链逆变技术、开关电源等。段龙男,1975年生,硕士研究生,主要从事交流调速及开关电源的研究。第17卷第5期孙向东等高压直流LCC谐振变换器的分析与设计61件,它由两级变换电路组成,前级为Buck降压电[2,3]
6、传递能量的DC-DC型变换电路不再适用;②路,用来实现稳压目的。后级为LCC谐振电路,LC串联谐振串联负载电路不能开路,LC串联谐振为开关器件提供零电压开通条件,变压器二次侧采并联负载电路不能短路,而LCC串并联谐振电路用高压硅堆整流,输出为10kV。后级采用LCC谐兼顾了串联和并联谐振电路优点以及克服了它们的振电路主要原因是:①变压器二次侧输出为高电压[6]缺点,输出电压可以高于或低于输入电压,而小电流,无法采用滤波电感,这使得传统的靠电感且负载变化范围宽,因此获得了广泛重视和应用。图1主电路结构Fig.1Maincircuitstructure2.2LCC谐振电路工作模式为分析LCC
7、谐振电路工作模式,抽取电路后级如图1所示。对此电路作如下假设:(1)电路中的所有器件均为理想器件。(2)输入电容Cin,输出电容Co足够大,稳态时可以近似认为电压VCin,VCo为恒值。(3)变压器Tx耦合系数为1,由于绕组分布电容与电容C2并联,所以将绕组分布电容折算到电容C2中。对应电路中的各开关器件的不同导通状态,电路有6种不同的工作状态,其等效电路如图2所示。图中Vo=VCo/n,n为变压器电压比,Vs=VCin。总结以上电
