半桥串联谐振电路设计

经实践结果证明串联谐振电容分压输出逆变电路是良好的软开关逆变器。今天合众电气就主要从半桥串联谐振电路设计指标一参数设计来介绍半桥串联谐振电路设计。

1. 半桥串联谐振电路设计指标

输入直流电压 : 200 V ;开关频率为 : 30 kH z ;输出交流电压 : 110 V ;输入电流 TH D : 额定负载时 <10 %;输出电压稳压精度 : ±1 %;输出电压 TH D : 总谐波畸变率不超过 5 %,单次谐波畸变率不超过 3 %;频率稳定精度 : ±1 %。

2. 半桥串联谐振电路参数设计

图2所示半桥电路,工作过程很复杂 ,难于从数学上进行推导 ,因此把它等效变换成图4所示。

图4中 , Lr、Cs、Cp组成串联谐振电路 , 等效负载与 Cp 并联 。其中串并联谐振电感和电容的选取方案为 : Cs =C1 , Cp =C2 , Lr =L 。Uo为负载两端的电压,AB两点电压为一个幅值为1/2 U in的交流方波电压 。

其中 n =1 , 3 , 5 , …, 2k - 1 , UAB1为基波有效值 。令

式中 ,

式中 , fs为开关频率;fr为谐振频率 。

则输出电压各次谐波的有效值可以表示为

输入电压有效值为 :

输出电压有效值为

根据文献的分析 , 谐振参数选择的一般原则是 :

(1)为了获得近似无差的调节特性 ,取 k =2 ;(2)为了减小谐振元件体积 ,降低开关器件的电流额定值 ,应选择 f * <1 ,且 f *应尽可能的小 , 以使负载变动时输出超调减小 , 但当 f * <0. 7 时 , 不能满足TH D 小于 5 %, 所以选择 f * =0. 72比较合适 , 然后根据开关频率 f s 来确定谐振频率 f r ;(3)为减小超调 , Q 应小于0. 5 ; 为提高 p , Q 应该大一些 ,综合考虑后取 Q =0. 4 ;(4)求 f * , Q , k 值 ,根据公式(2) ～ (4) , 计算得到谐振元件参数 : L r =L3 =76 μ H , C =0. 19 μ(2)F ,取 Cs =C1 =0. 6 μ F , Cp =C2 =0. 3 μ F 。(5)根据仿真数据选择开关管 ,通过开关管的最大

电流有效值为7. 2 A , 开关管承受的峰值电压为USmax =3. 55 ×100 =355 V , 因此选用额定电压为500 V ,额定电流为 20 A 的 MOS 管 IRFP460 ,其内部附带有快恢复二极管 。