LCC串并联谐振充电高压脉冲电源设计

合集下载

高压大功率场合LCC谐振变换器的分析与设计

高压大功率场合LCC谐振变换器的分析与设计夏冰，阮新波(南京航空航天大学航空电源重点实验室，江苏省南京市 210016)The analysis and design of LCC resonant converterfor high voltage and high power applicationsXia Bing, Ruan Xin-bo(Nanjing University of Aeronautics & Astronautics, Nanjing 210016, Jiangsu Province, China) ABSTRACT: LCC resonant converter with capacitive output filter is suitable for high voltage and high power applications. As it has three resonant elements the converter enters into multi-resonant modes which makes it difficult to analyse and design the converter. This paper proposes a comprehensive design procedure for the LCC resonant converter based on its steady model, aiming to reduce the voltage and current stresses of components, to reduce the range of the switching frequency variation and the input current when the converter operates at light loads. A 100V input, 16.5kV/230mA output prototype is built to verify the design method where soft-switching is preserved over the entire operating range.KEY WORDS: LCC resonant converter; high voltage and high power applications; capacitive output filter; soft-switching摘要：具有电容型滤波器的LCC谐振变换器十分适用于高压大功率场合。

基于lcc谐振的高压充电电源研究与设计

基于lcc谐振的高压充电电源研究与设计近年来，随着能源技术的发展，电力的普及以及对环境的关注，人们越来越关注高效、环保的电力供应方案。

在此背景下，低谐振（LCC）谐振技术受到了广泛关注，为高压充电电源设计提供了新的思路。

LCC谐振技术主要通过降低变压器的系统阻抗和功耗来降低电流噪声和提高变压器的功率因数。

它通过利用特殊的的反馈电路将一个低频电路调节到谐振状态，这种技术可以替代传统设计技术，如PFC （功率因素校正），芯片内置滤波器，等等。

因此，LCC谐振技术可以有效地降低高压变压器的功耗和电流噪声。

首先，在设计高压充电电源时，LCC谐振技术可以提供更高功率因数和更好的电路稳定性。

例如，在设计LCC谐振高压充电电源时，可以有效地降低噪声和滞后，从而提高功率因数。

此外，它还可以提供很高的电压精度，达到±1V以内。

其次，LCC谐振技术可以降低变压器阻抗和功耗。

由于变压器功耗是由变压器电流决定的，因此，可以通过LCC谐振技术降低变压器功耗，从而提高变压器的系统效率。

此外，LCC谐振技术还可以降低系统的成本。

LCC谐振技术比传统PFC技术成熟，技术简单，仅需要电容和电感就可以实现，从而减少了系统的组件成本。

最后，LCC谐振技术还可以提高充电电源的可靠性。

由于LCC谐振技术可以降低噪声和滞后，从而提高充电电源的稳定性。

综上所述，LCC谐振技术是设计高压充电电源的有效方法，它可以提高功率因数和可靠性，同时降低变压器功耗和系统成本。

但是，由于LCC谐振技术目前仍处于发展阶段，因此有必要仔细研究电路的参数以及如何设计出更好的元件组合，以更好地满足高压充电电源的需求。

本文基于LCC谐振的高压充电电源研究与设计，从技术发展、性能特点和可靠性等几方面阐述了LCC谐振技术在高压充电电源的发展过程中的重要地位。

由于LCC谐振技术在高压充电电源设计中的潜在优势，因此未来有望成为主流设计技术。

基于LC串联谐振的高压恒流充电电源设计

基于LC串联谐振的高压恒流充电电源设计
江进波;徐林;罗正;杨文;唐铭;姚延东;陈锐
【期刊名称】《强激光与粒子束》
【年(卷),期】2024(36)5
【摘要】LC串联谐振式高压恒流充电电源能够实现电容器的高效快速充电,且具有较好的抗负载短路能力,在高重频脉冲功率系统中具有广阔的应用前景。

充电电源
的效率是决定系统重频运行能力的重要因素,提高效率是目前高压电容器充电电源
设计的首要目标。

根据LC串联谐振电路的工作原理,分析可知电源工作模式、逆变桥的开关频率以及高频变压器的分布参数是影响LC串联谐振电源效率的主要因素。

针对功率为10 kW、输出电压为40 kV的直流电源,计算主电路参数并利用Pspice建立了电路模型验证其准确性,采用软开关技术减小开关损耗,设计了分布参数较小的高频变压器进一步提高效率,并在此基础上完成了电源整体结构设计。

最
后测试了电源的充电特性,结果表明该电源可将0.1μF电容器在37 ms内充电至39.5 kV,其充电效率为87.1%。

【总页数】8页(P42-49)
【作者】江进波;徐林;罗正;杨文;唐铭;姚延东;陈锐
【作者单位】三峡大学电气与新能源学院;三峡大学湖北省输电线路工程技术研究
中心;国网恩施供电公司
【正文语种】中文
【中图分类】TN78
【相关文献】
1.LC串联谐振恒流充电系统
2.LC谐振式恒流充电电源的研究
3.采用串联结构的高压电容恒流充电电源
4.基于谐振恒流充电的电梯应急电源设计
5.移相串联谐振高压电容器充电电源谐振参数设计方法及其电流控制策略
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

