高压软开关充电电源硬件主电路设计(一).doc

高压软开关充电电源硬件主电路设计(一) 主电路设计主要技术指标1输入电压220V交流输出充电电压02400V直流；2负载电容容量3133uF；3输出电流2安培直流；电源容量5kW；4开关频率20kHz谐振频率40kHz；5电流检测与电压检测；6用DSP实现PWM控制主电路选型在谐振开关技术中最适合脉冲电容充电的电路是串联谐振开关电路,输出近似为恒流源或称“等台阶充电”,突出的优点是充电效率高且具有固有短路保护能力6其主电路如图31所示由于电源功率大采用全桥型电路高频变压器的副边也采用二极管整流桥进行整流图31电容充电电源主电路示意图图中为串联谐振电感(含变压器漏感和线路分布电感);为串联谐振电容其工作原理和具体参数将在下面给出电路的工作原理及方式直流电压（由市电经过整流得到）经过逆变电路逆变为频率很高的方波交流电此高频方波交流电在经高频变压器生压后由二极管整流桥整流输出稳定的直流电流向电容C进行充电设为IGBT的开关频率为谐振频率串联谐振变换器按大小有3种工作方式：1方式一()电流连续工作,零电压开通和硬关断,开关损耗和干扰较大因线路存在电感,断时产生的电压尖峰较高,极易损坏开关器件7现在以图32的电路来分析一下串联负载DCDC变换器的这三种运行方式 （a）串联负载DC/DC变换电路 （b）等效电路图32串联负载DC/DC变换电路及等效电路由图可知电感和电容形成串联谐振并与负载串联经过谐振的电流在负载端被全波整流输出端的滤波电容C足够大可以认为电容C两端电压是没有波纹的直流电压为了简化分析假定谐振电路中的电阻损耗可以忽略不计输出电压可以反射到整流桥的输入端以表示如果为正为负若开关T+导通电流为正时流经T+反之流经二极管D与此类似为负时若开关T导通电流流经T+；反之流经二极管D+因此对图32（a）来说可有如下四种状态：1.当0时T+导通:=+；D导通:=2.当0时T导通:=；D+导通:=+谐振槽上的电压取决于电流的方向以及个开关器件导通上述方程所描述的状态可以用图32（b）所示等效电路来表示应该注意使用这个等效电路时应按不同的时间间隔来计算在每种时间间隔内要确定其出使条件并把和看作一个直流电压在稳态对称运行时两个开关器件的工作状态是相同的与此相似两个二极管的工作状态也是相同的因此只要对半个运行周期进行分析即可知道整个周期的状态因为另外半个周期的运行状态与此对称此串联谐振电路的开关频率由电路中的开关器件来控制它可以比谐振频率低也可以比谐振频率高根据和的不同比值电流有连续和不连续之分起运行状态可分为下面的三种情况3.1.3.1断续导通( 图33电流断续运行3.1.3.2.连续导通(/2)图34为/2)这种运行状态与以前讨论的连续导通状态有所不同当/2时电流也是连续的开关的关断是强迫关断开通具有零电流和零电压条件 图35电流连续图35示出了时的电路波形由图可知T+开关在零电流条件下与处开通且开始反向在处震荡电流未达到零之前开关T+被强迫关断正向电流被迫经二极管D流通此时加在谐振槽的电压为较大的负电压所以流经二极管D的电流很快在处减小为零此后电流反向当二极管D开始反向导通时开关T立即开通开关T关断之后二极管D+导通开关T+和二极管D的导通时间为开关频率的半个周期此半个周期小于谐振频率的半个周期三种方式中,方式一在绝缘栅双极晶体管(IGBT)开通和关断时损耗都最小,被选作恒流充电电源的工作方式其工作时谐振电流波形见图36忽略