一种lcc串并联谐振电源及采用其提高开关频率的方法
【专利摘要】本发明公开了一种LCC串并联谐振电源及采用其提高开关功率的方法，其中，一种LCC串并联谐振电源包括全桥整流电路、滤波电容组件、全桥逆变电路、LCC串并联谐振电路和主功率变压器TI、高压整流组件、高压储能滤波电容C11和电阻组件。该电源采用软开关技术，通过LCC串并联谐振电路，使全桥逆变电路中的功率开关管在零电压条件下导通和关断，提高了功率开关管的开关频率，减小了开关损耗，降低了开关噪音，提高了电源效率。
【专利说明】一种LCC串并联谐振电源及采用其提高开关频率的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电源【技术领域】，具体涉及一种LCC串并联谐振电源及利用其提高开关频率的方法。
【背景技术】
[0002]高压电源是发射机的重要组成部分，它往往决定了发射机的可靠性和体积、重量，其性能的好坏直接关系到发射机的射频质量和寿命，影响发射机的性能。
[0003]传统高压电源多采用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极晶体管)作为开关器件，开关频率一般不高，同时IGBT关断时存在电流拖尾现象，产生较大的关断损耗，因此高压电源多工作于电感电流断续模式(DCM)，使IGBT在零电流条件下关断以减小关断损耗，但工作于DCM模式下的高压电源采用变频控制，其在空载及轻载条件下开关频率降至几赫兹到几十赫兹，导致输出纹波变大，虽然增大输出滤波电容可减小纹波，但也增加了发射管打火时的破坏能量，影响发射机的可靠性，同时会增加电源体积。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种LCC串并联谐振电源及采用其提高开关频率的方法，通过LCC串并联谐振电路，使全桥逆变电路中的功率开关管在零电压条件下导通和关断，提高了开关频率，减小了开关损耗，降低了开关噪音，提高了电源效率。
[0005]本发明解决上述技术问题的技术方案如下:
[0006]依据本发明的一个方面，本发明提供了一种LCC串并联谐振电源，其包括包括全桥整流电路(I)、滤波电容组件(3)、全桥逆变电路(4)、LCC串并联谐振电路(5)和主功率变压器T1、高压整流组件(6)以及高压储能滤波电容Cll和电阻组件(7)；
[0007]所述全桥整流电路(I)、所述滤波电容组件(3)和所述全桥逆变电路(4)依次并联，所述全桥逆变电路(4)的输出端与所述谐振电容组件(5)的输入端连接，所述谐振电容组件(5)的输出端与主功率变压器Tl的一次回路连接，所述主功率变压器Tl的二次回路与所述高压整流组件出)的输入端连接，所述高压整流组件出)的输出端与高压储能滤波电容Cll的输入端连接，所述高压储能滤波电容Cll的输出端与所述电阻组件(7)的输入端连接，且所述高压整流组件￠)、高压储能滤波电容Cll及电阻组件(7)的一端接地；
[0008]所述全桥整流电路(I)为三相全桥整流电路，将三相交流电整流为脉动直流电压；
[0009]所述滤波电容组件(3)将所述全桥整流电路(I)整流后的脉动直流电压滤波为平滑的直流电压；
[0010]所述全桥逆变电路(4)将所述滤波电容组件(3)滤波后平滑的直流电压转化为高频交流方波电压；
[0011]所述LCC串并联谐振电路(5)和主功率变压器Tl对所述高频交流方波电压进行升压处理；
[0012]所述高压整流组件(6)将所述升压后的交流方波电压整流为高压脉动直流电压；
[0013]高压脉动直流电压经过高压储能滤波电容Cll滤波为平滑直流电压输出；
[0014]所述电阻组件(7)用于对所述高压储能滤波电容Cll输出的直流电压进行采样。
[0015]依据本发明的另一个方面，提供了一种提高开关频率的方法，包括:
[0016]全桥整流电路(I)将三相交流电整流为脉动直流电压后经滤波电容组件(3)滤波为平滑的直流电压；
[0017]所述滤波后的平滑直流电压经全桥逆变电路(4)转化为高频的交流方波电压后，其又经LCC串并联谐振电路(5)和主功率变压器Tl进行升压处理，得到高压交流方波；
[0018]高压整流组件(6)将所述高压交流方波整流为高压脉动直流电压后；
[0019]所述高压脉动直流经过高压储能滤波电容Cll滤波为平滑直流电压输出，电阻组件(7)对该输出的平滑直流电压进行采样。