串并联谐振高压脉冲电容充电电源的闭环控制

Ｔｅｘｅｍｅｔｌｒｓｌｉｌｓｄｌｏｃｎｒｌｈｗａｔｒｃａｇｎｐｅｃｎｔｎｏｒｈｇｐｗｅｆｃｅｃｈｅｐｒｎａｅｕｔｗｔｃｏｅ－ｐｏｔｓｏｆｓｈｒｉｇｓｅｄ，ｏｓａｔｐｗｅ，ｉｈｏｒｅｆｉｎｙｉｓｈｏｏｅｉ
中图分类号：Ｎ６ｒ８Ｉ＇文献标识码：Ａ文章编号：００１０２１）６０６ — ４１０ — ０Ｘ（０２０ — ０９０
ＣｌｓｄｌｏｎｒｌｏｉｈＶｏｔｇｌｅＣａａｉｒＣｈｒｉｇｏｅ－ｐＣｏｔｏｆＨｇｌａｅＰｕｓｐｃｔａｇｎｏｏ
ＡｂｔａｔＴｉｐｐｒｄｓｒｅｈｅｉｎｏｋＣｓｒｓｒｓｎｎｉｈｖｌｇｕｓａａｉｒｃａｇｎｏｅｓｒｃ：ｈｓａｅｅｃｂｓｔｅｄｓｇｆ３ＷＬｅｉｅｏａｔｈｇ — ｏｔｅｐｌｅｃｐｃｔｈｒｉｇｐｗｒｉｅａｏｓｐｌｔｅｅｐｒｎａｅｕｔｏｈｕｓａａｉｎｅｌａｉｈｏｒｅｐａｎｔａｈｃｕｌｃｒｕｔｉＣｕｐｙ，ｈｘｅｍｅｔｌｒｓｌｆｒｔｅｐｌｅｃｐｃｔｃｏｄｗｔｔｅｐｗｅｘｌｉｈｔｔｅａｔａｉｉｓＬＣｉｓａｈｃｓｒｅａａｌｌｒｓｎｎ，ａｓｈｈｒｉｇｃｒｅｔｄｏｓｃａｇｎｌｗｎｏｒｐｗｒＴｏｖｅｅｐｏｌｍｓｔｅｅｓｐｒｌｅｏａｔｃｕｅｔｅｃａｇｎｕｒｎｒｐ，ｈｒｉｇｓｏａｄｌｗｅｏｅ．ｏｓｌｅｔｓｒｂｅ，ｉｅｈｈｃｒｅｔｐｗｅｎｏｔｇｌｓｄｌｏｏｔｏｔａｅｙｉｒｐｓｄ，ｎｈｏｔａｅｉｌｍｅｔｔｏｒｃｓｓｇｖｎ．ｕｎ，ｏｒａｄｖｌｅｃｏｅ — ｐｃｎｒｌｓｔｇｓｐａｏｒｏｏｅａｄｔｅｓｆｒｍｐｅｎａｉｎｐｏｅｓｉｉｅｗ

基于LCC谐振变换器的高压直流电源设计

基于LCC谐振变换器的高压直流电源设计摘要：为提高高压直流电源效率，降低其体积和重量，这里介绍了一种基于LCC谐振变换器的高压直流电源设计方法。

结合移相脉宽调制(PWM)和脉冲频率调制(PFM)方法，实现变换器在全负载范围内的软开关。

首先分析了LCC电路的工作原理，并采用基波近似法进行数学建模，在此基础上，给出不同负载时频率、占空比与电压增益的关系曲线，为设计LCC谐振变换器提供理论依据。

最后通过一台峰值电压35 kV，额定功率7 kW的电源样机验证了设计的正确性，系统采用闭环控制，提高了输出电压的精度。

关键词：电源；高压直流；谐振变换器；软开关1 引言高频高压变压器是高压直流电源设计的难点，经过分析，如何减小变压器的分布参数是高频高压电源设计的关键。

此处通过引入谐振，将变压器分布参数作为谐振元件的一部分，实现开关管的软开关，减小开关损耗，提高开关频率，从而减小变换器的体积。

谐振变换器有串联、并联和串并联3种拓扑。

串并联谐振变换器，又称LCC谐振变换器，结合了前两种拓扑的优点，在合理设计参数的前提下，可使电源在输入电压范围变化很大，输出空载到满载的条件下，仍然保持很高的效率。

