寄生电容对高频除尘电源特性的影响
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图１ 高频 除 尘 电 源 主 电路 拓 扑
２ Βιβλιοθήκη Baidu ＿ Ｃ Ｃ 串并联谐 振 电路工 作原理
为 了简化 电路 分 析 先做 如 下 假 设 ： 电路 中所 有器件 均为理 想 器 件 ； ／ ７ ， Ｃ 》Ｃ 、 ｎ Ｃ 。 》Ｃ 。 成立。 由于谐 振频 率 和开 关 频率 都 很 高 ， 输 出 电压 波 动
１ 高频除 尘 电源主 电路拓 扑 三相 市 电经不可 控整 流滤波 后 的电源用 直 流 电源 Ｖ 代替 ， 如 图 １所 示 ， Ｓ Ｗ 。 一Ｓ Ｗ 为 带 有 反并
前ｌ “ Ｉ ＝Ｖ ｏ ， 此 时稳 态 电路 可 以输 出 两个 脉 动 电
流， 开 关 时刻与 电路 主要 波 形 如 图 ２所 示 。ｔ 。时
条件 。
工作 于 ＜０ ． ５ ｆ ，电流 断续 的工 作模 式 。根据 电路 二次侧一 个 周 期 内输 出 电流形 式 的不 同 ， 将 断续模 式下 的 电路 分 为 ３种 工 作方 式 ， 即输 出 两 个脉 动 电流 、 输 出一个 脉动 电流和无 电流输 出 。
电流断续 电路 工 作 在模 式 一 时 ， 开 关 管 导通
摘 要 高频 静 电 除 尘 设备 在 实 际 工作 中 由 于 电路 工作 在 高频 ， 加 之 变压 器 变 比很 大 ， 使 得 变 压 器 寄 生
参 数 对 高频 除 尘 电源供 电特 性 的 影 响 不 可 忽略 。 为 此 ， 通 过 对 电流 断 续 模 式 下 ， 串、 并 联 谐 振 变 换 器 在 不 同工 作 阶 段 的 数 学 分 析 、 推 导 和 归一 化 处 理 ， 得 到 高频 除 尘 电 源 变 换 器 的 输 出平 均 电 流 特 性 、 开 关 管 导通 时 间特 性 和 临 界 断 续 频 率 特 性 ， 并 以 图形 曲线 的 方 式 给 出 了量 化 分 析 结 果 。仿 真 结 果 证 实 了特 性
联 二极 管 的高 频开关 器件 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ； Ｌ 为变 压 器漏感 折 算 到原 边侧 的谐 振 电感 ； Ｃ 为外 加 串联谐 振 电
容； Ｃ 为 变压器 寄生 电容 折算 到 原边 侧 的谐 振 电
刻开 关管 ８ Ｗ ／ ｓ ｗ 前 并联 电容 被箝位 ， ｔ 。 ～ｔ 。 时 间
曲线 的正 确 性 和 调 频 调 压控 制 方 案 的 可行 性 。
关 键 词 高频 静 电除 尘 中图 分 类 号
Ｌ Ｃ Ｃ 串并联 高频 除 尘 电 源 控 制 方 案 主 电路 拓 扑 文 献标 识 码 Ａ
仿 真
Ｔ Ｈ ８ ６ ２ ． ７ ８
文 章 编 号 １ ０ ０ ０ ・ ３ ９ ３ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ６ － ０ ７ ７ ０ － ０ ５
内 、 Ｃ 组成 串联 谐 振 电路 ， 能 量 从 变 压 器 原 边 传 向负载 ， 整 流管 Ｄ 。 ／ Ｄ 自然导 通 ， ｔ ， 时 刻谐振 电
容； Ｄ ～Ｄ 为 高压整 流二极 管 ； Ｃ 和 为除尘 本
体 等效 负载 。为 了表述 方 便 做 如下 定 义 ： 二 次 侧 输 出电压 ｌ ， ０ ， 变压 器 输 入原 边 电压 ， 并有 Ｖ ｅ ＝ ／ ｎ ， 并 联 电容两 端 电压 。 。 ， 串联 电容 两 端 电压
高压 串联谐振 变换 器广泛 应用 于静 电除尘 系
谐 振 电流 ｉ 。
统中， 然而 高压变 压器 寄生 电容 的存 在 ， 使得其 工 作状 态并 不 理 想 。其 主 要 原 因是 ： 充 电时 直
流母线 电压会 发 生变化 ； 变压 器存在 分布 电容 ；
高压 整流器存 在极 间 电容 。国 内外 有关 分布 电容
７ ７ ０
化
工
自 动 化
