串联谐振电容器充电电源的研制 ㊣ 精品文档 值得下载

所述是过零电压比较器的过零检测脚，是芯片内部设定的第阈值电压，是第二阈值电压，并且，和是迟滞回环比较器，代表与门，代表或非门，是内部时钟信号，表示单稳脉冲输出信号。

此外还包括由两个或非门组成的触发器。

图内部的电流过零检测电路在为高电平期间，单稳脉冲为低电平，没有驱动信号。

触发器输出为逻辑电平，定时电容通过内部三极管放电至。

在由高电平变为低电平后，电源通过给充电。

在定时电容电压升至之前，输出，因此与门输出。

同时输出，造成或门输出，所以触发器的端输入为，端输入为，输出维持为，单稳脉冲呈现高电平，驱动信号为高电平。

在刚刚超过后，输出，输出。

如果过零检测脚的输入信号小于，则输出，因而输出，输出，触发器输出状态翻转，驱动信号终止。

如果大于，则输出，输出，触发器输出维持为，因而驱动信号也继续为高电平。

在时，输出，因而或门输出，不管之前触发器为何状态，在这段时间内都将输出，驱动信号为低电平。

相关工作点的波形如图所示。

图过零检测比较器工作时相关信号的波形示意图根据以上分析可知，在单个时钟周期内单稳脉冲总会有个最小脉宽，至于该脉宽能否延续，则由过零检测脚的电压决定。

如果能够在最小脉宽时间内超过，则脉宽继续，并在降为时终止，延伸后的脉宽等于如果不能，则只能出现最小脉宽。

另外单稳脉冲的宽度存在个上限，而不管是否在最大脉宽时间内降到，这样就能够避免逆变桥臂的上下开关管直通。

所以。

第阈值电压第二阈值电压为低电平期间定时电容上的电压以下降沿时刻为假设在时达到，有可以得到同样计算得到达到的时间因此最小脉宽的计算公式最大脉宽的计算公式根据第节的计算，电路的开关频率，因此开关周期。

可以令定时电阻，定时电容，由此得到，可以保证电路工作在状态。

双段式充电控制原理分析电压反馈电路检测负载电容上的电压并把检测信号传递到控制电路。

当反馈电压等于预设电压时，控制电路发出终止信号使驱动信号由高电平变为低电平，功率停止工作，充电过程停止。

但是控制电路从接收到大小等于参考电压的反馈电压到停止输出驱动信号，这中间存在定的延迟，有时可达几个。

对于高频充电电路来说，如果在整个充电过程中直以个比较高的频率工作，那么在负载电容达到要求的电压时，数的控制延时会使逆变电路继续工作而不停机，电容就会被过充。

当负载电容量比较小时，过充的问题可能变得严重，因为延迟时间相对于充电时间来说不算太小。

为了解决以上问题，本套电源采用双段式充电的控制方法。

在负载电容电压达到目标值的之前，充电源以较高的频率工作当电容电压达到目标值的以后，充电源工作频率降到个比较低的值，并直维持到电容充满电。

这样来，接近目标电压时充电速度被减慢，过充的可能性以及过充的程度就被降低，同时又不会明显影响整体充电速度。

双段式充电需要功率器件驱动信号的频率在和之间转换，并且在电容充满电以后要及时停止工作，这主要依靠内部的误差放大器压控振荡器和外部的比较电路以及门电路来实现，工作原理如图所示。

该控制电路中利用电阻和设置充电参考电压，并连接到比较器的反向输入端。

调整可变电阻的值可改变的大小，从而改变负载电容上的充电电压预期值。

的正向输入端连接的是负载电容反馈电压，如果，电容已经充满，那么保持为高电平。

作为使能信号连接到或门和的个输入端，和的另个输入端分别连接输出信号和反向之后的结果。

为低电平时，和的输出即等于各自输入的反向驱动信号为高电平时，和的输出都变为高电平，再经过节中所提到的驱动电路中的隔离光耦和反向，从而导致驱动信号被封锁，电源停止对负载电容充电。

