激光电源中的串联谐振变换器的分析

  华意电力是一家专业研发生产串联谐振的厂家，本公司生产的串联谐振设备在行业内都广受好评，以打造最具权威的“串联谐振“高压设备供应商而努力。  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 DCDC( 直流直流) 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 IG BT 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 DCDC( 直流直流) 变换器在激 光电源中应用的电路原理图如图 1 所示.

  电路由分压电容 C 1, C2、谐振电容 C、谐振 电感 L ; 功率开关元件 S 1、S 2; 快速反向恢复二极 管 D 1, D 2; 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 = C 2, 且比谐振电容 C 大的多, 则电路在开关 S 1 或 S 2 合上时, 串联谐振等效电路如图 2 所示.

  根据RLC电路的过渡过程,当满足 R < 2√ L/ C 时, 产生具有阻尼振荡特性的波形. 假设各种元件为理想元件, R = 0,则 w0 = 1√ L C , f 0 = 1/ 2π √LC , 式中w0 为LC 串联谐振电路的固有角 频率,f0为 LC 串联谐振电路的固有频率. 参数L 和C 的选择是该串联谐振充电电路的 关键所在. 在实际设计中,根据整体设计的功能和性能指标(如所要求的充电重复频率) 来选择高 频功率开关元件 S 1、S 2. 可选功率场效应晶体管 VM OS、可控硅 SCR 或绝缘栅双极性晶体管IGBT , 这样即可确定开关管的工作频率fS的范 围.而对于半桥式变换,谐振频率f0为开关管的 通断频率 f S 的二倍.再由充电电路所要求的功率 指标,利用公式 P 0 = 1 /2 C V2f S 即可以确定谐振电容C的值。

  本文介绍了 LC 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 f0 等参数 的选择. 由于LC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。