EDN China > 设计实例 > 电源技术 > 电池充放电控制 > 正文
? 2016博客大赛-不限主题,寻找电子导师,大奖升级??

(多图) 串并联谐振高压脉冲电容充电电源的闭环控制方案

刘福才?? 金书辉?? 赵晓娟?? 电子设计工程?? 2012年08月17日 ?? 收藏0
1 引言

高压脉冲电容能在很短时间内迅速释放其储存的能量,形成强大的冲击电流和冲击功率,因此广泛应用在激光核聚变、X光机、粒子束武器等领域。脉冲电容器的能量存储主要靠高压直流充电电源来实现。

文献利用LC串联谐振电路研制了一台40 kW/10 kV数字化高频高压脉冲电容充电电源,重点对提高功率密度和安全性能方面进行了研究,但未考虑分布电容。文献基于移相闭环控制LCC串并联谐振设计了电火花加工电源,克服了传统电火花电源体积、重量大,效率低的问题,但谐振电流连续,开关损坏较大,未考虑功率输出。

这里通过分析,研制了LC串联谐振变换器的实际电路,针对限功率条件下充电电流减小,利用率低,充电速度慢等问题,采用闭环控制策略对等效LCC串并联谐振电路进行控制,提高了充电速度和电源利用率,效果良好。

2 3 kWLC串联谐振电容充电电源

交流输入整流后直流侧电压为200 V,电源输出电压7 kV,功率3 kW。由LC串联谐振特性,根据恒流、峰值限定和输出功率,计算选择电路参数为:开关周期Ts=100μs,谐振电容C1=1μF,谐振电感L=60μH,谐振周期,Ts>2T1,满足软开关条件。

2.1 谐振充电电源系统框图

图1示出充电电源系统框图,系统分为主电路和检测控制电路。主电路220 V/50 Hz交流电压经过EMI滤波、全桥不控整流和LC滤波后得到直流母线电压(AC/DC),母线电压经过全桥逆变和谐振网络变为高频交流信号(DC/AC),通过高频变压器升压和高压硅堆整流成高压直流(AC/DC)对高压脉冲电容负载充电。

串并联谐振高压脉冲电容充电电源的闭环控制方案

控制系统核心为TMS320F2812型DSP,实现与上位机串行通信、系统上电/断电控制、充电电压采集以及PWM驱动信号产生等功能。

2.2 充电电源主电路的实现

按照串联谐振电源输出功率3 kW,输入功率至少为:Pin=Po/η=3.5 kW。根据此输入功率可计算输入整流桥和LC滤波电路部分参数,整流桥选择KBPC3006,30 A,600 V;滤波电容1 640μF,900 V;滤波电感20 mH,16A。

逆变选用两个75 A/600 V SKM75GB063D型IGBT,该谐振电路实现软开关,开通和关断损耗均较低,因此IGBT缓冲电路参数可选择较小容量,RCD缓冲电路中缓冲电容选用聚丙烯薄膜低感电容,缓冲电阻选用低感或无感金属碳膜电阻,二极管为快恢复二极管。

主电路中核心器件为高频高压变压器,其漏感和分布电容参与软开关谐振的工作过程,对电路有很大影响。需合理选择变压器匝数、变比、磁通密度以及绕组工艺。变压器工作频率约为20 kHz,为减小体积重量,铁心选择超微晶合金C型铁心,变压器功率3 kW,高压侧电压7 kV,变比1:35。

高频变压器初级漏感外串电感作为谐振电感,共60μH,串联谐振电容选用高频无感金属化薄膜电容1μF/630 V。

2.3 充电电源控制电路的实现

控制系统核心DSP选用TMS320F2812,32位定点DSP,该款芯片在C2000系列DSP中性能、资源、成本等方面综合占优势。

用TMS320F2812事件管理器(EV)产生PWM信号,可编程软件控制死区。PWM信号有4路,两路为一对,信号相同,因DSP输出驱动能力不足,利用逻辑门极比较器等外部电路增强驱动能力。

系统需检测高压脉冲电容负载的充电电压,用精密电阻分压器分压采集,信号需与控制电路隔离,采用线性光耦和精密运放组成信号隔离和调理电路,处理完的模拟信号送入A/D,光耦前后电路需要隔离电源。

系统负载为高压脉冲电容,充电电压的斜率与充电电流成比例,可根据I=C△u/△t计算某一时间段的平均充电电流。

《电子设计技术》网站版权所有,谢绝转载


上一页1234下一页
?? ?? ??


打开微信“扫一扫”,打开网页后点击屏幕右上角分享按钮

1.扫描左侧二维码
2.点击右上角的分享按钮
3.选择分享给朋友
?? ??

充电电源? 高压脉冲电容? 串并联谐振? 闭环控制?

相关文章

我来评论
美国的游客
美国的游客 ??? (您将以游客身份发表,请登录 | 注册)
?
有问题请反馈