基于IGBT的固態(tài)高壓脈沖電源的研究與設計
1.2 電源主電路結構和工作原理
電源主電路原理圖如圖2所示,電路由工頻交流輸入、整流濾波、LCC串并聯(lián)諧振變換器、電容充電儲能、電感的緩沖隔離、IGBT全橋逆變、脈沖升壓變壓器等單元構成。電路工作過程:220 V交流通過整流濾波后得到低壓直流輸出,通過LCC串并聯(lián)諧振逆變經(jīng)高頻升壓后向儲能電容C充電,經(jīng)過IGBT全橋逆變拓撲結構實現(xiàn)雙極性脈沖輸出。本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/176978.htm
圖2中LCC串并聯(lián)諧振變換器是此高壓脈沖電源充電電路的核心部分,由4個功率開關管IGBT與諧振電感Ls、串聯(lián)諧振電容Cs、并聯(lián)諧振電容Cp組成,工作原理是:利用電感、電容等諧振元件的作用,使功率開關管的電流或電壓波形變?yōu)檎也?、準正弦波或局部正弦波,這樣能使功率開關管在零電壓或零電流條件下導通或關斷,減少開關管開通和關斷時的損耗,同時提高開關頻率,減小開關噪聲,降低EMI干擾和開關應力。
分析LCC串并聯(lián)諧振充電電路時,假設:1)所有開關器件和二極管均為理想器件;2)變壓器分布電容為0;3)n2C>>Cs;4)開關器件工作在全軟開關狀態(tài)。
根據(jù)開關頻率fs與基本諧振頻率fr的關系,LCC諧振變換器有3種工作方式:1)fs0.5fr的電流斷續(xù)模式(DCM),開關管工作在零電流/零電壓關斷、零電流開通狀態(tài),反并聯(lián)二極管自然開通、自然關斷;2)fr>fs>0.5fr的電流連續(xù)模式(CCM),開關管為零電流/零電壓關斷、硬開通,反并聯(lián)二極管自然開通但關斷時二極管有反向恢復電流,電路開關損耗較大;3)fs>fr仍然為電流連續(xù)模式(CCM),與2)的區(qū)別是開關管為零電流/零電壓開通、硬關斷,電路開關損耗同樣較大。諧振頻率為:
其中Lr為諧振電感,為諧振電容,視工作狀況不同,由串聯(lián)電容Cs與并聯(lián)電容Cp共同決定。
在此設計中,選用合理的逆變設計參數(shù),使LCC串并聯(lián)諧振變換器工作在DCM模式下,結合軟開關技術,使開關損耗達到最小。
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