[发明专利]一种谐振型稳流电源装置

说明书

技术领域

本发明属于电源技术领域，特别涉及粒子加速器装置中的磁铁稳流电源技术。

背景技术

在粒子加速器装置中，广泛使用二、四、六极磁铁、校正磁铁、螺线管等，以实现对束流的控制。目前磁铁稳流电源中，大功率的多采用斩波器方式，中小功率的多采用ZVS(零电压开关)移相PWM(脉冲宽度调制)技术，开关电流波形类似方波，开关频率一般只有几十KHz。近年来谐振电源如LLC谐振型拓扑在通讯电源、液晶电视电源等领域得到逐步应用，使电源开关频率、功率密度及效率得到进一步提高，但目前仍没有采用FM方式的谐振型磁铁稳流电源。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够提高稳流电源的开关频率、功率密度及效率，降低开关电流谐波的谐振型稳流电源装置。

本发明的技术方案是，一种谐振型稳流电源装置，包括有源功率因数校正电路或输入整流滤波电路、谐振电路、变压器及输出电路和电流传感器及控制电路，所述谐振电路为串联谐振拓扑结构电路，谐振电感、谐振电容和输出变压器的初级串联在拓扑结构电路的输出回路。

上述串联谐振拓扑结构电路，为半桥方式，由两个MOS管和两个桥臂电容构成；两个MOS管和两个桥臂电容分别串联后，一起并联在有源功率因数校正电路或输入整流滤波电路的输出端。

上述串联谐振拓扑结构电路，为全桥方式，由四个MOS管构成；四个MOS管两两串联后，一起并联在有源功率因数校正电路或输入整流滤波电路的输出端。

其技术效果是：本发明由于采用串联谐振拓扑，其串联谐振电路的电流增益可以大于1，对电压的增益小于1，故适合了磁铁稳流电源低压大电流的特点；且由于损耗小，电源能够以很高的工作频率工作，结合谐振变换器和频率调制(FM)变换器的优点，最终能够达到很高功率密度的整机性能。相对于目前采用的PWM及移相调制技术，本发明提高了稳流电源的开关频率、功率密度及效率，使开关电流由“似方波”变为“似正弦波”，从而降低了开关电流的谐波。特别适合于10kW以下的中小功率稳流电源。

附图说明

图1是本发明的电原理框图；

图2是采用半桥式串联谐振拓扑结构的电路原理图；

图3是谐振电流波形图；

图4是采用全桥式串联谐振拓扑结构的电路原理图。

具体实施方式

如图1所示，谐振型稳流电源，包括有源功率因数校正电路或输入整流滤波电路1、谐振电路2、变压器及输出电路3和电流传感器5及控制电路4。根据稳流电源固定负载、低压大电流输出的特点，谐振电路采用串联谐振拓扑结构电路。

串联谐振拓扑结构电路可为全桥方式，也可为半桥方式。

如图2所示，本例为输出30A/30V稳流电源装置，不带有源功率因数校正电路，直接采用市电220V供电。谐振电路采用半桥式串联谐振拓扑结构电路，最低工作频率选定为137kHz，最高工作频率为500kHz。谐振电流波形参见图4。交流220V市电输入整流滤波电路1中，经过整流桥1-1、滤波电容1-2后输出直流300V电压，用于谐振电路2的输入电压。MOS管2-1、2-2分别并联有体二极管2-11、2-12，二极管作为续流二极管，组成MOS管组件，两个MOS管组件串联在一起。串联的两组MOS管组件与两个串联的桥臂电容2-7、2-8一起并联连接在整流滤波电路1的输出端，谐振电容2-6、谐振电感2-5及变压器3-1初级三者相串联后(无先后顺序)，一端连接在两个串联MOS管的中点，另一端连接在两个串联桥臂电容的中点。

MOS管2-1，2-2在驱动信号控制下，轮流导通，在两个桥臂中点之间产生交替的方波电压波形，谐振电感2-5和谐振电容2-6回路上产生形似正弦的电流波形。桥臂电容2-7和桥臂电容2-8串联分压，其中点电压为母线电压的一半，即150V。谐振电感2-5和谐振电容2-6发生谐振，在变压器3-1的初级产生高频交替的电流波形，用于向变压器3-1的次级提供能量。变压器3-1次级输出经过二极管3-2、3-3整流、电容3-4滤波后，输出给负载LOAD。

电流传感器5对输出电路中的电流进行取样，并将电流信号转换为电压信号，送到控制电路4中作为闭环的反馈电压。同时控制电路中有基准电压产生电路，和取样得到的电压信号一起决定驱动信号频率，可以调节基准电压的大小，控制MOS管的导通频率，从而控制电源的输出电流。当输出电流升高时，取样电压升高，和基准比较后，控制电源的驱动信号频率升高，从而电源的输出能力下降，使输出电流降低；当输出电流降低时，取样电压降低，和基准比较后，控制电源的驱动信号频率降低，电源的输出能力升高，使输出电流稳定。