[0020]本发明提供的一种LCC串并联谐振电源及采用其提高开关频率的方法，该电源采用软开关技术，通过LCC串并联谐振电路，使全桥逆变电路中的功率开关管在零电压条件下导通和关断，提高了开关频率，减小了开关损耗，降低了开关噪音，提高了电源效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本发明实施例一的一种LCC串并联谐振电源电气原理框图；
[0022]图2为本发明实施例二的一种提高开关频率的方法流程图。
[0023]附图中，各标号所代表的部件列表如下:
[0024]I为全桥整流电路，2为慢启动电路，3为滤波电容组件，4为全桥逆变电路，5为谐振电容组件，6为高压整流组件，7为电阻组件，8为控制保护板，9为驱动模块，10为电压电源板，11为电流互感器。
【具体实施方式】
[0025]以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0026]实施例一、一种LCC串并联谐振电源。下面结合图1对本实施例提供的电源进行描述。
[0027]参见图1，为本实施例的LCC串并联谐振电源电气原理框图。本电源由全桥整流电路1、滤波电容组件3、全桥逆变电路4、LCC串并联谐振电路5和主功率变压器Tl、高压整流组件6、高压储能滤波电容Cll和电阻组件7组成。其中，全桥整流电路1、滤波电容组件3和全桥逆变电路4依次并联，全桥逆变电路4的输出端与谐振电容组件5的输入端连接，谐振电容组件5的输出端与主功率变压器Tl的一次回路连接，主功率变压器Tl的二次回路与所述高压整流组件6的输入端连接，高压整流组件6的输出端与高压储能滤波电容Cl I的输入端连接，高压储能滤波电容Cll的输出端与所述电阻组件7的输入端连接，且高压整流组件6、高压储能滤波电容Cll及电阻组件7的一端接地。全桥整流电路I为三相全桥整流电路，由二极管D1-D6分成三组并联组成，二极管D1-D6采用IXYS公司DSEI2*101_06A的二极管，主要将200V/400HZ的三相交流电整流为280V左右的脉动直流电压。经过整流后的280V脉动直流电压经滤波电容组件3滤波为平滑的直流电压，滤波电容组件3主要由8个450V/220uF的电解电容器C1-C8并联组成。经过滤波电容组件3滤波后的280V平滑的直流电压经过由功率开关管V1-V4组成的全桥逆变电路4转化为高频的交流方波电压。其中，功率开关管Vl和V3串联形成一条支路，V2和V4串联形成另一条支路，然后这两条支路再并联形成全桥逆变电路4。功率开关管V1-V4分别由4只IXYS公司IXFN82N60P并联组成，功率开关管V1-V4采用高速开关器件MOSFET，能够将开关频率提高至25KHz?45KHz。转化后的高频的交流方波电压经LCC串并联谐振电路5和主功率变压器Tl升压为幅度为15KV的交流方波电压。LCC串并联谐振电路5由谐振电感L1、串联谐振电容组C9和并联谐振电容组ClO组成，其中，谐振电感LI的一端与功率开关管Vl和功率开关管V3的共同连接端电连接，其另一端与所述串联谐振电容组C9的一端连接；串联谐振电容组C9的另一端与并联谐振电容组ClO的一端连接，并联谐振电容组ClO的另一端与功率开关管V2和功率开关管V4的共同连接端电连接，且并联谐振电容组ClO的两端与主功率变压器Tl的一次回路的两端连接。串联谐振电容组C9可以由多只电容并联组成，并联谐振电容组ClO也可以由多只电容并联组成，其中，串联谐振电容组C9和并联谐振电容组ClO包括的电容的数量由特定的参数确定，在本实施例中，串联谐振电容组C9由三只lOOOVluF的电容并联组成共3uF，并联谐振电容组ClO由两只1000V/0.66uF的电容并联组成共1.32uF。LCC串并联谐振电路5与主功率变压器Tl共同将经过全桥逆变电路4转化的高频的交流方波电压升压为幅度为15KV的交流方波电压，主功率变压器Tl采用超微晶高性能磁芯经特殊工艺绕制而成。高压整流组件6将15KV交流方波电压整流为高压脉动直流电压。其中，高压整流组件6主要由高压整流硅堆二极管D7、二极管D8、二极管D9和二极管DlO组成，二极管D7-D10分别由8只20KV/1A高压整流硅堆并联而成。二极管D7与二极管D9串联形成一条支路，二极管D8与二极管DlO串联形成另一条支路，两条支路再进行并联；主功率变压器Tl的一次回路的两端与并联谐振电容ClO的两端连接，其二次回路的一端与二极管D7和二极管D9的共同连接端电连接，另一端与二极管D8和二极管DlO的共同连接端电连接。高压脉动直流电压经高压储能滤波电容Cll滤波为-15KV的平滑直流电压输出，高压储能滤波电容Cll具有高压储能的功能。电阻组件7由电阻R2和电阻R3组成，且电阻R2与电阻R3串联，电阻组件7具有电压采样的功能。