LCC谐振变换器主要有移相PWM和PFM两种控制方法。

这里采用PWM和PFM结合的控制策略，在频率变化范围不大，负载电压恒定的前提下，保证变换器从空载到满载范围内均能实现软开关。

通过闭环控制，提高输出电压的抗干扰能力。

2 LCC谐振变换器工作原理2．1 LCC谐振电路工作状态分析图1为电容型滤波LCC谐振变换器电路。

Cs，Ls为LCC谐振电路串联谐振电容和谐振电感，Ls包含变压器折算到初级的等效漏感；Cp为并联谐振电容，包含变压器折算到初级的分布电容。

分析前先假设：输出电容很大，Uo保持不变；所有器件都是理想器件；电感电流连续且为理想正弦波。

图2为移相PWM控制稳态时的主要波形。

(1)[t0～t1] t0时刻，电感电流iLs为零，此时VQ4为零电流开通，在前一时段VQ1已经零电压开通，VQ1，VQ4导通，uAB为正，Ls，Cs，Cp发生谐振，输出整流桥关断，uCp从-Uo／n升高，到t1时刻，uCp升高至Uo／n，输出整流桥导通，此阶段结束。

基于lcc谐振的高压充电电源研究与设计

基于lcc谐振的高压充电电源研究与设计现代电力电子技术的快速发展为改善电能质量及提升电力系统能源利用率提供了重要手段，高压充电电源（HVCD）是其中的重要组成部分。

HVCD具有改善电能质量、节约能源和减少噪声的特点，为社会和经济发展提供了重要支持。

基于LCC谐振的高压充电电源的研究及设计，具有极端重要的意义。

首先，对充电电源的零源抖动、噪声低、输出稳定的要求极大。

LCC谐振技术能够有效满足这些要求，以提高电源的效率和质量，从而改善电能质量及提升电力系统能源利用率。

LCC谐振技术有效地提高了电源效率，减少了能量损失，并大大降低了输入电流的噪声，改善了输出电压的稳定性。

其次，在设计过程中，结构的正确选择对于提高电源的效率、准确度和稳定性至关重要。

因此，需要考虑变压器尺寸、回路参数、主要元件及结构等因素，精确设计LCC谐振电源，让其具备良好的动态和稳定性能，满足HVCD的关键要求。

再者，有效降低谐振电源的损耗和噪声非常重要。

可以采用低损耗元件和高效率控制技术，使电源损耗降至最低，噪声降到最低程度。

此外，在设计电路的同时，可以考虑采用合适的EMI滤波器，强化LCC谐振电源的电磁兼容性。

最后，在测试环节，可以综合考虑工作负荷、温度等多个因素，对谐振的特性进行全面评估，确保谐振电源的稳定性。

综上所述，LCC谐振技术对HVCD研究及设计具有重要意义，必须综合考虑电路结构、元件及控制技术等因素，提高效率、减少噪声、改善稳定性和电磁兼容性，才能实现高压充电电源技术的有效研究及设计。

本文结合实际情况，就基于LCC谐振的高压充电电源的研究及设计进行了较为详细的探讨，从而为实现高效的电能管理及精确的能源运用提供技术支持。

随着社会经济的进一步发展，高压充电电源的技术将会越来越受到重视，尤其是基于LCC谐振的高压充电电源，未来发展前景非常乐观。

未来，研究者可以继续深入研究LCC谐振技术，充分发挥它的优势，并开展大功率、高效率的HVCD的研究及开发，以期实现更高效的电能质量及更精确的电能利用。

基于LC全桥串联谐振的脉冲功率电源设计

基于LC全桥串联谐振的脉冲功率电源设计脉冲功率电源是一种能够提供高电流、高功率脉冲输出的电源设备，广泛应用于激光器、医学成像仪器、电动车充电器等领域。

基于LC全桥串联谐振的设计可以提高电源的效率、减小体积，并且具有较低的功率损耗。

LC全桥串联谐振是一种特殊的谐振方式，通过合理设计电路参数，可以将谐振电路的输出电流进行相间隔提供，从而实现高功率输出。

下面将介绍基于LC全桥串联谐振的脉冲功率电源的主要设计要点。

首先，在设计LC全桥串联谐振脉冲功率电源时，需要确定输出电压和电流的要求。

根据输出要求，可以确定电源的额定功率和负载特性。

同时，还需要确定电源输入电压的范围，并考虑到输入电压的变化对电源输出的影响。

其次，需要设计合适的谐振电路。

LC全桥串联谐振电路由四个开关管、两个电感和两个电容组成。

要保证谐振电路在不同输出功率下仍能工作稳定，并且避免频率过高引起开关管损坏，需要通过合理选择电感和电容的数值，并加入适当的阻尼电阻来调整谐振频率和阻尼比。

接下来，需要设计输出端的脉冲变换器。

脉冲变换器一般采用高频开关管和变压器组成，负责将谐振电路输出的副交流信号变换为适合负载的直流脉冲信号。

变压器的设计需要考虑到负载电流、转换效率和器件的损耗等因素，通过合理选择变压器参数，可以实现高效率的电能转换。

此外，还需要设计电源的控制电路。

控制电路一般采用微处理器或专用控制芯片来实现对开关管的控制和脉冲变换器的输出调节。

通过采用先进的控制策略，可以实现对输出电压和电流的精确控制，并实现过压、过流等保护功能。

最后，在设计完成后，需要进行电路的模拟和实际测试。

通过模拟和测试，可以对设计的参数进行验证，查找潜在的问题并进行调整。

并且，在实际使用中需要注意对电源设备的散热和绝缘等问题，保证电源的安全可靠性。

综上所述，基于LC全桥串联谐振的脉冲功率电源设计，需要考虑输出要求、谐振电路设计、脉冲变换器设计、控制电路设计和电路测试等方面的因素。

串并联谐振高压脉冲电容充电电源的闭环控制

串并联谐振高压脉冲电容充电电源的闭环控制
1 引言
高压脉冲电容能在很短时间内迅速释放其储存的能量，形成强大的冲击电流和冲击功率，因此广泛应用在激光核聚变、X光机、粒子束武器等领域。

