高压串联谐振电容器工作模式研析

将电能通过功率调整系统存储到高压串联谐振电容器，这就是高压串联谐振电容器充电技术。为了提高电源的可靠性，通常要求电源具有抗负载短路能力。高压串联谐振电容器具有负载短路时谐振频率基本不变和抗负载短路能力极强的优点，被广泛应用于电容器充电技术中。
高压串联谐振电容器充电电源(CCPS)电路主要有以下三种工作模式[4]：
(1)开关频率低于谐振频率一半时的不连续导电模式(模式1，DCM，O
(2)开关频率低于谐振频率时的连续导电模式(模式2，CCM，0.5
(3)开关频率高于谐振频率时连续导电模式(模式3.CCM，W>W)：开关器件为零电压开通、硬关断，变换器为电流连续工作方式，谐振回路呈感性，输出特性与恒流源的特性有所偏离，具有自动过载保护的功能。
种工作模式为PFM方式串联谐振，其控制简单，且电路工作于软开关状态。第三种工作模式就是PWM方式串联谐振，是近年来研究的一大热点。
本文建立了串联谐振CCPS的数学模型，分析了其工作原理，通过数学仿真的方法，给出了谐振电路的特性，通过实验验证了所采用控制方案的正确性和充电系统的有效性。1串联谐振CCPS工作原理
给出了串联谐振变换器电路，图中U为输入直流电源，由工频整流得到，Q1～Q4及D1～D4组成全桥逆变器，G为谐振电容，L为谐振电感，C2为充电电容。
将逆变器等效为方波电源，谐振回路参数用I和C1表示，负载折合到原边用Q表示，得到等效电路如图2所示。
过程二：谐振电流反向，续流二极管D，和D3导通，整流二极管D6和D8导通，其等效电路如图4所示，工作波形如图5中t1～t2所示。
对半个周期内的2个谐振过程建立小信号模型，并列写时间状态方程，根据谐振过程的初态和末态，可以得出谐振过程中电流、电压的表达式。根据迭代原理，并认为C2》G，可得：1。= 8C1!U。即充电电流平均值与充电电压无关，充电电流平均值恒定;充电电容越大，则平均充电电流越小。2串联谐振CCPS电压传输特性
电压传输的频率特性曲线，横坐标表示开关频率，纵坐标为负载电容C2两端电压，计算中L=63 UH，/=20 kHz,U=500V,k分别取0.1,2,4,6和∞(在图中对应曲线从上到下)。由图6(a)和图6(b)可见，当工作在谐振频率附近时.电压输出较高，当负载(K)变化时，电压有很大的变化，且K越大，电压的调节特性越差，当K=∞(即C2=00)时，电路失去电压调节能力。
不同开关频率下，输出电压与负载的关系曲线，开关频率，fr为谐振回路的谐振频率，C2为负载，U2为输出电压。图7(a)中，曲线从下到上，F与f的比值依次为0.5、0.6、0.7、0.8、0.9;图7(b)中，曲线从上到下，F与fr的比值依次为1.1、1.2、1.3、1.4、1.5。从图中可进一步看出，负载微小的变化将引起很大的电压变化，因此这种电路的结构形式不利于电压调节。3串联谐振CCPS电流传输特性

文章来源高压串联谐振电容器：http://www.jdcsdrq.com/products-detail.asp?cpid=47