[0028]本实施例提供的电源还包括由电阻Rl和接触器Kl并联组成的慢启动电路2，其串联连接在全桥整流电路I与滤波电容组件3之间，用来给滤波电容组件3预充电。
[0029]本实施例中电源还包括控制保护板8、驱动模块9、低压电源板10和电流互感器11，其中，控制保护板8的一端连接在电阻R2与电阻R3之间，且该端还与电流互感器11电连接；电流互感器11连接在电阻组件7所在的支路上对该支路的电流进行采样；控制保护板8的另一端与所述驱动模块9电连接，驱动模块9分别与功率开关管Vl的栅极、功率开关管V2的栅极、功率开关管V3的栅极以及功率开关管V4的栅极电连接；低压电源板10分别与控制保护板8和驱动模块9电连接。控制保护板8用于接收电阻组件7的电压采样信号以及电流互感器11的输出电流采样信号，并输出25KHz?45KHz频率的四路方波电压信号，经驱动模块9放大后驱动功率开关管V1、V2、V3和V4，提高功率开关管V1-V4的开关频率；低压电源板10由四路线性电源组成，用于给控制电路板8和驱动模块9等低压部分供电。
[0030]实施例二、一种提高开关频率的方法。下面结合图2对本实施例提供的方法进行描述。
[0031]本实施例采用实施例一中的一种LCC串并联谐振电源来提高全桥逆变电路4中功率开关管的开关功率。可以参照图2以及实施例一，首先，全桥整流电路I将三相交流电整流为脉动直流电压后经滤波电容组件3滤波为平滑的直流电压；然后滤波后的平滑直流电压经全桥逆变电路4转化为高频的交流方波电压后，其又经LCC串并联谐振电路5和主功率变压器Tl进行升压处理，得到高压交流方波；随后高压整流组件6将高压交流方波整流为高压脉动直流电压；随后高压脉动直流经过高压储能滤波电容Cll滤波为平滑直流电压输出，电阻组件7对该输出的平滑直流电压进行采样。
[0032]LCC串并联谐振电源中的慢启动电路2对滤波电容组件3进行预充电，其中慢启动电路2由电阻Rl和接触器Kl并联组成，其串联连接在全桥整流电路I与滤波电容组件3之间。
[0033]LCC串并联谐振电源中的电流互感器11对电阻组件7所在的支路进行电流采样；控制保护板8接收电阻组件7的电压采样信号和电流互感器11的电流采样信号，并输出四路方波电压信号；驱动模块9对控制保护板8输出的四路方波电压信号进行放大以驱动功率开关管V1、V2、V3和V4。
[0034]本发明提供的一种LCC串并联谐振电源和一种提闻功率开关管开关功率的方法，该电源的功率开关管采用高速开关器件M0SFET，能够将开关频率提高至25KHz?45KHz，减小了电源体积及输出滤波电容容量，也减小了输出纹波，提高了电源的可靠性；另外，电源采用软开关技术，通过由谐振电感L1、串联谐振电容组C9和并联谐振电容组ClO组成的LCC串并联谐振电路，使功率开关管在零电压条件下导通和关断，提高了功率开关管的开关频率，减小了开关损耗，降低了开关噪音，提高了电源效率。
[0035]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种LCC串并联谐振电源，其特征在于，所述电源包括全桥整流电路(I)、滤波电容组件(3)、全桥逆变电路(4)、LCC串并联谐振电路(5)和主功率变压器T 1、高压整流组件(6)、高压储能滤波电容Cll和电阻组件(7)； 所述全桥整流电路(I)、所述滤波电容组件(3)和所述全桥逆变电路(4)依次并联，所述全桥逆变电路(4)的输出端与所述谐振电容组件(5)的输入端连接，所述谐振电容组件(5)的输出端与主功率变压器Tl的一次回路连接，所述主功率变压器Tl的二次回路与所述高压整流组件(6)的输入端连接，所述高压整流组件(6)的输出端与高压储能滤波电容Cl I的输入端连接，所述高压储能滤波电容Cll的输出端与所述电阻组件(7)的输入端连接，且所述高压整流组件出)、高压储能滤波电容Cll及电阻组件(7)的一端接地； 所述全桥整流电路(I)为三相全桥整流电路，将三相交流电整流为脉动直流电压； 所述滤波电容组件(3)将所述全桥整流电路(I)整流后的脉动直流电压滤波为平滑的直流电压； 所述全桥逆变电路(4)将所述滤波电容组件(3)滤波后平滑的直流电压转化为高频交流方波电压； 所述LCC串并联谐振电路(5)和主功率变压器Tl对所述高频交流方波电压进行升压处理； 所述高压整流组件(6)将所述升压后的交流方波电压整流为高压脉动直流电压； 高压脉动直流电压经过高压储能滤波电容Cll滤波为平滑直流电压输出； 所述电阻组件(7)用于对所述高压储能滤波电容Cll输出的直流电压进行采样。
