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高壓逆變電源負載阻抗特性分析
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高壓逆變電源負載阻抗特性分析

作者:   發布日期:2016-07-19 18:50   信息來源://www.etljv.com/

    

  0 引言

  目前,在臭氧發生器、污水處理、煙氣脫硫、高功率激光、等離子體放電等技術領域,高壓逆變電源正得到越來越多的應用。傳統的高壓逆變電源一般由工頻或中頻變壓器直接升壓或LC串聯諧振獲得,不可避免地存在體積大、效率低的缺點。在目前很多需要高壓電源的場合,采用高頻技術和軟開關技術,可以有效減小高頻電源體積、重量和損耗,所以高頻高壓逆變電源是未來發展的方向。

  由于高壓逆變電源的應用領域不同,負載的阻抗也會不同;另外電源在工作時負載阻抗會隨溫度的變化而變化,所以研究負載的變化對逆變電源輸出參數的影響有著重要的意義,也是設計一個優良電源的關鍵。本文根據實際應用中的逆變電源,分析了負載阻抗變化的特性。

  1 實際電路及其工作原理

  高壓逆變電源前級一般采用不控整流、全橋逆變,后級采用串聯諧振軟開關結構。本實驗電源也是這種結構。由于電路實際中要求負載在短路時對系統影響很小,所以負載不能直接串聯在后級諧振回路中,而采用負載部分接進的方式,本實驗電路框圖如圖1所示。


  其具體組成如下:1)調壓器。輸進220V工頻電壓,輸出0~220V可調;2)整流:全橋整流;濾波:4個450V/470 μ F電容并聯;3)逆變。全橋逆變電路,由控制電路、驅動電路、?;さ緶泛蚆OS管組成的全橋開關構成;控制電路由TL494構成,可以通過改變脈沖寬度改變輸出參數;開關管采用三菱的MOSFET管,極限參數為20A/1200V;4)高頻變壓器。采用高頻升壓變壓器,原邊線圈3股50匝,副邊2股80 匝;5)諧振電容。由14個22nf、/1200V電容組成,構成諧振軟開關電路,電路的設計諧振頻率為100KHz;6)負載和其中四個電容并聯,采用部分接進形式。此電路負載在試驗測試時用可變電阻代替。

  工作原理:交流電經調壓器調壓后,由整流濾波電路整流成直流電,全橋逆變回路將經過的直流電壓轉換成高頻交流電,再經過高頻升壓變壓器和串聯諧振回路加到負載上,使負載工作,調節回路的諧振頻率來調節輸出的電流和電壓。

  2 負載阻抗變化特性的分析和仿真

  簡化的逆變電源系統中諧振負載回路如圖2所示,L為變壓器的漏感,C1、C2為諧振電容,Rp為負載電阻。為便于分析,對于圖2我們可以等效為標準的串聯諧振形式,如圖3所示。


  等效轉換后,電路中參數數值對應關系如下:


  對于全橋結構的串聯諧振逆變器,其輸出電流與負載電阻的對應關系如式(3)所示:


  其中Ude為直流母線電壓,R為負載直流電阻,N1、N2分別為變壓器原邊和副邊的匝數。B為逆變器輸進電壓信號基波分量與輸出電流的相位差。

  在串聯諧振回路中,輸出基波電壓和電流的相位差β南電路的工作頻率f、回路負載阻抗R、諧振電感L和電容C決定,其關系式為:


  實際應用中電路工作頻率約為110KHz,Ude和L都為已知量,根據上面分析的電路工作原理,把式(1)、(2)、(4)式代進式(3)可得輸出電流 10和負載阻抗Rp的函數式,在Rp取值在100 Ω到10k Ω之間時,我們利用Matlab仿真得Rp與IO的變化曲線如圖4所示。


  已知回路的電流,可得負載Rp兩真個輸出電壓UO


  由于IO是負載Rp的函數,所以由式(5)可知U0也是Rp的函數,在Rp取值在100 Ω到10k Ω之間時,我們利用Matlab仿真得到如圖5所示的Rp與U0的變化曲線。


  由仿真曲線可知,在負載在一定范圍變化時,電流電壓基本成線性變化,以后逐漸趨于平緩,電流電壓特性不再受負載阻抗變化的影響。

  本文提出的試驗用高壓逆變電源已應用于臭氧發生器電源,放電電壓、電流分別在1600V、4A左右,工作于平緩區域,電壓電流在負載阻抗的變化范圍內基本保持不變。該逆變電源工作穩定,并已經產品化。

  3 結論

  本文根據實際應用的一個逆變電源,對高壓逆變電源負載變化對輸出參數的影響進行了理論分析和推導;根據理論分析,對分析結果進行仿真,給出仿真波形;最后根據實際應用的逆變電源,證實了所給出理論分析、仿真的正確性。因此分析結果對逆變電源諧振回路的設計、參數選擇具有實踐指導價值。



  來源:Etta

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