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              串聯諧振脈沖電源
              2021-05-19

              串聯諧振恒流脈沖電源設計,采用理論分析與仿真驗證結合的方式說明串聯諧振恒流脈沖電源的設計原理,在此基礎上設計實驗模型的研究方法,當串聯諧振電路的工作頻率等于諧振頻率時,充電電流為脈動恒定電流,電壓值呈“階梯”狀上升,通過理論與試驗結合充分驗證了當諧振電容和諧振電感滿足上述的關系式時恒流充電的效果最好,實驗結果表明:實際測量諧振電流的波形與理論諧振電流的波形近似,充電電壓波形接近直線且整個充電過程也幾乎為恒流充電,充電電流為2A以上,能在5s內將3300μF的電容充電為400V,實際測得結果符合設計要求,實現了較好的效果,所以串聯諧振充電在充電速度和恒流特性方面遠遠優于普通充電方式。


              變頻串聯諧振耐壓試驗裝置


              1、串聯諧振充電的原理

              串聯諧振充電電路中,當電源電壓恒定保持不變時,隨即變換器從每一個開關管(IGBT)正向導通開始至諧振電流反向續流結束,在這樣的情況下完成一個自然諧振周期后,此時儲能元件上的電壓增量相等,因此這種諧振式逆變充電方法通常被稱為等臺階充電或等電荷充電,之所以能實現等臺階充電,因為當電路穩定工作時正向諧振峰值電流會隨自然諧振周期的個數增加而增大,反向續流峰值則減小,但兩者之和不變,從而在每完成一個自然諧振周期后能保證儲能元件的電壓增量相等。

              2、串聯諧振恒流脈沖電源結構設計

              脈沖電源主要由脈沖變壓器、諧振電容、直流源、高頻全橋逆變電路、高頻高壓整流、諧振電感、儲能電容器以及脈沖成形結構(能量轉換和釋放系統)組成,VD為直流電源,可通過對交流電進行濾波、整流得到,高頻全橋逆變電路由4個 IGBT 和與其反向并聯的續流二極管組成,二極管選用高速恢復二極管,有利于實現軟開關,選用IGBT是因為它既有功率晶體管的導通電壓低、通態電流大的優點,又有MOSFET 易于驅動、開關頻率高、控制簡單的優點,諧振電路由諧振電容、諧振電感、線路等效電阻以及變壓器組成,其中諧振電容和諧振電感的等效阻抗遠大于線路等效電阻,4個整流二極管形成了高頻全橋整流電路,蓄能電容為電解電容,脈沖成形結構由晶閘管和晶閘管觸發板組成。

              A、高頻全橋逆變電路

              在脈沖電源中,核心部分是逆變電路,在逆變電路中將會有很多的保護和控制電路,整個功率器件的很多參數都將受到逆變電路的影響,系統的其它各部分也會相應的受到影響,所以,逆變電路的設計是非常關鍵的一個環節,逆變電路的拓撲結構多種多樣,由于本論文所設計的脈沖電源輸出功率大、電壓高,所以選擇全橋變換器,選擇全橋變換器主要是因為它具有功率開關電壓及額定電流較小,功率變壓器利用率較高等明顯優點,本文選用脈寬調制控制的方式在變壓器的副邊得到占空比可調的正負半周對稱的交流方波電壓,逆變器件為IGBT,IGBT的驅動為兩片IR2110,分別位于逆變電路中的兩個橋臂上,每一片IR2110驅動一個橋臂。

              B、儲能電容器

              電容器是脈沖電源儲存能量,并釋放能量產生脈沖的前提,所以電容器的好壞直接影響了脈沖電源的工作效率和性能,當電容器放電時相當于兩端直接短路,一般情況下電容器不能在這種短路條件下工作,因此要選擇能夠應用于沖擊大電流裝置的專用電容器,在放電電壓達到萬級以上時,全都使用無極性的脈沖電容器,但在放電電壓為千伏級,并且放電頻率不超過5次/每分鐘的場合采用電解電容器,能夠充分發揮其成本低廉以及儲能密度高的優點,在脈沖電源工作時,電解電容器通過充電電路補充每次脈沖電容器放電時所放出的能量,故本系統選用電容器型號為日立HCGF5的電解電容器,最高充電電壓為400V,容量為3300μF。

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