串联谐振脉冲电源

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串联谐振恒流脉冲电源的设计结合理论分析和仿真验证，阐述了串联谐振恒流脉冲电源的设计原理. 在此基础上，设计了实验模型的研究方法. 当串联谐振电路的工作频率等于谐振频率时，充电电流是脉动恒定电流，并且电压值呈“梯形”形状上升. 通过理论与实验相结合，充分证明了当谐振电容与谐振电感满足上述关系时，恒流充电效果最佳. 实验结果表明，实际测得的谐振电流波形与理论谐振电流波形相似. 充电电压波形接近直线，整个充电过程几乎都是恒流充电. 充电电流大于2A，可在5s内将3300μF电容器充电至400V. 实际测量结果符合设计要求，取得了良好的效果. 因此，在充电速度和恒流特性方面，串联谐振充电远远优于普通充电方法.

1. 串联谐振充电原理

在串联谐振充电电路中，当电源电压保持恒定时，转换器从每个开关管（IGBT）的正向导通开始到谐振电流的反向续流结束. 在这种情况下，自然会在谐振期之后此时在储能元件上的电压增量相等，因此这种谐振逆变器充电方法通常称为等步充电或等电荷充电. 等步充电的原因是，当电路稳定工作时，正向谐振峰值电流将随着自然谐振周期数的增加而增加，而反向续流峰值将减小，但两者之和不会更改. 在每个自然共振周期完成之后，可以确保储能元件的电压增量相等.

2. 串联谐振恒流脉冲电源的结构设计

脉冲电源主要由脉冲变压器，谐振电容器，直流电源，高频全桥逆变器电路，高频高压整流器，谐振电感器，储能电容器组成，以及脉冲形成结构（能量转换和释放系统）. VD是直流电源，可以通过对交流电进行滤波和整流来获得；高频全桥逆变器电路由4个IGBT和反向并联的续流二极管组成. 该二极管是高速恢复二极管，有利于实现软开关. 因为它具有功率晶体管的低导通电压和大通态电流的优点，以及易于驱动MOSFET，高开关频率和简单控制的优点；谐振电路由谐振电容器，谐振电感器全桥逆变波形，等效线路电阻和变压器组成. 其中，谐振电容器和谐振电感器的等效阻抗远大于线路的等效电阻. 四个整流二极管构成一个高频全桥整流电路；储存电容器是电解电容器. 脉冲整形结构由晶闸管和晶闸管触发板组成.

A. 高频全桥逆变器电路

在脉冲电源中，核心部分是逆变器电路. 逆变器电路中将有许多保护和控制电路. 整个功率器件的许多参数将受到逆变器电路的影响，系统的其他部分也将受到相应的影响，因此逆变器电路的设计是非常关键的环节. 逆变器电路的拓扑是多种多样的. 由于本文设计的脉冲电源具有较大的输出功率和较高的电压，因此选择了全桥转换器. 选择全桥转换器主要是因为它具有明显的优势，例如较低的电源开关电压和额定电流以及较高的电源变压器利用率. 在本文中全桥逆变波形，使用脉冲宽度调制控制方法来获得具有正负半周期的对称交流方波电压，该电压可以通过变压器次级侧的占空比进行调节. 逆变器设备为IGBT，IGBT由两个IR2110驱动，分别位于逆变器电路的两个桥臂上，每个IR2110驱动一个桥臂.

B. 储能电容器

电容器是脉冲功率存储能量并释放能量以产生脉冲的先决条件. 因此，电容器的质量直接影响脉冲电源的工作效率和性能. 当电容器放电时，等效于两端的直接短路. 通常，电容器不能在这样的短路条件下工作，因此应选择可以应用于会影响大电流的器件的特殊电容器. 当放电电压达到10,000以上时，将使用所有非极性脉冲电容器. 但是，当放电电压为千伏特且放电频率每分钟不超过5次时，使用电解电容器可以充分利用低成本和高能量存储密度的优点. 当脉冲电源工作时，每次脉冲电容器通过充电电路放电时，电解电容器都会补充释放的能量. 因此，为该系统选择了日立HCGF5电容器类型的电解电容器. 最大充电电压为400V，容量为3300μF.

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