脉冲电容器的能量存储主要靠高压直流充电电源来实现。

文献利用LC串联谐振电路研制了一台40 kW／10 kV数字化高频高压脉冲电容充电电源，重点对提高功率密度和安全性能方面进行了研究，但未考虑分布电容。

文献基于移相闭环控制LCC串并联谐振设计了电火花加工电源，克服了传统电火花电源体积、重量大，效率低的问题，但谐振电流连续，开关损坏较大，未考虑功率输出。

这里通过分析，研制了LC串联谐振变换器的实际电路，针对限功率条件下充电电流减小，利用率低，充电速度慢等问题，采用闭环控制策略对等效LCC串并联谐振电路进行控制，提高了充电速度和电源利用率，效果良好。

2 3kWLC串联谐振电容充电电源
交流输入整流后直流侧电压为200 V，电源输出电压7 kV，功率3 kW。

由LC串联谐振特性，根据恒流、峰值限定和输出功率，计算选择电路参数为：开关周期Ts=100μs，谐振电容C1=1μF，谐振电感L=60μH，谐振周期，Ts>2T1，满足软开关条件。

2．1 谐振充电电源系统框图
图1示出充电电源系统框图，系统分为主电路和检测控制电路。

主电路220 V／50 Hz交流电压经过EMI滤波、全桥不控整流和LC滤波后得到直流。

大功率高压LCC谐振电源重要参数研究与设计

王泽庭，等：大功率高压 LCC 谐振电源重要参数研究与设计
电气传动 2017 年第 47 卷第 7 期
数设计相当混乱，文献［1-2］提出方法过于复杂和繁琐，不利于实时设计参数。文献［3-4］方法没有明确 LCC 重要参数设计过程，造成一些谐振参数不明确、精度差等问题。本文旨在分析 LCC 设计过程中重要参数对于电源系统的影响，并在此基础上提出一种相对简单、较精确的 LCC 谐振参数设计方法。设计 1 台 60 kV/60 kW 的电子束焊机参数，通过 Saber 仿真进行理论验证。
近些年，随着中国航天、汽车、船舶等制造业的快速发展，这些行业中出现了一些需要高精度加工焊接的需求。这就给电子束焊机的发展提供了很好的发展契机和挑战。电子束焊机发展至今，高压供电电源一直是电子束焊机研究的重点和难点。此类高压电源已经从工频、中频发展到高频，但是随即又出现了一些效率和功率提升难点。 LCC 谐振变换器自身的优点正好契合此类电源发展需求，故 LCC 谐振变换器成为众多国内外专家研究和探讨的热点问题。 76
converters， such as achieve wide linear and load modulation in the smaller switching frequency range， while maintaining a good efficiency， and achieving a full range of soft switching. These make that the LCC resonant converter be very suitable for high power and high voltage power supply. A detailed analysis and design process of the LCC resonant converter parameters in high power high voltage power supply was presented， and the analysis was verified by Saber simulation. Key words: LCC resonant converter； high power and high voltage power supply； soft switching

基于LCC谐振变换器的高压直流电源设计

基于LCC谐振变换器的高压直流电源设计引言：高压直流电源在许多领域，如电力系统、电力电子设备和工业自动化等中都起着重要的作用。

传统的高压直流电源设计中，常常使用整流电路、滤波电路和电压调节电路等多个模块来完成。

然而，这种设计方式需要较多的元器件，造成系统的体积较大、效率较低、成本较高。

因此，LCC谐振变换器应运而生，并得到了广泛的应用。

本文将基于LCC谐振变换器设计一种高压直流电源。

一、LCC谐振变换器的基本原理LCC谐振变换器由L（电感）、C（电容）和C’（电容）三个元器件组成，其主要作用是通过电感和电容元器件来控制电流和电压的交换。

其基本工作原理如下：1.输入电压加到谐振电感L上，L充电；2.当L充电到电容电压C’时，C’开始放电；3.C’的放电电流经过L和C，供给输出负载，并达到输出电压；4.当输出电容C的电压升高到峰值时，L会开始放电；5.L的放电电流通过D（二极管）充电。

