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电源对电容应如何充电?

要制作一个充放电电路,需要将电容充到2000V左右.想采用开关电源对它恒压充电,但是电容在最开始相当于短路,这就导致充电回路电流很大;如果要限制回路电流,就必须采用很大的限流电阻,但这样就造成充电时间很长,并且功耗很大.请问用开关电源这样对电容充电合适吗,有什么比较好的充电方式?谢谢了!
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v-mosfet
LV.7
2
2006-08-14 12:53
用反激电路,开关管开通后对初级充电,检测电流达到一个值的时候关断,次级通过高压二极管整流后给电容充电,通过电路检测变压器储能放尽之后,再次开通开关管,检测电容电压达到2KV后切断!
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ghifi37
LV.2
3
2006-08-14 18:42
@v-mosfet
用反激电路,开关管开通后对初级充电,检测电流达到一个值的时候关断,次级通过高压二极管整流后给电容充电,通过电路检测变压器储能放尽之后,再次开通开关管,检测电容电压达到2KV后切断!
不错,先限制电流后再限制电压
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lvhao_727
LV.2
4
2006-08-15 20:31
@v-mosfet
用反激电路,开关管开通后对初级充电,检测电流达到一个值的时候关断,次级通过高压二极管整流后给电容充电,通过电路检测变压器储能放尽之后,再次开通开关管,检测电容电压达到2KV后切断!
嗯,多谢了.昨天我也想到了这个方法,决定就采用它了.我觉得过程是这样的吧,可能和你说得有一点不一样:采用UC3842控制的单端反激式电路,但不对输出电压进行反馈.开关管被UC3842控制周期性的开关,在每次开关管关断的时候对电容充电,由于输出整流管的单向导通性,电容电压只增不减,直到增加到所要的电压值,关断充电电路,进行放电.
兄弟们看这样有没有问题?我想对这个设计的电路进行一下仿真,可以用那些软件,大家推荐一下(pipice和protel好像都没有UC3842的元件库),多谢!
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v-mosfet
LV.7
5
2006-08-15 22:50
@lvhao_727
嗯,多谢了.昨天我也想到了这个方法,决定就采用它了.我觉得过程是这样的吧,可能和你说得有一点不一样:采用UC3842控制的单端反激式电路,但不对输出电压进行反馈.开关管被UC3842控制周期性的开关,在每次开关管关断的时候对电容充电,由于输出整流管的单向导通性,电容电压只增不减,直到增加到所要的电压值,关断充电电路,进行放电.兄弟们看这样有没有问题?我想对这个设计的电路进行一下仿真,可以用那些软件,大家推荐一下(pipice和protel好像都没有UC3842的元件库),多谢!
这个办法我觉得不太好,电容在开始充电的时候,电压很低,所以,当开关管再次开通的时候,变压器还没有把能量放尽就再充电!这样就会使开关管电流过大或者是变压器饱和!!而到充电后期,由于电容电压很高,变压器放电速度就会变得很快,这样就会使充电速度变慢,会很浪费时间!!我说的那种办法每次给电容充入的能量是一样的,他刚开始的充电频率很低,末了的充电频率会变得很高,电压反馈起作用的时候控制两次开通的延时时间,或者是通过迟滞比较使充电电路间歇工作!
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lvhao_727
LV.2
6
2006-08-15 23:59
@v-mosfet
这个办法我觉得不太好,电容在开始充电的时候,电压很低,所以,当开关管再次开通的时候,变压器还没有把能量放尽就再充电!这样就会使开关管电流过大或者是变压器饱和!!而到充电后期,由于电容电压很高,变压器放电速度就会变得很快,这样就会使充电速度变慢,会很浪费时间!!我说的那种办法每次给电容充入的能量是一样的,他刚开始的充电频率很低,末了的充电频率会变得很高,电压反馈起作用的时候控制两次开通的延时时间,或者是通过迟滞比较使充电电路间歇工作!
可能是我对反激式还没有完全弄明白,我不太清楚为什么电容上的电压会影响充电的时间,电容电压大的时候为什么变压器放电会变快,而充电速度又会变慢?
还有一个问题,如果要对电容充电,电路要工作在连续状态吧,不连续状态是不能带纯容性负载得吧(开路状态下输出电压会非常大的吧).而连续状态每次不都是没等到变压器能量放尽就开始再次充电了吗?
兄弟能再解释清楚一点吗?在下谢过了!
