大功率全橋串聯(lián)諧振充電電源理論設(shè)計(jì)
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
由于負(fù)載阻抗不斷變化，很難獲得勵(lì)磁電感和漏感計(jì)算的解析表達(dá)式，可采用數(shù)值模擬方法。忽略初次級(jí)繞組電阻，脈沖變壓器以勵(lì)磁電感和漏感等效，則全橋串聯(lián)諧振充電電源的等效電路如圖3所示，其中L4為勵(lì)磁電感；L3為折算后的次級(jí)漏感，其值為次級(jí)漏感的1／n2；C4為折算后的負(fù)載電容，其值為負(fù)載電容的n2，n=30。本文引用地址：http://2s4d.com/article/175722.htm
使用參數(shù)掃描的方法，先假定忽略次級(jí)漏感，令勵(lì)磁電感的值分別為：10μH，100μH，1 mH，10 mH。模擬結(jié)果如圖4所示。
從圖可見(jiàn)，當(dāng)勵(lì)磁電感值為1 mH，10 mH時(shí)，輸出電壓波形結(jié)果一致，而勵(lì)磁電感為10μH時(shí)，輸出電壓明顯較低，說(shuō)明勵(lì)磁電感10μH時(shí)變壓器次級(jí)輸出的脈寬和平頂度均不能滿足要求。進(jìn)一步模擬表明本設(shè)計(jì)所用變壓器的勵(lì)磁電感值不低于200μH就可滿足要求。對(duì)于磁芯變壓器，該條件容易滿足。
1．4 散熱設(shè)計(jì)
脈沖變壓器的峰值功率為：
Pmax=2U0Uout／(nπZ) (10)
據(jù)此，計(jì)算獲得Pmax=116 kW。平均功率為：
Pavg=U0(2Uout-△UL)／(nπZ) (11)
據(jù)此，計(jì)算Pavg=66 kW。但考慮到脈沖變壓器工作時(shí)間短，僅幾個(gè)ms，因此，變壓器可不設(shè)計(jì)額外的散熱裝置。
2 電路仿真
根據(jù)以上設(shè)計(jì)參數(shù)，獲得全電路以及仿真結(jié)果，分別如圖5，6。
根據(jù)模擬結(jié)果，電流諧振周期約30．2μs，每個(gè)開關(guān)周期負(fù)載電壓增量接近1．8 kV，則經(jīng)歷34個(gè)諧振周期，即1．03 ms后可完成對(duì)負(fù)載電容的充電，與設(shè)計(jì)預(yù)期一致。在對(duì)110 nF負(fù)載電容充電時(shí)，輸出電壓為等臺(tái)階，每個(gè)驅(qū)動(dòng)電流半周期產(chǎn)生一個(gè)幅值1．8 kV臺(tái)階。
3 結(jié)論
全橋諧振充電電源的諧振電感和電容決定諧振頻率，功率開關(guān)的耐壓和電流決定該器件的型號(hào)，脈沖變壓器決定諧振功率脈沖高效率且低畸變地向負(fù)載傳輸，勵(lì)磁電感和伏秒數(shù)是該脈沖變壓器的最關(guān)鍵參數(shù)，脈沖峰值功率和平均功率參數(shù)決定散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)。結(jié)合數(shù)值計(jì)算和模擬的方法開展了全橋諧振充電電源的理論設(shè)計(jì)，確定了諧振回路的參數(shù)和脈沖變壓器電感值，全電路仿真驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的合理性，為該電源下一步實(shí)驗(yàn)工作奠定了基礎(chǔ)。
評(píng)論