6.加到C'上的电压增加，电容电流变小；7.当电容电流降为零时，L将停止放电，同时充电；8.反复以上步骤。

1.确定输出电压：根据具体的应用要求确定输出电压的数值。

2.选择谐振电感L：根据输出电压和输出功率确定选择合适的谐振电感大小。

3.选择合适的电容C和C’：根据谐振电感L的选择结果，确定合适的电容C和C’的数值，以满足谐振频率的要求。

4.选择二极管D：根据设计负载电流和输出电压确定选择合适的二极管D。

5.设计谐振频率：根据所选用的L、C、C’和D的数值，通过计算得到谐振频率。

6.添加控制电路：在LCC谐振变换器设计中，控制电路的设计十分重要，可采用开关电源控制芯片进行设计。

7.进行仿真和优化：通过电路仿真软件（如PSIM等）对设计电路进行仿真，调整参数，优化电路性能。

8.布局和线路设计：将所设计的电路进行布局和线路设计，并进行PCB制板。

9.制造和测试：根据设计的PCB进行电路制造，并进行电路测试，验证设计电路的性能。

基于lc串联谐振逆变器的电容充电案例设计

基于lc串联谐振逆变器的电容充电案例设计
LC串联谐振逆变器的电容充电案例设计涉及到多个步骤。

以下是一个基本的案例设计，包括电路图、工作原理和主要步骤。

案例设计：基于LC串联谐振逆变器的电容充电
1. 电路图
```
电路图包括一个电源(V_in)，一个LC串联谐振回路，一个全桥逆变器，以及一个待充电的电容(C_out)。

```
2. 工作原理
LC串联谐振回路与全桥逆变器配合工作，将输入电源的能量转变为特定频率的交流电，对输出电容进行充电。

其核心是利用LC元件的谐振特性，使得在特定的频率下，逆变器能够高效地将直流电转换为交流电。

3. 主要步骤
步骤1：设定LC串联谐振回路的参数。

这包括电感(L)和电容(C)的值，以及期望的谐振频率。

步骤2：选择合适的全桥逆变器，确保其工作在期望的频率范围内，并且能够提供足够的电流和电压来充电电容。

步骤3：将输入电源连接到LC串联谐振回路和全桥逆变器上，启动充电过程。

步骤4：通过监测LC串联谐振回路的电流和电压，以及输出电容的电压，确保充电过程按照预期进行。

步骤5：当输出电容的电压达到预设值时，停止充电过程。

这个案例设计提供了一个基于LC串联谐振逆变器的电容充电的基本框架。

根据实际应用的需要，可能需要对电路参数进行调整，以满足特定的充电需求。

基于lcc谐振的高压充电电源研究与设计

基于lcc谐振的高压充电电源研究与设计近年来，随着高压充电技术的发展，LCC谐振的高压充电电源受到越来越多应用场合的青睐。

此类电源不仅可以提供更高的输出电压，而且具有高效率、低噪声、小体积、低价格等诸多优点，可以在工业、电子和日常生活等领域得到良好的应用。

为了更好地了解LCC谐振的高压充电电源，本文将首先对此类电源的原理进行简要介绍，然后对最新的研究结果进行详细阐述，最后针对存在的问题提出一些相关策略并进行设计。

首先，LCC谐振高压充电电源是一种采用LC振荡与变压器谐振相结合的电源系统，把高频压力变成低频高压输出，能够提供更高的输出电压。

它由变压器、振荡器和滤波器组成。

LCC谐振可以大大提高变压器的转换效率，改善变压器输出电压波动情况，减小电源输入功率，减少噪声和振动，从而实现输出电压的稳定。

随着技术的发展，LCC谐振的高压充电电源的研究成果越来越多，有的研究人员采用脉冲宽度调变的方法改进谐振电源的效率，并对其发电性能、电压调节率和最大输入电压等性能进行了改进；有的研究人员将传统的LCC电源改进成磁悬浮-多脉冲谐振电源，并通过分析、计算和仿真技术实现了磁悬浮-多脉冲谐振电源的实现；有的研究人员采用交叉谐振线路级改进传统LCC谐振电源，实现了高效率、低噪声、小体积和低价格等优点。

此外，在重新设计LCC谐振的高压充电电源时，可以采用智能控制策略来提高系统的可靠性和可管理性，减少谐振频率的波动，改善电源的功率因数，减少输出电压的波动性，并可以根据用户的需求实现电流的限流和电压的调节。