及 仪
表
第４ Ｏ卷
寄 生 电容 对 高 频 除 尘 电 源 特 性 的 影 响
张 连 永 杨 文 霞 。 杨 明 印
（ １ ． 济 宁 技 师 学 院 数控 技 术 系 ， 山东 济 宁 ２ ７ ２ ０ １ ３ ； ２ ． 河 北 工业 大 学 控 制 科 学 与 工 程学 院 ， 天津 ３ ０ ０ １ ３ ０ ）
向充 电 ， 直到 ｔ ，时 刻结 束 时 Ｉ “ 。 Ｉ ＜ ， 因此 无 能
Ｃ 和Ｃ 组 成 串并联 谐 振 ， Ｅ ｈ于 Ｉ ｕ ｌ ＜Ｖ ｅ因而 此
量传递； ～ｔ 属于 断续 时 间 ， 各 元 件 保 持 上一 时
刻状 态直 到进入 另半 个谐 振周 期 。列 写此 工作 方 式 的微分方 程并 求解 ， 可得 ：
影响 的报道 极 少 ， 钟 和清 等 分 析 了寄 生 电容对 输 出平 均 电流 的影 响 ， 但 未 对 软 开关 实 现 的条件 做
深入 分析 与验 证 ； 孙 向东 等 根 据状 态 轨 迹 推导 了一 些参量 的解 析表 达 式 ， 但 是操 作 过 程 复杂 而
精确 度 又不高 ， 尤 其 是 电路 工 作 在 临界 点 附 近 时 精度 更低 。
小， 以下 分析认 为输 出侧 电压恒定 不变 ； 电路 始终
在此 ， 笔者 在充 分 考 虑 寄生 参 数 对 电路 特性 影 响的基 础上 ， 将寄 生参数 折算 到 电路 的一 次侧 ， 作 为谐振元 件 的一部 分 ， 设计 了兼 有 串 、 并联 谐振
优点 的 Ｌ Ｃ Ｃ串 并联 高频 除尘 电源 电路 。重点 分 析 了寄生 电容 对 电路 特性 的影 响和软 开关实 现 的
流谐 振至零 ， 谐振 第一 阶 段结 束 ； ｔ ～ｔ ：时 间 内谐
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２ — １ ０ － ２ ５
第 ６期
张连永等． 寄 生 电容 对 高频 除尘 电 源 特性 的影 响
７ ７ ｌ
振 电流 反 向 与 Ｓ Ｗ 。 ／ ｓ ｗ 反 并 联 的 二 极 霄 导 通 ， 、
２ Βιβλιοθήκη Baidu ＿ Ｃ Ｃ 串并联谐 振 电路工 作原理
为 了简化 电路 分 析 先做 如 下 假 设 ： 电路 中所 有器件 均为理 想 器 件 ； ／ ７ ， Ｃ 》Ｃ 、 ｎ Ｃ 。 》Ｃ 。 成立。 由于谐 振频 率 和开 关 频率 都 很 高 ， 输 出 电压 波 动
１ 高频除 尘 电源主 电路拓 扑 三相 市 电经不可 控整 流滤波 后 的电源用 直 流 电源 Ｖ 代替 ， 如 图 １所 示 ， Ｓ Ｗ 。 一Ｓ Ｗ 为 带 有 反并
前ｌ “ Ｉ ＝Ｖ ｏ ， 此 时稳 态 电路 可 以输 出 两个 脉 动 电
流， 开 关 时刻与 电路 主要 波 形 如 图 ２所 示 。ｔ 。时
条件 。
工作 于 ＜０ ． ５ ｆ ，电流 断续 的工 作模 式 。根据 电路 二次侧一 个 周 期 内输 出 电流形 式 的不 同 ， 将 断续模 式下 的 电路 分 为 ３种 工 作方 式 ， 即输 出 两 个脉 动 电流 、 输 出一个 脉动 电流和无 电流输 出 。
电流断续 电路 工 作 在模 式 一 时 ， 开 关 管 导通
摘 要 高频 静 电 除 尘 设备 在 实 际 工作 中 由 于 电路 工作 在 高频 ， 加 之 变压 器 变 比很 大 ， 使 得 变 压 器 寄 生
参 数 对 高频 除 尘 电源供 电特 性 的 影 响 不 可 忽略 。 为 此 ， 通 过 对 电流 断 续 模 式 下 ， 串、 并 联 谐 振 变 换 器 在 不 同工 作 阶 段 的 数 学 分 析 、 推 导 和 归一 化 处 理 ， 得 到 高频 除 尘 电 源 变 换 器 的 输 出平 均 电 流 特 性 、 开 关 管 导通 时 间特 性 和 临 界 断 续 频 率 特 性 ， 并 以 图形 曲线 的 方 式 给 出 了量 化 分 析 结 果 。仿 真 结 果 证 实 了特 性