2.如权利要求1所述的一种LCC串并联谐振电源，其特征在于，还包括由电阻Rl和接触器Kl并联组成的慢启动电路(2)，其串联连接在全桥整流电路(I)与滤波电容组件(3)之间，用来给滤波电容组件(3)预充电。
3.如权利要求1所述的一种LCC串并联谐振电源，其特征在于，所述全桥逆变电路(4)由功率开关管V1、V2、V3和V4组成，其中，Vl与V3串联形成一条支路，V2与V4串联形成另一条支路，两条支路再进行并联，所述功率开关管V1、V2、V3和V4为高速开关器件MOSFET。
4.如权利要求3所述的一种LCC串并联谐振电源，其特征在于，所述LCC串并联谐振电路(5)由谐振电感L1、串联谐振电容组C9及并联谐振电容组ClO组成； 其中，所述谐振电感LI的一端与所述功率开关管Vl和功率开关管V3的共同连接端电连接，其另一端与所述串联谐振电容组C9的一端连接；所述串联谐振电容组C9的另一端与所述并联谐振电容组ClO的一端连接，所述并联谐振电容组ClO的另一端与功率开关管V2和功率开关管V4的共同连接端电连接；且所述并联谐振电容组ClO的两端与主功率变压器Tl的一次回路的两端连接。
5.如权利要求4所述的一种LCC串并联谐振电源，其特征在于，所述串联谐振电容组C9和所述并联谐振电容组ClO由若干个电容并联而成，其中，电容的数量由特定的计算参数确定。
6.如权利要求4所述的一种LCC串并联谐振电源，其特征在于，所述高压整流组件(6)由二极管D7、二极管D8、二极管D9和二极管DlO组成，其中，所述二极管D7与二极管D9串联形成一条支路，所述二极管D8与二极管DlO串联形成另一条支路，两条支路再进行并联； 所述主功率变压器Tl的一次回路的两端与并联谐振电容ClO的两端连接，其二次回路的一端与所述二极管D7和二极管D9的共同连接端电连接，另一端与所述二极管D8和二极管DlO的共同连接端电连接。
7.如权利要求6所述的一种LCC串并联谐振电源，其特征在于，所述电阻组件(7)包括电阻R2和电阻R3，所述电阻R2与电阻R3串联形成一条支路。
8.如权利要求7所述的一种LCC串并联谐振电源，其特征在于，还包括控制保护板(8)、驱动模块(9)、低压电源板(10)和电流互感器(11)，所述控制保护板(8)的一端连接在所述电阻R2与所述电阻R3之间，且该端还与所述电流互感器(11)电连接，所述电流互感器(11)连接在电阻组件(7)所在的支路上，所述控制保护板(8)的另一端与所述驱动模块(9)电连接，所述驱动模块(9)分别与所述功率开关管Vl的栅极、功率开关管V2的栅极、功率开关管V3的栅极以及功率开关管V4的栅极电连接，所述低压电源板(10)分别与所述控制保护板⑶和驱动模块(9)电连接； 所述控制保护板(8)用于接收电阻组件(7)的电压采样信号以及所述电流互感器(11)对地的输出电流采样信号，并输出四路方波电压信号，经驱动模块(9)放大后驱动功率开关管 V1、V2、V3 和 V4 ； 所述低压电源板(10)由四路线性电源组成，用于给控制电路板(8)和驱动模块(9)供电。
9.一种提高开关频率的方法，其特征在于，其采用权利要求1-8所述的一种LCC串并联谐振电源，包括: 步骤S201、全桥整流电路(I)将三相交流电整流为脉动直流电压后经滤波电容组件(3)滤波为平滑的直流电压； 步骤S202、所述滤波后的平滑直流电压经全桥逆变电路(4)转化为高频的交流方波电压后，其又经LCC串并联谐振电路(5)和主功率变压器Tl进行升压处理，得到高压交流方波； 步骤S203、高压整流组件(6)将所述高压交流方波整流为高压脉动直流电压； 步骤S204、所述高压脉动直流经过高压储能滤波电容Cll滤波为平滑直流电压输出，电阻组件(7)对该输出的平滑直流电压进行采样。
10.如权利要求9所述的一种提高开关频率的方法，其特征在于，还包括: 电流互感器(11)对电阻组件(7)所在的支路进行电流采样； 控制保护板(8)接收电阻组件(7)的电压采样信号和电流互感器(11)的电流采样信号，并输出四路方波电压信号； 驱动模块(9)对控制保护板(8)输出的四路方波电压信号进行放大以驱动功率开关管V1、V2、V3 和 V4。
【文档编号】H02M3/338GK104333231SQ201410602773
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月31日 优先权日:2014年10月31日
【发明者】郑保磊, 黎明, 陈彦 申请人:北京无线电测量研究所