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v-mosfet
LV.7
7
2006-08-16 18:23
@lvhao_727
可能是我对反激式还没有完全弄明白,我不太清楚为什么电容上的电压会影响充电的时间,电容电压大的时候为什么变压器放电会变快,而充电速度又会变慢?还有一个问题,如果要对电容充电,电路要工作在连续状态吧,不连续状态是不能带纯容性负载得吧(开路状态下输出电压会非常大的吧).而连续状态每次不都是没等到变压器能量放尽就开始再次充电了吗?兄弟能再解释清楚一点吗?在下谢过了!
变压器次级放电的时候,每一个瞬间的电压就是电容上的电压(二极管压降忽略)而电感的电压变化率正比于两端电压,所以电压越高放电越快,要是电压是0V,理想状态就会保持电流,放不出电!!在这种时候再开通功率管的话,就可能引起变压器饱和!!!

电容中的能量和端电压是非线性的二次方关系,在端电压变高后,如果充电功率变化不大,那充电速度毕竟会以二次方反比下降!!

你是给电容充电,又不是带动容性负载,概念错了!
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lvhao_727
LV.2
8
2006-08-16 19:56
@v-mosfet
变压器次级放电的时候,每一个瞬间的电压就是电容上的电压(二极管压降忽略)而电感的电压变化率正比于两端电压,所以电压越高放电越快,要是电压是0V,理想状态就会保持电流,放不出电!!在这种时候再开通功率管的话,就可能引起变压器饱和!!!电容中的能量和端电压是非线性的二次方关系,在端电压变高后,如果充电功率变化不大,那充电速度毕竟会以二次方反比下降!!你是给电容充电,又不是带动容性负载,概念错了!
谢谢你的回复,可是我还是不太赞同你的观点.
  副边上感生的反激电压应该跟电容上的电压没有关系吧,它应该只与原边电压、匝数比有关,因为它是被关断开关管时磁心里磁场的减小而感生出来的.如果它与电容上的电压相等的话,那么最初电容上电压为零的时候副边反激电压岂不也是0了?我很不明白.
  关于电压升高速度的概念我收益颇深,我算了一下:随着充电电压的升高,电容器升高单位电压所需要的能量在增加,并且与电压成正比.如果你所说的“电容充电速度与电容电压成正比”成立的话,你的那种充电方式的确是一个比较好的方法.但我疑惑“电容充电速度与电容电压成正比”对不对啊?
  可能我没有完全弄明白你的意思.我对于这种开关电源对电容充电的物理过程还是挺糊涂的,书上讲的反激式工作原理目的都是为了稳压,这个电容在那些电路里面都只是整流的作用,而在这里却成了被充电的负载,我不知道那些反激式的概念、公式(充电电压、峰值电流等等)还能不能用?我期盼大家伙能多给我些帮助,我实在是太困惑了!谢谢!
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v-mosfet
LV.7
9
2006-08-16 20:56
@lvhao_727
谢谢你的回复,可是我还是不太赞同你的观点.  副边上感生的反激电压应该跟电容上的电压没有关系吧,它应该只与原边电压、匝数比有关,因为它是被关断开关管时磁心里磁场的减小而感生出来的.如果它与电容上的电压相等的话,那么最初电容上电压为零的时候副边反激电压岂不也是0了?我很不明白.  关于电压升高速度的概念我收益颇深,我算了一下:随着充电电压的升高,电容器升高单位电压所需要的能量在增加,并且与电压成正比.如果你所说的“电容充电速度与电容电压成正比”成立的话,你的那种充电方式的确是一个比较好的方法.但我疑惑“电容充电速度与电容电压成正比”对不对啊?  可能我没有完全弄明白你的意思.我对于这种开关电源对电容充电的物理过程还是挺糊涂的,书上讲的反激式工作原理目的都是为了稳压,这个电容在那些电路里面都只是整流的作用,而在这里却成了被充电的负载,我不知道那些反激式的概念、公式(充电电压、峰值电流等等)还能不能用?我期盼大家伙能多给我些帮助,我实在是太困惑了!谢谢!
还是概念错误!!!副边上的反激电压怎么会和原边有关系呢???根据电感的基本性质,其两端的电流不可突变,现认为我们用的变压是无漏感的,假设变比为1:10,电源电压为100V,输出电容的电压为2KV,只见通过高压整流管连接....