其次，应采取一些合理的结构设计、材料选择和参数设置等措施，以改善电源的发电性能、提高系统的效率、减少损耗、降低噪声，达到良好的使用效果。

综上所述，LCC谐振的高压充电电源具有高效率、低噪声、小体积、低价格等诸多优点，可以在工业、电子和日常生活等领域得到广泛应用。

为了更好地发挥它的优势，应采取有效的策略和设计，以实现更高的效率和更好的使用效果。

基于lcc谐振的高压充电电源研究与设计

基于lcc谐振的高压充电电源研究与设计
近年来，随着我国发展经济和技术水平的提高，电气技术发展得越来越快。

高压充电
电源是在电力系统中经常使用的。

传统的高压充电电源中使用单级开关电源架构，其谐振
特性容易受到电源的非线性负载的影响，并引发内部谐振和外部谐振振动，进而导致电源
的故障。

为了解决这一问题，有人建议使用双级开关电源架构，但是该架构存在体积大、费用高、效率低等缺点，且不利于电源的安全可靠性。

因此，本文研究并探讨了一种基于LCC
谐振的高压充电电源。

该电源通过增加一些控制器来减少单级开关电源架构中的谐振。

首先，通过仿真分析模型，确定滤波电感的参数和LCC的参数，以及电源系统的结构
优化。

其次，开展对LCC谐振高压充电电源性能的仿真研究，分析了输出电压波动和过滤
电感损失小的原因。

然后，建立了该电源的硬件系统，并进行了实验，以验证仿真研究的
结果。

最后，采用一致性检验方法对实验数据进行分析，验证了LCC谐振控制电源的性能。

结果表明，增加电感减少电源的振动，LCC谐振技术极大地提高了电源的稳定性和效率。

本研究的研究结果可为电源设计和应用提供一定的参考和指导。

基于lcc谐振的高压充电电源研究与设计

基于lcc谐振的高压充电电源研究与设计摘要：本文探讨了基于LCC谐振的高压充电电源的研究和设计。

首先，综述了LCC谐振的概念和原理，并详细介绍了高压充电电源的结构、工作原理和技术参数。

然后，以一种实验性的LCC谐振的高压充电电源为实例，进行了电路设计、仿真和试验，其中包括对主调制芯片的配置参数以及谐振电路、充电技术参数和系统特性进行了研究和优化。

最后，实验结果表明，研究的实验性LCC谐振的高压充电电源能够成功工作，主要技术参数也可以满足设计要求。

关键词：LCC谐振；压充电电源；路设计；仿真；验本文主要介绍了基于LCC谐振的高压充电电源的研究和设计，并给出了一种实验性的LCC谐振的高压充电电源的详细研究和优化。

一、LCC谐振原理LCC谐振，即多部分电路的组合，是一种使电路及其元件的特性变得更好的电路技术。

它将电感L、电容C和电阻R组合在一起，形成一个L－C－R对抗网络。

简单地说，LCC谐振就是利用这两个参量之间共振现象，使电路特性改变，甚至是根本改变。

当它们的总参量接近0时，就会产生共振，形成一个定的响应频率。

另外由于LCC谐振的电路元件在电子设备中较少，所以体积小，成本低，而且可以简化电路结构，节省空间。

二、高压充电电源结构和工作原理高压充电电源采用交流-直流-交流（AC-DC-AC）多端口变换技术，主要由交流侧，直流侧和控制侧三部分组成。

其中，交流侧由交流变压器、滤波器、恒流恒压控制器组成，用于把市电220V变换成14V 的低压直流输出。

直流侧由滤波电容、调节器，比如半桥式变流器组成，用于把14V的低压直流电源变换成高压直流电源。

控制侧由LCC 谐振控制电路组成，用于控制直流-交流变换器的输出电压、电流，实现整机的恒流、恒压和调节输出等功能。

三、实验性LCC谐振高压充电电源根据LCC谐振原理及高压充电电源的结构和工作原理，我们设计了一种实验性LCC谐振高压充电电源，其核心部分主要由LCC谐振控制电路和半桥式变流器组成（图1）。

高压直流LCC谐振变换器的分析与设计

根据状态轨迹图中的几何关系以及电路理论与实际的工作情况 , 可以分别推出 S4 、 S5 、 S3 的工作时间 T 4 、 T 5 和 T 3 。由图 4 可知 , S4 状态轨迹以 (- V S , 0 ) 为圆心 , 以 ( V S + V p) 为半径的一段圆弧。由图 2 及模式 1 可知 , 由 S6 ※S4 ※ S5 状态过程中电容 C 2 电压变化 2 V o , 由于串联谐振关系 , 此过程中 , 电容 C 2 的电荷变化与 C1 和 C2 串联时相同 , 则 2 V o·C2 =C r·Δ V C r C1 +C2 Δ V C r =CH =2 V o· C1 在直角 ΔAEC 中 , ∠AEC 角反映了 T 4 的大小 , 即于是可得 T 4 = ∠AEC ·T r 2π EH -CH ∠AEC = arccos AE 则可得 Tr arccos T4 = 2π V S +V p 2Vo C 1 +C 2 C1 ( 2)
传递能量的 DC-DC 型变换电路不再适用 ;② L C 串联谐振串联负载电路不能开路 , LC 串联谐振并联负载电路不能短路 , 而 LCC 串并联谐振电路兼顾了串联和并联谐振电路优点以及克服了它们的缺点[ 6] , 输出电压可以高于或低于输入电压 , 而且负载变化范围宽 , 因此获得了广泛重视和应用。
1 引言
目前 , 高压直流电源广泛应用于雷达、 X 光机、激光器、行波管以及离子加速器等设备 , 在这种应用中一般要求输出电压为几万 V , 功率从几百 W 到几千 W 不等。文献 [ 7] 采用逆导晶闸管作为主开关元件 , 为小型加速器中子管提供高压电源。文献 [ 8] 采用晶闸管交流调压 -升压变压器 -高压硅堆整流 , 为电子轰击炉供电。由于上述文献 [ 7 , 8] 都采用硬开关控制 , 因此装置的体积较大 , 效率较低。文献 [ 5] 对于 X 射线发生器 , 采用全桥串联谐振形式 , 恒定导通时间变频控制方式 , 但实现起来较复杂 , 滤波器不易设计。文献 [ 4] 分析了全桥串并联谐振电路在 DCM 方式下的工作过程 , 通过调节脉冲宽度来稳定输出电压 , 但脉冲宽度调节范围受

