[发明专利]电力试验的高精度串联谐振高压电源

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种高压直流电源，具体是高精度的、高频的、基于谐振软开关的高压直流电源。

背景技术

电力设备常规试验中，试验直流电压为单极性持续电压，要求脉动因数小于3%，同时具有充足的电源容量。目前，直流试验所采用的高压直流发生器的开关管大多工作于硬开关状态，电磁干扰较大，所输出的直流试验高电压脉动较大，试验效果受到影响：一方面，较大的电压脉动会造成高压直流耐压时易损坏被试验设备；另一方面，试验需要测量直流泄漏电流等参数，其值很小，会造成较大的测试误差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于谐振软开关技术和可变谐振电容技术的高压直流电源，可完全消除逆变器的开关损耗和高频不可控整流电路的整流损耗，整个电源系统控制策略简单、效率高，而且达到给定输出电压响应快、波动小。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：输入侧稳压电容器、高频逆变器、可调式串联谐振电路、高频变压器、高频可不控整流器、输出侧稳压电容器，依次顺序连接组成。

所述的输入侧稳压电容器用于稳定输入电压。

所述的高频逆变器包括：第一高频开关、第一高频二极管、第二高频开关、第二高频二极管、第三高频开关、第三高频二极管、第四高频开关、第四高频二极管。第一高频开关与第一高频二极管反并联和第二高频开关与第二高频二极管反并联后串联连接，第三高频开关与第三高频二极管反并联和第四高频开关与第四高频二极管反并联后串联连接，上述两者并联连接，两个串联连接点与可调式串联谐振电路相连接。

进一步地，高频逆变器采用离散的控制方式，根据开关管不同的导通方式，逆变器的输出有3种状态，分别称之为正向谐振、自由谐振、和反向谐振。正向谐振是高频逆变器输出的脉冲电压方向与谐振电流方向相同，对谐振电流起到加强作用，称之为正向谐振；高频逆变器输出脉冲电压为零，对谐振电流无影响，称之为自由谐振；高频逆变器输出的脉冲电压方向与谐振电流方向相反，使得谐振电流减弱，称之为反向谐振。

进一步地，高频逆变器的3种离散控制状态，同一状态，谐振电流的不同方向对应不同的开关导通方式。正向谐振状态的开关导通方式为：谐振电流为正时，导通第一高频开关和第四高频开关；谐振电流为负时，导通第二高频开关和第三高频开关。自由谐振状态的开关导通方式为：谐振电流为正时，导通第一高频开关或第四高频开关，导通第一高频开关与第三高频二极管使得可调式串联谐振电路形成回路，导通第四高频开关与第二高频二极管使得可调式串联谐振电路形成回路；谐振电流为负时，导通第二高频开关或第三高频开关，导通第二高频开关与第四高频二极管使得串联谐振电路形成回路，导通第三高频开关与第一高频二极管使得串联谐振电路形成回路。反向谐振状态的开关导通方式为：不管谐振电流是正或负，关断第一高频开关、第二高频开关、第三高频开关、第四高频开关，当谐振电流是正时，第二高频二极管和第三高频二极管导通使得可调式串联谐振电路向高频逆变器输入侧回馈电能；当谐振电流为负时，第一高频二极管和第四高频二极管导通使得可调式串联谐振电路向高频逆变器的输入侧回馈电能。

进一步地，高频逆变器的3种离散控制状态都在谐振电流的过零点切换开关管的状态，以使得开关损耗为零，开关频率与串联谐振频率始终保持相同，且3种离散控制状态的作用周期设定为串联谐振周期的一半。

所述的可调式串联谐振电路包括：第一谐振电容器、第二谐振电容器、第五高频开关、谐振电感、高频变压器的漏感，第二谐振电容器与第五高频开关串联后和第一谐振电容器并联，谐振电感、高频变压器与之串联连接。

进一步地，第五高频开关导通时，第一谐振电容器与第二谐振电容器并联作为可调式串联谐振电路的谐振电容，谐振电容的容量增加，谐振周期增大，其他条件不变，高频逆变器的3种离散状态仍按原先的谐振周期的一半作为作用周期，仍在谐振电流的过零点切换开关管的状态，一种状态结束时下一个谐振电流过零点还未到来，至下一个谐振电流过零点的间隔，关断第一、二、三、四高频开关管。按照正弦波形的等效原理，其他条件不变，周期增加将使得幅值减少，经过等效计算，第五高频开关导通后的输出侧直流电压与之前的输出侧直流电压比值的平方等于第一谐振电容器的容量和第一谐振电容器的容量与第二谐振电容器的容量之和的比值。