开关管开通后,流过原边绕组的电流线性增加,此时副边绕组的电压为100*-10=-1000V,整流管不导通,变压器内电感充电,假设当电流达到5A后关端开关管,此时变压器储能为1/2*5*初级电感量,由于电流得不突变性,它必须找到可以放电的电流回路,否则就会出现反向电压趋于无穷的现象击穿空气或者是开关管以释放能量,它的唯一能量释放回路就是通过副边整流后给电容充电!其实电流为500mA!所以电压就等于电容两端电压,和原边无关!!!

如果是衡功率P充电(频率和占空比恒定,每个周期充入变压器的能量相等)那么电容两端的电压上升速度du与电容两端电压U的关系!
W=1/2*C*U∧2,W=P*t,
U=(2*P*t/C)∧(1/2)
du=.....
du/U=.......
数学不大好了!!!!你自己推推看!
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lvhao_727
LV.2
10
2006-08-16 21:28
@v-mosfet
还是概念错误!!!副边上的反激电压怎么会和原边有关系呢???根据电感的基本性质,其两端的电流不可突变,现认为我们用的变压是无漏感的,假设变比为1:10,电源电压为100V,输出电容的电压为2KV,只见通过高压整流管连接....开关管开通后,流过原边绕组的电流线性增加,此时副边绕组的电压为100*-10=-1000V,整流管不导通,变压器内电感充电,假设当电流达到5A后关端开关管,此时变压器储能为1/2*5*初级电感量,由于电流得不突变性,它必须找到可以放电的电流回路,否则就会出现反向电压趋于无穷的现象击穿空气或者是开关管以释放能量,它的唯一能量释放回路就是通过副边整流后给电容充电!其实电流为500mA!所以电压就等于电容两端电压,和原边无关!!!如果是衡功率P充电(频率和占空比恒定,每个周期充入变压器的能量相等)那么电容两端的电压上升速度du与电容两端电压U的关系!W=1/2*C*U∧2,W=P*t,U=(2*P*t/C)∧(1/2)du=.....du/U=.......数学不大好了!!!!你自己推推看!
我明白了,咱们两个的分歧是在于我理解成变压器是电压带动电流,就是先产生反激电动势(根据法拉第定理),然后形成电流通路后再产生电流,副边电压恒等于原边电压乘与副边原边匝数比,而电流则不一定;而你的则认为是先产生反激电流,进而由电流产生电压,电流的变比关系是固定的,电压则不一定.哪个对呢?我搞不清楚了
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v-mosfet
LV.7
11
2006-08-16 21:49
@lvhao_727
我明白了,咱们两个的分歧是在于我理解成变压器是电压带动电流,就是先产生反激电动势(根据法拉第定理),然后形成电流通路后再产生电流,副边电压恒等于原边电压乘与副边原边匝数比,而电流则不一定;而你的则认为是先产生反激电流,进而由电流产生电压,电流的变比关系是固定的,电压则不一定.哪个对呢?我搞不清楚了
你理解反了!!!你说的是正激电路了!!!正好反了!!你再好好看看吧
正激是开关管开通的时候对外输出,利用的正向感生电动势,其值是确定的(与变比和电源电压有关)电流不定,所以正激开关电源输出有一个大电感,输出类似BUCK
反激是开关管关断时对外输出,利用的反向自感电动势,其值不定,但会受到输出回路的电压限制,起始输出电流与原边关断时电流瞬时值及变比有关,所以反击电源输出就直接通过二极管与电容相连了,由于自感电动势会受到输出电容电压的影响,可以根据主输出来确定匝伏比,再作副输出
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lvhao_727
LV.2
12
2006-08-16 22:23
@v-mosfet
你理解反了!!!你说的是正激电路了!!!正好反了!!你再好好看看吧正激是开关管开通的时候对外输出,利用的正向感生电动势,其值是确定的(与变比和电源电压有关)电流不定,所以正激开关电源输出有一个大电感,输出类似BUCK反激是开关管关断时对外输出,利用的反向自感电动势,其值不定,但会受到输出回路的电压限制,起始输出电流与原边关断时电流瞬时值及变比有关,所以反击电源输出就直接通过二极管与电容相连了,由于自感电动势会受到输出电容电压的影响,可以根据主输出来确定匝伏比,再作副输出
噢……原来是这样啊!我今天遇到大哥可真是太幸运了,澄清了很多事实,再次深表感谢!
回到话题,副边初始电流由原边关断时的瞬时电流决定,然后副边电流该怎么变化呢?电容的电压又是以什么规律上升呢?是不是在一个周期内,随着电容电压的上升,输出电压也上升,导致电流加速下降(我记得电流是以U0/L2的速度下降直到Imin的),但这个过程就麻烦了,因为电容的充电电压是电流的积分,而电流又与电容电压有关,这就是个常微分方程了,如下:
电容电压U0=1/C*电流的积分
副边电流=副边初始电流-U0/L2*时间
你看我分析的对吗?
