1 导言
串联谐振技能使用在感应加热、逆变焊机等高频逆变器中，能完成主开关管的ZCS或ZVS，有用进步功率要素，完成大功率输出。这篇文章介绍一种高频高压串联谐振技能，它将三相市电经整流与逆变后输出中压方波，升压变压器将逆变器的输出提升到必定电压再使用变压器的漏感与负载串联谐振，到达所需求的负载电压。此技能使用远景宽广，在臭氧发作器、资料外表处置及污水净化中都有使用。
2 体系布局及作业原理
图1给出了高压串联谐振电源体系框图。本电源是为资料外表处置设备研发的。它包含：三相AC／DC变换器、电压型半桥串联谐振逆变器、超音频升压变压器和负载。超音频变压器用于负载阻抗匹配，逆变器选用IGBT模块，作业频率约为20kHz。体系作业时，呈现小理性，为零电流导通。关于理性负载，在一个作业周期中，功率器材导通的次序是二极管在先，IGBT在后，这就确保了IGBT在零电流条件下导通（ZCSON），导通后电流上升速度遭到谐振电路的约束，因而，IGBT的注册损耗很小。别的如图2所示，IGBT的吸收电容Cr1和Cr2的接入，约束了IGBT关断时的电压上升率，减小了关断损耗。

使用负载谐振的RLC串联谐振电路其谐振频率为
逆变器主电路与阻抗特性如图2所示。逆变器输出的是高频方波，变压器的漏感与容性负载谐振，电流波形挨近抱负正弦波。
关于如图2所示的谐振式电路，质量要素

|U_L|=|U_C|=QU_o（3）
升压变压器输出的电压是谐振后的电压，到达10～30kV，负载发作放电表象，用于发作臭氧或处置资料。
3 操控电路
用于调理输出功率的方法有可控整流调压调功、斩波调功、移相调功或PWM调功。这篇文章描绘的电源选用三相相控整流技能，通过相控整流完成输出功率的调理。尽管此种方法在深控下有输出功率因数低的缺陷，但其操控方法老练，可靠性高，关于绝大有些作业在满功率输出（α=0）情况下，不失为一种较好的挑选。逆变器为半桥式电路，这是因为全桥逆变电路中输出电压中含有直流重量，在描绘高频高压升压器时要思考到直流磁通能够致使磁通饱满的疑问，一起会添加磁芯损耗，增大变压器描绘难度。尽管能够在输出中串联隔直电容避免这个疑问，但添加了本钱和复杂性。
逆变操控框图如图3所示。负载等效为一个非线性有损电容，在大功率输出情况下负载作业在谐振点邻近，由试验成果来看，负载在放电火花增强过程中谐振频率降低，从未开端放电的30kHz左右降低到15kHz。若是不选用频率盯梢，无法满意大功率输出。逆变操控电路中使用了CD4046锁相环，电流相位由互感器测得，经单稳电路（抗干扰）后与直接取自操控电路输出的电压信号作边缘鉴相。4046内部有两个鉴相器，榜首鉴相器是异或门鉴相器，它只能对两个占空比为0.5的方波进行鉴相，并且鉴相特性不是单调的曲线，作业时有必要把某一个信号先移相90°后才干正常作业。因而选用了边缘鉴相，它能够不思考脉冲的宽度，只关怀脉冲上升沿，如图4所示，最终使信号1、2的脉冲前沿时刻差为零。

锁相环一个显着的缺陷是发动的时分失锁率对比高，因而，逆变操控选用他－自激变换作业方法。正常运转时为自激作业，电流相位信号取自电流互感器，通过零对比和单稳电路，送至4046。电压相位信号直接取自二分频器的输出，如图3所示。经锁相环和分频器后，构成两组与正负半波对应的方波。该方波经死区构成和驱动器发作IGBT的驱动信号。死区环节的效果在于避免逆变器上、下桥臂一起导通。发动时，取他激频率调理电位器上的电压直接作为4046内部压控振动的操控信号，进行他激发动。当输出电流到达必定值后，对比器输出信号跳变，使电子开关动作，堵截振动器信号；一起将电流信号和电压信号送4046内部鉴相器，使体系进入自激运转状况。电压信号在进入锁相环之前，通过期滞抵偿，意图在于抵偿脉冲传输过程中的时刻滞后。
4 负载匹配
使用于高压的负载如臭氧发作器等，也等效为一个非线性有损电容。变压器即传递能量，又是谐振电路中的电感有些。高频高压变压器的描绘是整个设备中的要害有些，变压器漏感有必要与负载匹配，使它们作业在20kHz左右的频率，因为这直接影响到负载的作业状况。关于不一样的负载，变压器的漏感都要从头描绘。而在某些格外的场合，为使负载匹配，得改动变压器的绕法，由此来改动它的漏感值。磁芯布局有E型、口字型、专为耐高压而描绘的锥型及多个磁芯组成星型相连的形式等。原、副边的绕法也不尽相同，有原、副边分绕两头或同绕一个柱上等。漏感的巨细是一个难以准确核算的值，不只与磁芯的布局，原、副边的匝数、绕法有关，还与层间绝缘厚度、气隙均匀性及技能有关。在绕好后能够用电感测验仪直接测得，关于同一种绕法，其漏感的巨细不会发作很大的改动。在负载频率需求不是非常准确的情况下，这种描绘方法是可行的。但若是测得的漏感与负载需求的谐振电感量巨细不同很大，只能改动其绕法。一个常用的有用方法即是改动原、副边的匝数来改动漏感量。这篇文章描绘的升压变压器是E型磁芯布局。因为彻底使用变压器漏感与负载谐振，变压器输出电压即是谐振电压，将到达10～30kV，在质量要素较高的情况下，变压器的变比能够相对减小。
高压绝缘是一个格外需求注重的疑问。为此变压器选用油浸式，即使如此，在试验中仍是屡次发作原、副边击穿表象，为此咱们改进了绕法，加大原、副边距离，一起使用了耐高压的绝缘资料将原副边阻隔。若是因为漏感过小，可在原边或副边串联电感来使负载匹配。此时会发作别的一个疑问是输出电流呈现较大的畸变，发现叠加了3次、5次等低次谐波，其原因是由串联电感中的分布电容导致的，整个负载有两个靠得较近的谐振频率。一起这种电路会使变压器添加额定的电压应力。
彻底使用漏感谐振的另一个注意点即是变压器的损耗疑问，在大功率输出的情况下，变压器的散热条件得充分思考。
5 试验成果
15kVA样机通过测验，功率因数挨近0.9。输出电压电流波形如图5所示，其间电压为50V/div，电流25A/div。从波形图能够看出，电压电流波形挨近抱负，其间电流峰值邻近的毛刺是高压放电所导致的。IGBT根本为零电流导通，电流稍稍滞后电压必定视点，负载呈小理性，即体系作业频率稍稍大于负载的天然振动频率，其意图是使反并二极管零电流天然关断，然后减小逆变器反并二极管的反向恢复特性所形成的影响。
6 定论
功率逆变电路一般选用谐振和调制两种方法，关于高频功率逆变，调制方法因为遭到功率开关器材的约束和必定调制比的需求，已不再适用。这篇文章所剖析的使用变压器漏感完成的高压串联谐振电路，输出波形畸变小，功率因数高，输出电路简略，无须外加抵偿电感或电容。高压串联谐振技能使用规模较广，有待进一步深入研究。

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