电阻和对分压后，得到的参考电压被送到误差放大器的正向输入端。

反馈电压经过比例积分环节后连接到的反向输入端和输出端。

在以后，的输出降到，对应于最小频率输出，因此充电源以工作，直到负载电容充满电。

反馈环路中增加由电阻和电容构成的环节能够减少电源工作状态发生变化时所需要的转换时间，使其尽快达到稳态，同时还可以滤除功率元件开关过程引起的高频电磁噪声。

当误差放大器的反馈控制采用调节时，比例系数积分时间常数为了达到较好的响应效果，通常可取左右，可取左右，因此可令。

图实现双段式充电的控制电路原理图过流保护电路设计如果在电路发生过流故障时封锁驱动信号，故障消失后立即开放驱动信号，那么不定能够对电源装置起到保护作用。

因为封锁了驱动信号，装置就停止工作，过流故障信号消失，然后装置自动重启，故障点却可能依然存在，这就会造成电源反复起停，最终损坏元器件。

因此对于短路等严重故障，应该采取自锁式保护电路。

图给出了种自锁式保护电路。

和如节所介绍分别是霍尔电流传感器的输出电流和检测电阻，检测电压。

过流参考电位由三端精密可调稳压器设定。

正常时检测信号低于参考电位，比较器的输出为低电平，二极管反偏不导通当检测值超过设定值时，比较器的输出变为高电平，二极管正偏导通，由于二极管的钳位作用，无论检测信号是否再发生变化，比较器的输出均保持高电平，用它作为脉冲封锁信号，通过隔离二极管引入到的脚，同时发光二极管发出故障指示信号。

当过流故障被处理后，由于钳位电容上可能仍有电压，需要按下复位开关以释放电荷，重启电路。

图过流自锁保护电路原理图该电路设计时需要注意的是，在过流保护状态下，钳位电容的充电电压必须高于过流参考电压，否则钳位失败，起不到保护作用。

点火停机同步控制原理分析在电容器充好电之后，如果要对脉冲负载放电，则充电电源需要停止工作段时间。

在本实验中，电容器是在等离子体推进器中的点火器点火之后才开始放电，因此充电电源需要在点火指令发出后停机，等电容放完电再重新启动。

这个功能的实现主要依靠内部的故障比较器。

能够在故障脚输入电平高于的情况下闭锁驱动信号的输出，当故障信号消失时，输出并不能马上恢复，而是要经过数的延时，这被称为重新启动延时。

延时时间由软启动脚外接电阻和电容决定时，。

在点火指令发出充电源需要停机的时候，可以把点火信号作为停机信号输入到的脚。

尽管点火信号的脉宽往往只有数十个，却将等待才重新启动，开始下轮充电过程。

在等离子体负载下，的时间足够电容放完电。

负载电容电压和点火信号之间的时序关系如图所示。

图负载电容电压和点火信号之间的时序关系实验结果和分析充电实验把充电电压的目标值分别设定为，和，得到的负载电容电压波形和变压器原边电流波形如图示。

从这四组波形图可以看出，充电过程明显地分为两个阶段在电容电压达到目标值的之前，处于快速充电阶段在电压达到以后，充电速度降低，直到电容被充满。

此外还能观察到当电压达到以后，电路工作于更新模式，偶尔有谐振电流脉冲出现，以补偿泄漏电流造成的电容电压损失。

在这四组实验结果中，当充电电压分别为和时，充电线性度较好当充电电压等于时，前的线性度比较好，到后期充电速度逐渐下降，不能维持线性充电。

这是由于电路的前级直流电源电压不稳，工频充电速度过慢。

为了验证电路参数设计的准确程度，可以由实验结果反推出电路参数，并与第章中的设计值相比较。

在电路设计阶段，认为前级脉动直流源电压平均值在充电过程内始终保持恒定，并以此为前提得到线性充电的结论在实验阶段，当目标电压设定为时，充电后期直流源电压平均值有所下降，不能保持线性充电，从而使得理论分析与实验结果必然存在偏差。

因此进行反向推导时，首先利用线性充电阶段的实验数据进行计算，以验证理论分析。

考察图中前个输出电压波形的线性充电阶段。

在图中，从到，在内电压从上升到，充电速度在图中，从到，在内电压从上升到，充电速度在图中，从到，在内电压从上升到，充电速度在图中，从到，在内电压从上升到，充电速度。

图不同输出电压下电容器充电电压波形和变压器原边谐振电流波形从以上结果可以看出，在不同的输出电压等级下，充电过程中的线性充电阶段充电速度基本相同，在左右。

根据式，由