高频高压电源LCC谐振电路的研究与设计

２．ＺｈｅｎｊｉａｎｇＴｉａｎｌｉＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒＣＯ．，ＬＴＤ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ２１２４００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｉｓｐａｐｅｒｒｅｓｅａｒｃｈｅｓａｎｄｄｅｓｉｇｎｓａＬＣＣｒｅｓｏｎａｎｔｃｉｒｃｕｉｔａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｏｒｈｉｇｈ－ｐｏｗｅｒｈｉｇｈ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙ．Ｆｉｒｓｔｏｆａｌｌ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒａｎｌｙａｚｅｓｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｐｉｒｎｃｉｐｌｅｓｏｆｔｈｅＬＣＣｒｅｓｏｎａｎｔｃｉｒｃｕｉｔｔｏｐｏｌｏｇｙａｎｄｒｅｓｏｎａｎｔｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓＣＵｔＴｅｎｔｍｏｄｅ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｏｎｔｈｉｓｂａｓｉｓ，ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｉｒｓｔｉｃｓｏｆｈＪｇｈ — ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｐｒｏｐｏｓｅｓｔｈｅｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｓｏｆｔｈｅＬＣＣｒｅｓｏｎａｎｔｐｒａａｍｅｔｅｓ．ｒＦｉｎａｌｌｙ，ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｅｘｐｅｉｍｅｒｎｔｒｅｓｕｌｔｖｅｉｒｆｙｔｈｅｅｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅＬＣＣｐａｒａｍｅｔｅｓ．ｒ

基于LCC-LC谐振变换器的高压储能电源研究

·脉冲功率技术·基于LCC-LC 谐振变换器的高压储能电源研究*钱黎涛，王德玉，于建萍，赵清林（燕山大学电气工程学院，河北秦皇岛 066000）摘要：针对脉冲等离子体推力器（PPT ）高压储能电容充电这一应用背景，研究了一种新型LCC-LC 谐振变换器。

该变换器在保留了LCC 谐振网络基本特性的同时，引入了零增益点，使谐振变换器具有负载短路保护和缓启动功能，且相比于LCC 谐振变换器的工作频率调整范围更窄，有利于磁集成和功率密度的提升。

利用基波分析法和阻抗分析法分析了高阶LCC-LC 谐振腔的特性，并基于此进行工作区间划分，确保LCC-LC 谐振变换器宽负载范围内实现软开关；针对LCC-LC 谐振变换器的高效运行，给出了一整套参数优化设计方法。

最后，通过仿真和1 kW 的原理样机实验数据，对所研究的变换器各项功能进行了验证。

关键词： PPT 电容充电；高阶谐振变换器； LCC-LC 谐振；软开关；宽增益范围中图分类号： TM910.6 文献标志码： A doi : 10.11884/HPLPB202032.200074Research on high voltage energy storage power supply of pulse plasmathruster based on LCC-LC resonant converterQian Litao ， Wang Deyu ， Yu Jianping ， Zhao Qinglin（Electrical Engineering of Yanshan University , Qinhuangdao 066000, China ）Abstract ： This paper studies a new type of LCC-LC resonant converter for the application background of high voltage storage capacitor charging of pulsed plasma thruster (PPT). While keeping the basic characteristics of LCC resonant network, the converter is provided with zero gain point, which makes the converter have the functions of load short-circuit protection and slow start. Compared with LCC resonant converter, the new converter ’s working frequency adjustment range is narrower, which is conducive to magnetic integration and power density improvement.The characteristics of high-order LCC-LC resonator are analyzed by fundamental wave analysis and impedance analysis. Based on the analysis, the working range is divided to ensure that the LCC-LC resonant converter can realize soft switch in a wide load range. Aiming at efficient operation of the LCC-LC resonant converter, parameters are optimized. Finally, the functions of the converter are verified by the simulation and the experimental data of the 1 kW prototype.Key words ： PPT capacitor charging ； high order resonant converter ； LCC-LC resonance ； soft switching ；wide gain range脉冲等离子体推力器（PPT ）高压电容器重复频率充放电这一特殊应用背景[1]，对高压储能电源的电效率、功率密度和短路过载保护和漏电补偿功能等方面，提出了严苛的要求。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

LCC串并联谐振充电高压脉冲电源设计
摘要：为了获取高重复频率、陡前沿高压脉冲电源，将LCC串并联谐振变换器用作高压脉冲发生器的充电电源。

分析了LCC串并联谐振变换器在电流断续模式下的工作模态,给出了逆变器的参数设计原则。

用PSIM对高压脉冲电源进行仿真分析和实验分析，并验证了设计思想的正确性。

关键词：高压脉冲电源； LCC；谐振软开关；全桥逆变
采用MARX发生器获取陡前沿高压窄脉冲的电路较复杂，而且陡化前沿有许多设计和工艺上的困难；采用电感断路的方式容易获取高压脉冲输出，但对电感的充电必须迅速，而且储能时间不能过长，电源需具备较高的内阻和较大的功率，而断路开关是其发展的瓶颈。

