大功率行波管测试设备高压电源的研究

时间:2013-02-16来源:网络

4 零电压多谐振软开关技术
图3以阴极电源为例,给出了零电压多谐振软开关变换器高压电源的原理图。

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其中,VT1~VT4为MOSFET,组成逆变全桥;C1~C4为MOSFET漏源两端谐振电容;C0为隔直电容;Lr为串联谐振电感;T1为升压变压器;Cr为变压器次级谐振电容;全波倍压整流电路产生直流负高压,可等效为恒压源。
一个开关周期分为两个谐振周期,各谐振周期按开关器件导通情况和能量的传递方向分为4种工作模式。图4为单个谐振周期的主要工作波形。图5给出了4种工作模式的等效电路。

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模式1[t0~t1] VT1,VT4导通,VT2,VT3截止,变压器次级电路折算到初级等效为一个恒压源Uo,在此过程中,Uin经VT1,Lr,VT4将能量传递给Uo。设M=Uo/Uin,表示电压传递系数。
模式2[t1~t2] VT1~VT4均截止,即死区时间内的谐振过程,谐振电感电流iL维持原方向,将C2,C3两端的电量传递给C1,G4。只要Lr的能量足够大,死区时间足够长,当C2,C3的电压降为零,C1,C4的电压升为Uin,就能实现VT2,VT3的零电压导通条件。此过程Lr将储存的能量传递给Uo。
模式3[t2~t3] iL由VD2,VD3续流维持原方向,直至谐振到零。如图4所示,VT2,VT3的导通信号需在此区间内到达,否则C2,C3会再被充电,无法实现VT2,VT3的零电压导通。此过程Lr将储存的能量传递给Uo,并将一部分能量回馈给Uin。
模式4[t3~t4]VT2,VT3导通,变压器次级电路折算到初级不再等效为恒压源,而等效为电容Ca,即变压器次级谐振电容折算到初级的等效电容。谐振电容两端电压由Uo谐振至-Uo,iL由零谐振至e.jpg,完成变压器的谐振换向。此过程Uin经VT2,VT3将能量储存在Lr中,Uo靠自身储能电容上的能量向负载供电。
变压器换向结束后,变压器次级电路折算到初级可等效为一个反向的恒压源-Uo,VT2,VT3导通,VT1,VT4截止,Uin经VT2,Lr,VT3将能量传递给-Uo,电路进入下一个谐振周期,谐振过程相似,不再赘述。这种零电压多谐振软开关电路拓扑结构简单,能够实现功率开关器件的零电压导通,减小开关损耗,提高电源效率。

5 稳压控制电路的设计
控制电路采用谐振型集成芯片MC33066产生PWM脉冲信号。高压采样由阻容网络分压得到,以提高电源的响应速度。由运放LF347对高压采样和基准电压之差进行PI调节,输出的控制电平使能或关闭MC33066的PWM脉冲信号,使电源工作在间歇状态实现高压电源的闭环稳压控制。与PWM控制方式相比,间歇控制方式脉宽和死区都固定,能实现高压电源在全功率范围和宽电压范围内的零电压多谐振软开关,便于谐振参数的设计。与频率调制控制方式相比,间歇控制方式开关频率固定,在空载或轻载下开关损耗小、电源效率高,且可等效为一种线性控制方式,具有更宽泛的稳定域,有利于PI控制参数的调节整定。
在此采样收集极与地之间的电压差,在控制电路中增加一个负逻辑环节,既能简化采样电路,又能实现收集极电源的稳压控制。

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关键词: 高压电源 大功率行波管 间歇控制

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