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一种基于LC串联谐振的高压直流电源的研究

苏伟  
【摘要】:随着电力电子技术的发展和新型高性能、高耐压、高频电力电子器件的出现,高压直流电源开始在军事、工业、农业、医疗和日常生活中得到广泛的应用。本文针对某便携式电子显微镜的电子加速用高压电场电源的输出电压高、电流小、负载轻的特点,设计了一种小功率、小体积、高性能的高压直流电源,重点对轻载时大范围调压电路和谐振电路进行研究。 本文在分析国内外的高压直流电源的常用拓扑和控制的基础上,设计了一种由三级电路组成的高压电源,其中前级DC/DC电路实现稳压调压,中间级为恒频恒占空比控制的LC串联谐振电路,后级为正负双向倍压电路。 针对轻载时前级Buck电路电感电流断续的问题。本文首先通过引进一个续流开关管组成同步Buck电路实现了轻载时电感电流的连续,并详细分析了轻载时同步Buck电路的工作过程。然后推导了软开关的实现条件,仿真和实验验证了该方案具有防止电流断续和易实现软开关的优点。 针对中间级高频谐振逆变电路工作于轻载状态时具有不同于传统谐振电路的特点,本文首先分析了低Q(品质因数)时谐振电路的工作模式和工作过程,之后通过建立谐振电路的数学模型,研究了低Q时谐振电路的各种特性,并推导出了满足低Q工作模式的条件。最后,通过仿真和实验证明了,当LC串联谐振电路工作于低Q状态下且开关频率略小于谐振频率时具有零电流导通和关断,谐振电容电压幅值低,谐振电感值小的特点。 后级设计了一种正负双向倍压电路,此电路对传统的基本CW倍压电路移相180°,既降低了输出电压的跌落又减小了输出电压的纹波。 最后,设计了一台实验样机,进行了系统实验的验证,实验结果证明了理论分析的正确性,一段时间内测量系统稳定度为8.93×10~(-5)。


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