高压逆变电源负载阻抗特性分析
0 引言
目前，在臭氧发生器、污水处理、烟气脱硫、高功率激光、等离子体放电等技术领域，高压逆变电源正得到越来越多的应用。传统的高压逆变电源一般由工频或差模电感器中频变压器直接升压或LC串联谐振获得，不可避免地存在体积大、效率低的缺点。在目前许多需要高压电源一体成型电感器的场合，采用高频差模电感技术和软开关技术，可以有效减小高频电源体积、重量和损耗，所以高频高压逆变电源是未来发展的方向。
由于高压逆变电源的应用领域不同，负载的阻抗也会不同；另外电源在工作时负载阻抗会随温度的变化而变化，所以研究负载的变化对逆变电源输出参数的影响有着重要的意义，也是设计一个优良电源的关键。本文根据实际应用中的逆变电源，分析了负载阻抗变化的特性。
1 实际电路及其工作原理
高压逆变电源前级一般采用不控整流、全桥逆变，后级采用串联谐振软开关结构。本实验电源也是这种结构。由于电路实际中要求负载在短路时对系统影响很小，所以负载不能直接串联在后级谐振回路中，而采用负载部分接入的方式，本实验电路框图如图1所示。
其具体组成如下：1)调压器。输入220V工频电压，输出0~220V可调；2)整流：全桥整流；滤波：4个450V／470 μ F电容并联；3)逆变。全桥逆变电路，由控制电路、驱动电路、保护电路和MOS管组成的全桥开关构成；控制电路由TL494构成，可以通过改变脉冲宽度改变输出参数；开关管采用三菱的MOSFET管，极限参数为20A／1200V；4)高频变压器。采用高频升压变压器，原边线圈3股50匝，大电流电感副边2股80 匝；5)谐振电容。由14个22nf、／1200V电容组成，构成谐振软开关电路，电路的设计谐振频率为100KHz；6)负载和其中四个电容并联，采用部分接入形式。此电路负载在试验测试时用可变电阻代替。
工作原理：交流电经调压器调压后，由整流滤波电路整流成直流电，全桥逆变回路将经过的直流电压转换成高频交流电，再经过高频升压变压器和串联谐振回路加到负载上，使负载工作，调节回路的谐振频率来调节输出的电流和电压功率电感。
2 负载阻抗变化特性的分析和仿真
简化的逆变电源系统中谐振负载回路如图2所示，L为变压器的漏感，C1、C2为谐振电容，Rp为负载电阻。为便于分析，对于图2我们可以等效为标准的串联谐振形式，如图3所示。
等效转换后，电路中参数数值对应关系如下：
对于全桥结构的串联谐振逆变器，其输出电流与负载电阻的对应关系如式(3)所示：
其中Ude为直流母线电压，R为负载直流电阻，N1、N2分别为变压器原边和副边的匝数。B为逆变器输入电压信号基波分量与输出电流的相位差。
在串联谐振回路中，输出基波电压和电流的相位差β南电路的工作频率f、回路负载阻抗R、谐振电感L和电容C决定，其关系式为：
实际应用中电路工作频率约为110KHz，Ude和L都为已知量，根据上面分析的电路工作原理，把式(1)、(2)、(4)式代入式(3)可得输出电流 10和负载阻抗Rp的函数式，在Rp取值在100 Ω到10k Ω之间时，我们利用Matlab仿真得Rp与IO的变化曲线如图4所示。
已知回路的电流，可得负载Rp两端的输出电压UO
由于IO是负载Rp的函数，所以由式(5)可知U0也是Rp的函数，在Rp取值在100 Ω到10k Ω之间时，我们利用Matlab仿真得到如图5所示的Rp与U0的变化曲线。
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