串联谐振恒流脉冲电源结构设计

串联谐振恒流脉冲电源结构设计

脉冲电源主要由脉冲变压器、谐振电容、直流源、高频全桥逆变电路、高频高压整流、谐振电感、储能电容器以及脉冲成形结构（能量转换和释放系统）组成。VD为直流电源，可通过对交流电进行滤波、整流得到;高频全桥逆变电路由4个 IGBT 和与其反向并联的续流二极管组成，二极管选用高速恢复二极管，有利于实现软开关，选用IGBT是因为它既有功率晶体管的导通电压低、通态电流大的优点，又有MOSFET 易于驱动、开关频率高、控制简单的优点;谐振电路由谐振电容、谐振电感、线路等效电阻以及变压器组成，其中谐振电容和谐振电感的等效阻抗远大于线路等效电阻;4个整流二极管形成了高频全桥整流电路;蓄能电容为电解电容;脉冲成形结构由晶闸管和晶闸管触发板组成。

 

A、高频全桥逆变电路

 

在脉冲电源中，核心部分是逆变电路，在逆变电路中将会有很多的保护和控制电路，整个功率器件的很多参数都将受到逆变电路的影响，系统的其它各部分也会相应的受到影响，所以，逆变电路的设计是非常关键的一个环节。逆变电路的拓扑结构多种多样，由于本论文所设计的脉冲电源输出功率大、电压高，所以选择全桥变换器。选择全桥变换器主要是因为它具有功率开关电压及额定电流较小，功率变压器利用率较高等明显优点。本文选用脉宽调制控制的方式在变压器的副边得到占空比可调的正负半周对称的交流方波电压。逆变器件为IGBT，IGBT的驱动为两片IR2110，分别位于逆变电路中的两个桥臂上，每一片IR2110驱动一个桥臂。

 

B、储能电容器

 

电容器是脉冲电源储存能量，并释放能量产生脉冲的前提。所以电容器的好坏直接影响了脉冲电源的工作效率和性能。当电容器放电时相当于两端直接短路，一般情况下电容器不能在这种短路条件下工作，因此要选择能够应用于冲击大电流装置的专用电容器。在放电电压达到万级以上时，全都使用无极性的脉冲电容器。但在放电电压为千伏级，并且放电频率不超过5次/每分钟的场合采用电解电容器，能够充分发挥其成本低廉以及储能密度高的优点。在脉冲电源工作时，电解电容器通过充电电路补充每次脉冲电容器放电时所放出的能量。故本系统选用电容器型号为日立HCGF5的电解电容器，最高充电电压为400V，容量为3300μF。

 

C、脉冲成形系统

 

放电开关及其控制电路是脉冲成形系统的主要部分。由于本文的设计对控制时序要求很高，故以DSP的时钟作为时钟基准，按照设定好的时序，由TMS320LF2407A的引脚IOPE1输出控制信号，控制晶闸管开关来控制电容放电。晶闸管的具体参数如下:正向阻断峰值电压700V、正向额定平均电流 50A、最大正向平均压降 1.2V、控制极触发电压2.8V、控制极触发电流 76mA、正向平均漏电流0.1mA、反向阻断峰值电压600V、反向平均漏电流0.1mA。