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v-mosfet
LV.7
13
2006-08-16 22:56
@lvhao_727
噢……原来是这样啊!我今天遇到大哥可真是太幸运了,澄清了很多事实,再次深表感谢!回到话题,副边初始电流由原边关断时的瞬时电流决定,然后副边电流该怎么变化呢?电容的电压又是以什么规律上升呢?是不是在一个周期内,随着电容电压的上升,输出电压也上升,导致电流加速下降(我记得电流是以U0/L2的速度下降直到Imin的),但这个过程就麻烦了,因为电容的充电电压是电流的积分,而电流又与电容电压有关,这就是个常微分方程了,如下:电容电压U0=1/C*电流的积分副边电流=副边初始电流-U0/L2*时间你看我分析的对吗?
频率比较高,可以认为在一个周期内电容电压基本不变(即使变化,也是很小的)呵呵,这样分析就很易了.
无论如何变化,电流总会降低到0的对吧,这个时候反向自感电动势就消失了,只要检测反向自感电动势来控制开关管的开通就可以,可以利用简单的自激电路,然后注意启动就可以!!
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2006-08-17 16:01
@v-mosfet
频率比较高,可以认为在一个周期内电容电压基本不变(即使变化,也是很小的)呵呵,这样分析就很易了.无论如何变化,电流总会降低到0的对吧,这个时候反向自感电动势就消失了,只要检测反向自感电动势来控制开关管的开通就可以,可以利用简单的自激电路,然后注意启动就可以!!
最近我也在考虑这个问题,电压没这么高,但容值较大.储能近500W*S.
以前接触过的3V-300V的电路,用的都是反激.觉得这个还是很可行的.但难点是输出的功率,电流太小的话充电时间太长,假如平均500MA.那么输出功率就是85W.这样大的功率用反激不知道会不会出问题.变压器要很大吧.这方面没什么经验,希望各位继续指点,特别是v-mosfet
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2006-08-17 16:02
@v-mosfet
频率比较高,可以认为在一个周期内电容电压基本不变(即使变化,也是很小的)呵呵,这样分析就很易了.无论如何变化,电流总会降低到0的对吧,这个时候反向自感电动势就消失了,只要检测反向自感电动势来控制开关管的开通就可以,可以利用简单的自激电路,然后注意启动就可以!!
LT3750的原理跟你说的类似.
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2006-08-17 16:13
@jinxinjian1226
最近我也在考虑这个问题,电压没这么高,但容值较大.储能近500W*S.以前接触过的3V-300V的电路,用的都是反激.觉得这个还是很可行的.但难点是输出的功率,电流太小的话充电时间太长,假如平均500MA.那么输出功率就是85W.这样大的功率用反激不知道会不会出问题.变压器要很大吧.这方面没什么经验,希望各位继续指点,特别是v-mosfet
我又仔细看了你的帖子,你说的方法的功率应该是线性变化的.能不能说的具体点.不知有什么合适的IC.
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v-mosfet
LV.7
17
2006-08-17 21:42
@v-mosfet
频率比较高,可以认为在一个周期内电容电压基本不变(即使变化,也是很小的)呵呵,这样分析就很易了.无论如何变化,电流总会降低到0的对吧,这个时候反向自感电动势就消失了,只要检测反向自感电动势来控制开关管的开通就可以,可以利用简单的自激电路,然后注意启动就可以!!
没有什么合适的IC这种电路还是分立元件的简单,另外,它的输出功率并不是线形变化的而是按照类似双曲线变化,有一个最大峰值功率,想想一下如果输出电压无限高,那么放电时间就会趋于0,那么输入功率就是1/2*Im*U  (Im是限制关断电流最大值,U为输入电压),你可以看看照相机闪光灯的充电方式,基本类似
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1632
LV.4
18
2013-11-05 13:42
@v-mosfet
没有什么合适的IC这种电路还是分立元件的简单,另外,它的输出功率并不是线形变化的而是按照类似双曲线变化,有一个最大峰值功率,想想一下如果输出电压无限高,那么放电时间就会趋于0,那么输入功率就是1/2*Im*U  (Im是限制关断电流最大值,U为输入电压),你可以看看照相机闪光灯的充电方式,基本类似

恒流、、恒压 电容充电电源板   450v 0.5A   供参考   qq 106242478

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