联 二极 管 的高 频开关 器件 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ； Ｌ 为变 压 器漏感 折 算 到原 边侧 的谐 振 电感 ； Ｃ 为外 加 串联谐 振 电
容； Ｃ 为 变压器 寄生 电容 折算 到 原边 侧 的谐 振 电
刻开 关管 ８ Ｗ ／ ｓ ｗ 前 并联 电容 被箝位 ， ｔ 。 ～ｔ 。 时 间
曲线 的正 确 性 和 调 频 调 压控 制 方 案 的 可行 性 。
关 键 词 高频 静 电除 尘 中图 分 类 号
Ｌ Ｃ Ｃ 串并联 高频 除 尘 电 源 控 制 方 案 主 电路 拓 扑 文 献标 识 码 Ａ
仿 真
Ｔ Ｈ ８ ６ ２ ． ７ ８
文 章 编 号 １ ０ ０ ０ ・ ３ ９ ３ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ６ － ０ ７ ７ ０ － ０ ５
内 、 Ｃ 组成 串联 谐 振 电路 ， 能 量 从 变 压 器 原 边 传 向负载 ， 整 流管 Ｄ 。 ／ Ｄ 自然导 通 ， ｔ ， 时 刻谐振 电
容； Ｄ ～Ｄ 为 高压整 流二极 管 ； Ｃ 和 为除尘 本
体 等效 负载 。为 了表述 方 便 做 如下 定 义 ： 二 次 侧 输 出电压 ｌ ， ０ ， 变压 器 输 入原 边 电压 ， 并有 Ｖ ｅ ＝ ／ ｎ ， 并 联 电容两 端 电压 。 。 ， 串联 电容 两 端 电压
高压 串联谐振 变换 器广泛 应用 于静 电除尘 系
谐 振 电流 ｉ 。
统中， 然而 高压变 压器 寄生 电容 的存 在 ， 使得其 工 作状 态并 不 理 想 。其 主 要 原 因是 ： 充 电时 直
流母线 电压会 发 生变化 ； 变压 器存在 分布 电容 ；
高压 整流器存 在极 间 电容 。国 内外 有关 分布 电容
７ ７ ０
化
工
自 动 化
及 仪
表
第４ Ｏ卷
寄 生 电容 对 高 频 除 尘 电 源 特 性 的 影 响
张 连 永 杨 文 霞 。 杨 明 印
（ １ ． 济 宁 技 师 学 院 数控 技 术 系 ， 山东 济 宁 ２ ７ ２ ０ １ ３ ； ２ ． 河 北 工业 大 学 控 制 科 学 与 工 程学 院 ， 天津 ３ ０ ０ １ ３ ０ ）
向充 电 ， 直到 ｔ ，时 刻结 束 时 Ｉ “ 。 Ｉ ＜ ， 因此 无 能
Ｃ 和Ｃ 组 成 串并联 谐 振 ， Ｅ ｈ于 Ｉ ｕ ｌ ＜Ｖ ｅ因而 此
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刻状 态直 到进入 另半 个谐 振周 期 。列 写此 工作 方 式 的微分方 程并 求解 ， 可得 ：
影响 的报道 极 少 ， 钟 和清 等 分 析 了寄 生 电容对 输 出平 均 电流 的影 响 ， 但 未 对 软 开关 实 现 的条件 做
深入 分析 与验 证 ； 孙 向东 等 根 据状 态 轨 迹 推导 了一 些参量 的解 析表 达 式 ， 但 是操 作 过 程 复杂 而
精确 度 又不高 ， 尤 其 是 电路 工 作 在 临界 点 附 近 时 精度 更低 。
小， 以下 分析认 为输 出侧 电压恒定 不变 ； 电路 始终
在此 ， 笔者 在充 分 考 虑 寄生 参 数 对 电路 特性 影 响的基 础上 ， 将寄 生参数 折算 到 电路 的一 次侧 ， 作 为谐振元 件 的一部 分 ， 设计 了兼 有 串 、 并联 谐振
优点 的 Ｌ Ｃ Ｃ串 并联 高频 除尘 电源 电路 。重点 分 析 了寄生 电容 对 电路 特性 的影 响和软 开关实 现 的
流谐 振至零 ， 谐振 第一 阶 段结 束 ； ｔ ～ｔ ：时 间 内谐
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２ — １ ０ － ２ ５
第 ６期
张连永等． 寄 生 电容 对 高频 除尘 电 源 特性 的影 响
７ ７ ｌ
振 电流 反 向 与 Ｓ Ｗ 。 ／ ｓ ｗ 反 并 联 的 二 极 霄 导 通 ， 、