与电感储能装置相比，电容器的稳定且可重复的快速闭合开关要普及得多，电容器的能量保持时间远远大于电感储能装置，并且可以小电流充电降低对充电功率的要求。

充电电源的高效率和小型化主要由充电电路决定，传统高压功率脉冲电源一般采用工频变压器升压，采用磁压缩开关或者旋转火花隙来获取高压脉冲，因而大都比较笨重，且获得的脉冲频率范围有限，其重复频率难以调节控制、脉冲波形不稳定、可靠性低、成本高。

本文将LCC串并联谐振变换器作为高压脉冲电源的充电电源。

LCC串并联谐振变换器结合了串联谐振变换器抗短路特性和并联谐振变换器抗开路特性的优点[1]，在输出电压、输出电流强烈变换的场合有着良好的特性和较高的变换效率。

本文介绍了系统结构及LCC充电电路原理，以及采用通过仿真软件PSIM对LCC充电过程和发生器放电输出进行的仿真分析。

1 LCC谐振变换充电高压脉冲电源系统结构1.1 电源主电路结构和工作原理电路由工频整流滤波、功率因数校正电路PFC(Power Factory Correction)、LCC谐振变换器、高频整流、电容充电储能、电感缓冲隔离、IGBT全桥逆变及脉冲升压变压器等单元构成。

电路工作过程：220 V交流通过整流滤波和PFC校正得到输出连续可调的直流，通过LCC串并联谐振逆变经高频升压后向储能电容C充电，经过IGBT全桥逆变拓扑结构实现双极性脉冲输出。

系统结构。

图中，LCC串并联谐振变换器由4个功率开关管与谐振电感Lr、串联谐振电容Cs、并联谐振电容Cp组成，工作原理是：利用电感、电容等谐振元件的作用，使功率开关管的电流或电压波形变为正弦波、准正弦波或局部正弦波，这样能使功率开关管在零电压或零电流条件下导通或关断，减少开关管开通和关断时的损耗，同时提高开关频率、减小开关噪声、降低EMI干扰和开关应力。

(4)开关模态4[t3，t4] 在此开关模态中，所有开关管和二极管均关断，iLr为零，vCp保持不变。

在t4时刻，开关管Q2、Q4零电流开通，开始另一半开关周期，重复工作过程开始。

电路工作波形，设在t0时刻，谐振电感的初始电流为
1.3 高压脉冲形成电路
高压脉冲的形成是通过对前级产生的高电压（电流）进行开关控制从而输出脉冲，设计中在开关速度满足要求的情况下，采用IGBT串联形式，利用全桥逆变拓扑结构实现双极性脉冲输出[4]。

,当开关Q5、Q7闭合，Q6、Q8断开时，输出电压为正；当开关Q6、Q8闭合，Q5、Q7断开时，输出电压为负，得到双极性的脉冲输出。

改变两组开关的切换频率，即可改变输出交流电的频率，控制开关管的导通与关断时间即可调节输出脉冲的占空比，得到脉宽与频率均可调的双极性高压脉冲波。

整个系统的控制由控制器和驱动电路来实现，主要完成LCC 谐振电路的输出电压调节、控制和全桥驱动及后级脉冲形成电路的变频变宽输出脉冲控制和IGBT同步触发等。

采用的TMS320F2812开发板，内部集成了16路12位A/D转换器、2个事件管理器模块、1个高性能CPLD器件XC95144XL，可实现过压、过流保护在内的电源系统运
行全数字控制，提高了输出电压的精度和稳定度。

采用软件编程实现控制算法，使得系统升级、修改更为灵活方便。

2 电路参数的选取与仿真分析令K=Cp/Cs，图4为不同k值下的充电电压、充电电流和谐振电流波形。

对k分别取1、1/2、1/4、0,从图4(a)、(b)可知，k 取值越小充电电压越高；而充电电流在误差允许的情况下可认为是恒定的，即恒流充电。

由图4(c)可看出,随k值的减小，iLr为零的模态时间增长，iLr为零时并不传输能量，导致输出功率减少。

因此，根据上述分析，在满足谐振软开关的前提下，应选择合适的k值使LCC 谐振变换器工作在最佳状态,以减少谐振停滞时间，提高电源工作效率。

本文设计了一种基于LCC串并联谐振逆变充电高压脉冲电源，分析了LCC电路在DCM模式下的工作模态，并进行了公式推导，说明了k取值的重要性。

仿真结果验证了LCC串并联谐振充电技术可实现恒流充电，提高电源工作效率；该设计容易实现开关管的软开关，能够把变压器的漏感和分布电容纳入谐振参数中，从而消除这些参数对逆变器的影响，且利用串并联谐振逆变充电作为对中间储能电容充电的结构，有利于实现装置的小型化和快速充电。