新型软开关高压脉冲电容恒流充电技术分析

忽略回路电阻， 电路的特征阻抗为Z =√ L/C , 谐振周期为T r = 2π √L/C , 其中C 是谐振电容C r 和折合到原边的负载等效电容C'串联后形成的总电容， 通常因高压变压器变比高， 等效电容C '和C r相比较大， 因此串联后的总电容C 和C r 相差不大。完整的充电电流波形包络及充电电压如图4 所示， 其中t1是转折点， t1 以前是线性等台阶充电， t1 以前电流波形放大如图5 (a) 所示， 转折点附近的电流波形如图5(b) 所示。

图4　一个充电周期的谐振电流包络及充电电压波形

图5　谐振电流波形

通过计算可以得到线性阶段每一个开关周期(两次谐振)C'所充的电量为：

正向电流峰值为：

V s 是电源电压; N 是谐振周期的个数。

反向续流峰值为：

由式(3) 看出反向续流逐步减小， 当N = C'/4C 时续流截止， 电路失去线性充电状态。此转折点的时刻为：

图4 和图5 中的波形是由PSP ICE8. 0 仿真得到的， 元件取值如下： V s= 500V , C r= 1. 6uF, L r=30uH, T s= 100us, (对应开关频率10kHz) , 变压器升压比1∶40, C load= 0. 4uF, 充电功率可达16kJ/s.

输出电压的控制电路相当简单， 当脉冲电容或PFN 充电至所设定值时， 通过取样检测， 关断开关管的驱动输出即可， 电压稳定度取决于半个开关周期(或一个充电台阶) 的电量， 可形象地描述电路工作于bang-bang模式， 即T c 时间内充电， T w 时间内开关电路停止工作。