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直流高压电源广泛应用于高能束领域,如X光,激光,电子束和微波雷达等。采用高频 DC-AC-DC技术是目前直流高压电源的发展趋势。工作于传统硬开关模式下的大功率直流高压电源,由于制作工艺和绝缘的限制,高压变压器具有较大的漏感和分布电容,使得开关管在开关瞬间承受非常大的电压电流应力,极大影响了开关管的可靠性和安全性,而且,随着开关频率的提高,开关过程的开关损耗将变得显著,进而影响电源的效率。 首先,对软开关技术在高压电源中的应用进行研究,在综合分析高压电源技术、软开关技术的发展及应用的基础上,分析了全桥谐振变换器和功率调节方式,引入移相全桥控制策略,并利用开关管的结电容、变压器漏感、分布电容等储能元件进行谐振,实现高频DC-AC-DC变流开关器件的ZVS零电压开关。通过对全桥谐振变换器在电流续流模式CCM下的各工作模态进行分析,得出各个工作模态的等效电路和电流电压关系,并采用基波分析法推导出谐振变换器稳态下的电压增益M的函数关系式,利用MATLAB计算和绘制出M与参数的变化曲线,总结了各参数对M的影响规律。 其次,根据指标要求,进行了开关频率为20kHz的60kV/6kW直流高压电源设计。该电源主要由输入输出整流滤波电路,逆变电路,高频高压变压器,输出整流滤波电路,反馈控制电路及IGBT驱动电路组成。主电路由开关管(三菱CM200HA-24H)IGBT模块的结间电容(Cce/8nF)、升压变压器的分布电容(Cp/1μ)和漏感(Ls/106.2μ)等构成LCC串并联谐振回路,由UCC3895控制器实现全桥移相PWM控制,设置输出频率为20kHz的驱动控制信号,超前臂的开关管Z1、Z3的驱动信号分别超前于滞后臂开关管Z4、Z2的时间为5μs即移相角为π/5、占空比为0.8,死区时间为0.5μs的控制电路。 最后,利用Magnetics Designer4.1平台建立了变压器的SPICE仿真模型,并完成了高频高压变压器设计。采用Cadence_SPB_16.3中的ORCAD为平台,建立了直流高压电源主电路仿真模型,并按实际工作条件进行了电路仿真,仿真结果表明主电路可靠地工作于电流续流方式,实现了开关管IGBT的ZVS,电源的输出电压和纹波系数达到了设计要求。