新型軟開關高壓脈沖電容恒流充電技術分析

忽略回路電阻， 電路的特征阻抗為Z =√ L/C , 諧振周期為T r = 2π √L/C , 其中C 是諧振電容C r 和折合到原邊的負載等效電容C'串聯(lián)后形成的總電容， 通常因高壓變壓器變比高， 等效電容C '和C r相比較大， 因此串聯(lián)后的總電容C 和C r 相差不大。完整的充電電流波形包絡及充電電壓如圖4 所示， 其中t1是轉折點， t1 以前是線性等臺階充電， t1 以前電流波形放大如圖5 (a) 所示， 轉折點附近的電流波形如圖5(b) 所示。

圖4　一個充電周期的諧振電流包絡及充電電壓波形

圖5　諧振電流波形

通過計算可以得到線性階段每一個開關周期(兩次諧振)C'所充的電量為：

正向電流峰值為：

V s 是電源電壓; N 是諧振周期的個數。

反向續(xù)流峰值為：

由式(3) 看出反向續(xù)流逐步減小， 當N = C'/4C 時續(xù)流截止， 電路失去線性充電狀態(tài)。此轉折點的時刻為：

圖4 和圖5 中的波形是由PSP ICE8. 0 仿真得到的， 元件取值如下： V s= 500V , C r= 1. 6uF, L r=30uH, T s= 100us, (對應開關頻率10kHz) , 變壓器升壓比1∶40, C load= 0. 4uF, 充電功率可達16kJ/s.

輸出電壓的控制電路相當簡單， 當脈沖電容或PFN 充電至所設定值時， 通過取樣檢測， 關斷開關管的驅動輸出即可， 電壓穩(wěn)定度取決于半個開關周期(或一個充電臺階) 的電量， 可形象地描述電路工作于bang-bang模式， 即T c 時間內充電， T w 時間內開關電路停止工作。