基于 LLC 諧振轉(zhuǎn)換器的具有功率因數(shù)校正功能的直流高壓電源 (HVDCPS) 的分析、設(shè)計和實驗。為了改善功率因數(shù)校正，建議的拓撲具有一個帶兩個濾波電容器的輸入整流器、兩個帶有總線電容器 (Cbus) 的電感器和一個諧振回路。為了防止反向電流流向源極二極管(D9和D10)。
直流高壓電源廣泛應(yīng)用于粒子加速器、靜電沉淀和高壓脈沖發(fā)生器、束柱聚焦離子、激光、X 射線系統(tǒng)、電子顯微鏡以及許多其他應(yīng)用，如工業(yè)、在科學(xué)研究和測試實驗室。一些 HVDCPS 生成模擬輸入，可用于控制輸出電壓
此外，高壓直流發(fā)電機在不同領(lǐng)域幾乎沒有其他應(yīng)用，例如過濾各種氣體和灰塵、靜電噴漆或涂層和沉淀。這些類型的機制需要非常大的電平電壓才能進行適當(dāng)?shù)倪^程。
描述結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，直流高壓電源由帶濾波電容器的二極管整流器、更大頻率的逆變器、高頻高壓變壓器(HVT)以及與高壓整流器一起使用的控制器和濾波電容器組成。在這些元件中，HVT 是非常復(fù)雜的部分，它對電源的性能影響巨大。由于它包含更高的匝數(shù)比，因此為了在初級繞組和次級繞組之間獲得有效的合適絕緣電壓，足夠的幾何距離是必不可少的。這些絕緣要求加劇了變壓器的非理想性，包括寄生電容和漏感，這些會導(dǎo)致電流和電壓的尖峰，并增加噪聲和損耗。
為了將這些非理想性用作有用的元件，早期的研究人員提出了幾種類型的轉(zhuǎn)換器，例如并聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器 (PRC)、串并聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器 (SPRC) 和串聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器 (SRC)。
這些轉(zhuǎn)換器之一是 LLC 諧振轉(zhuǎn)換器，由于其簡單的結(jié)構(gòu)是最有用的轉(zhuǎn)換器拓撲結(jié)構(gòu)，并且還具有許多其他優(yōu)點。它沒有變壓器飽和，允許容性輸出濾波器，零電壓開關(guān)，零電流開關(guān)，在較高頻率下開關(guān)損耗較小，還可以吸收變壓器的漏電感[ 21 ]。由于 LLC 諧振轉(zhuǎn)換器的正弦特性，與并聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器 (SRC) 和串并聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器 (SPRC) 相比，LLC 諧振轉(zhuǎn)換器的損耗大大降低，問題更少。因此，LLC SRC由于其良好的工作特性和較高的工作頻率范圍在過去幾年中受到了極大的關(guān)注。
在建議的諧振拓撲中，LLC 諧振轉(zhuǎn)換器被設(shè)計為在諧振以下運行，以便收集零電壓開關(guān) (ZVS) 。在該工作區(qū)域中，次級橋式整流器的輸出二極管在零電流開關(guān) (ZCS) 下導(dǎo)通和關(guān)斷，從而降低了開關(guān)損耗。由于 ZCS 和 ZVS，獲得了很好的功率因數(shù)，因此所提出的拓撲結(jié)構(gòu)的整體效率得到了提高。為了采用恒定輸出電壓應(yīng)用，許多作者一直在分析 LLC 諧振轉(zhuǎn)換器。
在建議的論文中，提出了一種使用半橋諧振轉(zhuǎn)換器進行功率因數(shù)校正的直流高壓電源的具體設(shè)計，該電源可以產(chǎn)生 1.5KV 的輸出電壓。通過使用稱為 PSPICE 的仿真工具來測試所提出電路的仿真。通過改變脈沖寬度調(diào)制 (PWM) 的頻率來調(diào)節(jié)輸出電壓的幅度，該頻率應(yīng)用于 MOSFET 的柵極端子。
說明及工作原理
用于設(shè)計具有功率因數(shù)校正拓撲的直流高壓電源的建議系統(tǒng)可以通過電路圖進行詳細說明，如圖 1所示. 建議的設(shè)計由一個輸入整流器 (D1-D4) 和兩個濾波電容器 (C1 & C2)、兩個電感器 (Lf & Lb)、兩個二極管 (D9 & D10)、一個總線電容器 (Cbus)、一個更大的頻率具有 LLC 諧振回路的逆變器、高頻高壓變壓器 (HVT)、具有輸出濾波電容器 Co 的高壓次級整流器以及連接在輸出端的電阻負載。這里，HVT 的漏電感 Lm 統(tǒng)一為有用的元素。Cds1 和 Cds2 分別是電源開關(guān) S1 和 S2 的輸出寄生電容。電源開關(guān) S1 和 S2 連接在一個單腿形式的半橋逆變器中。輸入整流器通過兩個濾波電容器 (C1 & C2)、一個電感器 Lf 和兩個二極管 (D9 & D10) 連接到總線電容器 (Cbus)。功率 MOSFET 通過諧振電容器 Cr、磁化電感器 Lm 和諧振電感器 Lr 跨變壓器的初級繞組連接。諧振槽的形成是通過按上述方式排列 Cr、Lr 和 Lm 來實現(xiàn)的。在HVT的二次側(cè)，高壓全橋整流器(D5-D8)和輸出阻性負載通過濾波電容Co串聯(lián)。
直流高壓電源關(guān)于功率因數(shù)校正技術(shù)介紹
半橋逆變器通過以大約 50% 的占空比交替進行切換來產(chǎn)生方波電壓，這恰好是等效的時間。實際上，在打開和關(guān)閉電源開關(guān)(Q1 和 Q2)的瞬間之間插入了一個小的死區(qū)時間。這個死區(qū)時間對于轉(zhuǎn)換器更好的運行是非常必要的?？梢钥隙ǖ氖牵β书_關(guān) Q1 和 Q2 之間不會有交叉?zhèn)鲗?dǎo)，在下一節(jié)中也會對此進行說明。該死區(qū)時間允許實現(xiàn) ZVS。Cbus 電容器用作開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的輸入直流電源，將直流輸入電壓轉(zhuǎn)換為方波，幅度等于 Vin 和固定的占空比。
直流高壓電源穩(wěn)態(tài)分析
設(shè)計的轉(zhuǎn)換器的完整穩(wěn)態(tài)波形如圖3所示。建議的轉(zhuǎn)換器的完整操作周期分為八種操作模式。這里只詳細闡述前半個周期的操作，因為下半個周期的操作也與第一個周期對稱。圖 2中所示的等效電路相應(yīng)地表達了每種操作模式。
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