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【我的毕设作品】基于LC谐振变换器的电容充电电源

我的课题是做一个电容充电器,给断路器的分合闸储能电容充电。

电容的充电特性:

•充电初始时刻相当于短路  负载不断变化
• 存在“电压跌落”效应 电容器的保压性能跟电压、温度成反比

•电容器的寿命(电容值)跟重复频率成正比

因此需要一种恒流充电实现快速充电并且延长电容器的寿命。

常规的电容充电有以下几种方式:

我选择选择拓扑方式:全桥串联谐振

LC谐振频率大家都知道怎么计算,因此小弟就不多说,规定谐振频率为Fr,开关频率为Fs。根据开关频率的不同存在两种种模式:断续模式和连续模式,当fs < fr/2 为连续模式,一个开关周期包括两个完整的谐振周期,且其电流断续工作,为电流不连续模式(即 DCM 模式)。选择此方式能够实现开关器件零电流通断,损耗低且电磁干扰小。谐振电流的波形如图:

可以看出:

(1)  在输入电压以及其他电路参数一定的情况下,负载电容充电电流恒定不变,只取决于开关频率,与负载电压无关。

(2)充电电压不取决于开关频率,只是随开关次数成线性正比增长。在没有高频变压器的情况下,负载电容的电压最大值即为输入直流母线的电压值。

(3)  谐振电容电压会在每一个谐振周期后产生一定的残压,且这个残压值随开关次数成等比增加(即每个周期增加的幅值大小相同)。

(4)在充电过程中,流经开关管的正向谐振电流峰值逐渐变大,在末期最大能达到初始值的近两倍;反向谐振电流峰值减小,直到减为零。

(5)  由于在实际中,负载  C2 的值远大于谐振电容 C1 的数值,电源充电时,充电电压在每个周期内变化的幅度很小,且是“恒流”充电,因此可以应用开环控制的控制策略,不需闭环反馈,只控制开关次数即可控制输出电压的大小。

基本原理就到此位置。

我是通过变频控制实现期望的充电电流,当然这其中包括DSP控制程序的编写、电流电压的采样、光耦隔离驱动等工作,就不一一说明了,下面贴几张实物图:

全部回复(14)
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2019-06-07 09:21
谢谢 从中学到了很多东西
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WILLbe
LV.1
3
2019-06-07 09:54
共同进步鸭
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2019-06-10 11:06
棒棒棒!大家可以一起学习学习哈
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2019-06-10 13:08
@wk17763345115
谢谢从中学到了很多东西
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afeia168
LV.1
6
2019-06-26 13:34
版主可以把论文帖出来看一下不,没有用模拟IC 尝试这个充电可能性吗
1
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WILLbe
LV.1
7
2019-06-26 14:37
@afeia168
版主可以把论文帖出来看一下不,没有用模拟IC尝试这个充电可能性吗
模拟IC当然有比如UC3861,MC33066等谐振IC,但是可扩展和智能程度不高,因此采用数字处理器。
0
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WILLbe
LV.1
8
2019-06-26 14:41

1
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WILLbe
LV.1
9
2019-06-26 14:42
@WILLbe
[图片]

充电时间 大概5s充到了300V

0
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WILLbe
LV.1
10
2019-07-06 17:49

分享下经验:

在实际电路中,随着电容输出电压的上升,恒流效果变差,充电电压不再线性上升。

这是因为高频变压器和后端的整流电路存在级间电容和等效电容。导致LC谐振变为LCC串并联谐振。

仿真对比

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WILLbe
LV.1
11
2019-07-06 17:50
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2019-07-09 12:37
@WILLbe
[图片]
这个是理论分析推导的对吗,是否具有设计可参考性
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gaohq
LV.8
13
2019-07-10 15:25

关注,楼主这个跟本坛张大师(zhangyiping)的所谓第五代准谐振极其相似。

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WILLbe
LV.1
14
2019-07-17 16:14
@wk18063366507
这个是理论分析推导的对吗,是否具有设计可参考性
理论分析根据时域,根据拉氏变换和反拉氏变换求得,经仿真和实验验证具有参考价值
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2019-07-18 10:36
@gaohq
关注,楼主这个跟本坛张大师(zhangyiping)的所谓第五代准谐振极其相似。
看到了一个熟悉的名字:张大师
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