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2kW高频高压电源
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一．引言
现在设计开发电源都要求体积小、重量轻、效率高,同时还要考虑电磁兼容性。随着零电流、零电压谐振变换器的出现，为电源向着小型化、高功率密度的发展创造了条件。本文阐述了一种采用零电压谐振变换技术的高频高压开关电源，它具有零电压开通，软关断，开关损耗小，di/dt、 dv/dt小及干扰小等特点。该电源工作频率范围在90～250KHz，最高工作频率达300KHz。高压电源系统采用多台冗余式并联的工作方式，工作方框图见图1。
图1 高压电源系统方框图
[p] 二．工作原理
新型开关电源采用了零电压开关﹑多谐振变换技术，其电路框图如图2所示，高压电源的工作原理为：交流三相50Hz 380V电压经输入电源滤波器﹑整流，防冲滤波后转换成平滑的直流电压，约540V，然后通过以零电压开关多谐振变换器（ZVSMRC）为核心电路的变换桥，将540V的直流电压变为频率为90～250kHz的高频交流电压，经高频变压器升压及高压倍压整流滤波后，获得负载所需的高压直流电-20kV，从高压侧的高精度高压玻璃釉分压器上取出反馈信号与基准电压相比较后送到误差放大器，其输出信号去控制PFM，通过调频调宽来进行稳压。
图2 高压电源原理方框图
变换桥采用零电压开关多谐振变换全桥电路，如图3所示。
图3 变换桥
在电路中，主开关管Q1-Q4选用功率MOSFET器件APT8030，D1-D4和C1-C4为开关管两端反向并联二极管和寄生电容器，且C1=C2=C3=C4，L为谐振电感，V0为输出电压，M=V0/Vi，因为变压器的次级存在分布电容C次级，把它折算到初级的电容为C0，且C0=N2*C次级。由于变换器工作在不同的状态，为了便于分析，我们按时域分成四个状态，它们的等效电路及电路中电压﹑电流波形如图4～8所示。
1．贮能区：t0-t1：
它的等效电路如图4所示，在该时区域内，Q1、Q3导通，L与C0产生谐振，谐振频率为ω0=1/LC0 ，特征阻抗Z0=L/C0 ，电路以谐振方式将C0换向，但没有向负载传递能量。
i(t)=[(M+1)UiSinω0t]/Z0，
2．能量传送区，t1-t2：
它的等效电路如图5所示。在该区域内，Vi侧向负载传送能量，且i(t)=I(t1)+(1-M)Vi(t-t1)/L
3．能量转移区，t2-t3:
它的等效电路如图6所示，在该区域内Q1、Q3截止，C4中的能量传送到C1中,C2 中的能量传到C3，且以谐振方式转移，谐振频率为ω1=1/LC1 ，直到VC2=VC4=0，VC1=VC3=Vi 为止。
4 ．二极管馈能区，t3-t4：
它的等效电路如图7所示，在该区域内，D2、D4导通，电感中的能量通过D2、D4向电源Vi馈能，且
i(t)=I(t3)-(1+M)Vi(t-t3)/L
5．Q2、Q4导通，电流换向，上述过程重复。
现在设计开发电源都要求体积小、重量轻、效率高,同时还要考虑电磁兼容性。随着零电流、零电压谐振变换器的出现，为电源向着小型化、高功率密度的发展创造了条件。本文阐述了一种采用零电压谐振变换技术的高频高压开关电源，它具有零电压开通，软关断，开关损耗小，di/dt、 dv/dt小及干扰小等特点。该电源工作频率范围在90～250KHz，最高工作频率达300KHz。高压电源系统采用多台冗余式并联的工作方式，工作方框图见图1。
[p] 二．工作原理
新型开关电源采用了零电压开关﹑多谐振变换技术，其电路框图如图2所示，高压电源的工作原理为：交流三相50Hz 380V电压经输入电源滤波器﹑整流，防冲滤波后转换成平滑的直流电压，约540V，然后通过以零电压开关多谐振变换器（ZVSMRC）为核心电路的变换桥，将540V的直流电压变为频率为90～250kHz的高频交流电压，经高频变压器升压及高压倍压整流滤波后，获得负载所需的高压直流电-20kV，从高压侧的高精度高压玻璃釉分压器上取出反馈信号与基准电压相比较后送到误差放大器，其输出信号去控制PFM，通过调频调宽来进行稳压。
变换桥采用零电压开关多谐振变换全桥电路，如图3所示。
在电路中，主开关管Q1-Q4选用功率MOSFET器件APT8030，D1-D4和C1-C4为开关管两端反向并联二极管和寄生电容器，且C1=C2=C3=C4，L为谐振电感，V0为输出电压，M=V0/Vi，因为变压器的次级存在分布电容C次级，把它折算到初级的电容为C0，且C0=N2*C次级。由于变换器工作在不同的状态，为了便于分析，我们按时域分成四个状态，它们的等效电路及电路中电压﹑电流波形如图4～8所示。
1．贮能区：t0-t1：
它的等效电路如图4所示，在该时区域内，Q1、Q3导通，L与C0产生谐振，谐振频率为ω0=1/LC0 ，特征阻抗Z0=L/C0 ，电路以谐振方式将C0换向，但没有向负载传递能量。
i(t)=[(M+1)UiSinω0t]/Z0，
2．能量传送区，t1-t2：
它的等效电路如图5所示。在该区域内，Vi侧向负载传送能量，且i(t)=I(t1)+(1-M)Vi(t-t1)/L
3．能量转移区，t2-t3:
它的等效电路如图6所示，在该区域内Q1、Q3截止，C4中的能量传送到C1中,C2 中的能量传到C3，且以谐振方式转移，谐振频率为ω1=1/LC1 ，直到VC2=VC4=0，VC1=VC3=Vi 为止。
4 ．二极管馈能区，t3-t4：
它的等效电路如图7所示，在该区域内，D2、D4导通，电感中的能量通过D2、D4向电源Vi馈能，且
i(t)=I(t3)-(1+M)Vi(t-t3)/L
5．Q2、Q4导通，电流换向，上述过程重复。
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