串联谐振高压电容器充电电源全谐振控制方案研究

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脉冲功率技术在高新技术产业，如辐射消毒、烟气净化、医疗器械、生物科学等方面得到了十分广泛的应用。电容器储能因为简单可靠、技术成熟，成为脉冲功率技术最常用的储能方式。因此，电容器充电电源拓扑及控制方法的研究具有实际的意义。
　　电容器充电电源中以串联谐振变换器(SRC，Series Resonant Converter)应用的最为广泛，在断续电流模式下时，变换器时具有控制简单、恒流源特性，抗负载能力强等优点，但是其谐振电流峰值电流过大，功率难以提高。当变换器工作在连续电流模式时，移相PWM控制下开关器件软开关的实现范围很窄；变频控制下在充电初期变换器中有很大的环流。文采用了一种新型的全谐振的控制方法，在谐振电流过零点的时刻对变换器的开关管进行开通关断动作，变换器处于连续电流模式，工作效率高，同时保证了任意负载条件下开关管都能工作在软开关。
　　本文首先介绍了全谐振控制下电路可能出现的四种工作模式，用迭代法对各个物理量进行了计算分析，然后说明了变压器分布电容及开关超前角对于电路工作过程的影响。在电路四种工作模式中，模式P作为可以增大充电电流的模式(定义为1状态)，模式F作为可以减小充电电流的模式(定义为0状态)，电源可通过状态控制的方法使充电电流在额定值附近上下跳动，从而达到控制充电电流的目的。
　　状态控制本质上控制的是充电电流的平均值，为获得充电电流平均值，选择RC低通滤波器对电流中的交流成分进行滤除，造成了反馈控制器的延时，延时的大小影响了状态控制的性能，运用MATLAB仿真软件对电路的工作过程仿真分析。全谐振控制时变换器的开关频率和脉宽都不会发生改变，将谐振电流采样后经过比较器即可输出与谐振电流同相位的方波，用这个方波信号经过一定的逻辑变换即可直接控制各个开关管的开通关断，所以本文采用模拟器件实现了全谐振控制器的搭建，对控制器各个部分进行了参数的设计。
　　最后，搭建出了一台实验样机，进行了电容充电的实验，验证了理论分析、参数设计以及全谐振控制策略的正确性。

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作者
尹立业;
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作者单位

华中科技大学;

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授予单位华中科技大学;
学科电气工程
授予学位硕士
导师姓名林磊;
年度 2016
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类电容器;结构;
关键词
电容器; 充电电源; 全谐振控制; 工作模式;

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