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激光电源中的串联谐振变换器的分析

谐振电路是谐振变换器的基本单元.谐振变换器分为串联谐振型变换器和并联谐振型变换器两大类.本文只讨论在激光电源中应用的串联谐振型变换器的基本原理及其电路的分析.串联谐振型变换器是一种DC2DC(直流2直流)变换器,可采用单管、半桥、全桥等方式.它具有开关的正弦电流,开关管随着集电极电流过零而停止导通,大大降低了关断损耗,特别是大功率电源应用I GB T模块作为开关管时,大大简化了电路的关断问题。
 
串联谐振充电电路的工作原理
串联谐振型DC2DC(直流2直流)变换器在激光电源中应用的电路原理图如图1所示.
半桥式串联谐振充电电路
电路由分压电容C1,C2、谐振电容C、谐振电感L;功率开关元件S1、S2;快速反向恢复二极管D1,D2;高频隔离升压变压器T和高频全桥整流电路D组成,为电容C3充电.假设电容C1=C2,且比谐振电容C大的多,则电路在开关S1或S2合上时,串联谐振等效电路如图2所示.
 LC串联谐振等效电路
串联谐振充电电路的动态分析
串联谐振充电电路的动态工作状态是由电路的固有频率f0和开关管的工作频率fS之间的关系决定的,根据工作频率fs和固有频率f0的关系,可以决定电路中的谐振电流是连续的还是断续的.
 
实验中谐振电容为0.4μF ,谐振电感为18μH,根据公式可算出该电路的固有谐振频率f0=12πLC=59k Hz,下面根据不同的工作频率时的不同电流波形进行说明.当开关元件的工作频率小于谐振频率的一半(fS<f02)时,实验中工作频率为22.73k Hz,测得的电流波形如图3.
串联谐振时谐振电流波形
由图可以看出在fS>f02时,开关管S1和S2都是在零电流下关断的,但不是在零电流状态下开通的,对开关管来说很不利.
 
当开关元件的工作频率大于谐振频率的一半(fS>f02)时,串联谐振电路中的谐振电流iL(t)时连续的,实验中的工作频率为36.23k Hz,测得的电流波形如图4.
 时串联谐振电路的波形图
由图可以看出在fS>f02时,开关管S1和S2都是在零电流下关断的,但不是在零电流状态下开通的,对开关管来说很不利.
 充电电容充放电波形
本文介绍了L C串联谐振变换器的结构、原理和谐振电感L、谐振电容C、工作频率f 0等参数的选择.由于L C串联谐振变换器作为充电电路具有恒流源充电效率高的特点,已广泛应用在激光电源充电电路中.从图6可以看出,串联谐振充电电路的充电波形呈线性,这样可以使激光电源达到较高的充电效率.
 
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