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prc电源中负载变化对逆变器开关状态的影响

在高能物理和医疗电子设备中，经常需要几十万伏的高压大功率电源。这种电源

一般都是利用变压器将一固定低压逐级升压获得。为了减小变压器体积和损耗应

尽量提高电源频率，并使之为正弦或接近正弦。另外，在大功率高频变换中为减

少开关器件的开关损耗，软开关技术的研究与应用非常重要。负载谐振型软开关

因其电路拓朴结构简单、控制方便、输出为正弦而在高频逆变器中得到广泛的使

用。

本文通过讨论并联负载谐振电源负载变化对逆变器开关特性的影响分析了谐振

参数选择的一个重要依据，对设计prc电源主电路和吸收电路等辅助电路有一定

指导意义。

1电路拓扑结构

图1电路结构

?

并联负载谐振电源电路结构如图1所示。l、c构成谐振槽路，负载r与电容c并

联。这种结构的电源特点是开关管承受反相电压小、负载适应能力强、输出电压

范围宽。

对逆变器输出电压进行傅立叶变换，则谐振槽路输入电压uab可以表示为:[1]其

中，vd为逆变器输入直流电压，ωs为逆变器

工作角频率,m=1，2，3……（下同）,uabn为n次谐波电压，谐振角频率为

ω0=(1/lc)1/2，品质因数为q=r/(ω0l)，，n次谐波电流为iln.

谐振槽路中的电流il表示为：

(1)

?

(2)

?

那么，第n次谐波电流有效值iln相对于基波电流有效值il的标么值hn表示为：

各次谐波电流与基波电流的比值与k、q有关。分析可知，适当选择k值可以使

9次以上的谐波与基波比值随q的变化很小，并且hn很小[3]。因此，在下面的

分析中都只考虑基波和9次以下的谐波电流。从实验和仿真结果来看这种近似

带来的误差非常小。

2负载特性分析

2.1负载特性表达式

由(1)式，令：

则有下式：

(3)

之间的相角关系。在含有死区的逆变器中这种关系表示的是电流与逆变器驱动

信号之间的相位关系：j=0表示电流过零点在死区中间。式中实数项总是大于0

的。而虚数项则随着k的变化而不同：当k;1时虚数项系数也总是大于0，即

il滞后uab。当k≤1时虚数项系数的符号与品质因数q和k的大小有关。图2表

示il同uab的相角与k，q之间的关系（条件为电源频率20khz，死区时间2μs）。

在固定频率谐振电源中k是不变的。由图看出，q增大相角前移，以至于由电流

滞后（感性）变为超前（容性）。而在特定电源中，谐振槽路参数已确定，所

以q的变化实际图2输出电压、电流的相角与k、q的关系

表现为负载的变化，即：负载变化使逆变器的开关软特性发生改变。

2.2逆变器工作状态分析

假定k=fs/fo为常数，（这一点在固定输出频率电源中是显而易见的），如k=0.7。

关于k、q的选择原则见文献[3]的讨论。在考虑死区的情况下，逆变器工作可以

分为三种模式：感性换相；死区内换相；容性换相。如图3所示，其中vt13和

vt24分别表示开关管t1、t3和t2、t4的驱动信号。

模式i感性换相

如图3（a），槽路振荡电流的过零时刻出现在开通信号之后属于完全的感性换

相。此时il到死区中间位置的相角j-360o