寄生电容对串联谐振电容器充电电源特性的影响

设计实例及实验  

根据图6 可方便地进行谐振参数设计和设备调试。  

设计要求：充电电容为2560μF，输入电压为380V±10%，充电电压为0"25kV 可调，充电电流恒定为1A。  

根据输入电压和输出电压，选择变压器变比n=60。为使整个充电过程平均充电电流恒定，充电至25kV 时充电电流仍能达到1A，因此，必须采用闭环控制。闭环设计的原则是：在所允许的最高开关频率下，在最高输出电压时平均充电电流仍能达到所要求的恒定充电电流值。测得变压器及整流二极管折算至原边的等效分布电容为0.155μF，变压器漏感3μH，最高开关周期定为60μs，调频范围为11.8kHz"16.7kHz，谐振参数设计步骤如下：  

（1）由式(1)设计理想串联谐振CCPS 下TS=2T1所需谐振电容，得C1=0.9μF。  
（2）计算最大Vo/Vin 下充电电流大小，Vo/Vin=0.9, k=0.17，查图6 可得，此时充电电流为0.44A。（3）调整谐振电容，选择C1=1.55μF，则k=0.1，可算得最大Vo/Vin 下充电电流为1.09A，满足要求。由此可算得谐振电感L=14.7μH，考虑线路压降和确保电路工作在软开关状态，适当减小谐振电感，取L=13.2μH（含变压器漏感）。  

根据上面所设计的谐振参数进行了实验，实验波形如图7 所示。可以看出，为保持充电电流恒定，随着输出电压的升高，开关频率变高，实测充电电压为23kV 时变换器效率为92.7%。实验表明，所设计的谐振参数完全满足设计要求，该装置已用于神光III 能源系统。  
  
结论  

分析了在串联谐振电容器充电电源中变压器分布电容和高压整流二极管极间电容的影响，得出了分布电容与谐振电容比值相同时，充电电流特性相同的结论；提出了采用图表法进行谐振参数设计和调试，并给出了该图表，通过实例设计和实验进行了验证。