串联谐振高压电容器充电电源关键技术研究

高压脉冲电容器充电电源是以高压脉冲电容器作为中间储能环节的脉冲功率系统的重要组成部分。由于具有抗短路能力强、电磁干扰小等特点，串联谐振式拓扑结构是高压电容器充电电源应用最多的拓扑之一。本项申请围绕提高基于串联谐振变换器的高压电容器充电电源充电精度的主线，针对相关关键技术开展全面、深入、系统的研究，通过在电流断续模式下采取PFM软开关和PWM硬开关相结合的控制方式，并选取合理的控制算法，在同一台电容器充电电源中同时实现大功率快速充电和微小功率高精度充电保持功能；通过电路分析的方法，定量分析各种工况各种控制方式下高频高压变压器分布电容对充电电源性能的影响，全方位揭示和了解串联谐振电容器充电电源的特性；并探讨通过改进变压器绕制方式和控制激磁电感抑制高频变压器分布电容的新方法。通过本项研究，将为提高基于电容器储能的脉冲功率系统的精度，促进脉冲功率技术的更广泛应用提供有力支撑。

本项研究针对基于串联谐振变换器的高压脉冲电容器充电电源相关关键技术开展研究工作，围绕传统的电流断续型以及新型的电流连续型两种控制模式，开展了从机理层面到应用基础层面的一系列研究工作，取得的主要创新性成果如下：. 1. 全面分析了电流断续型串联谐振高压电容器充电电源中的高频高压变压器寄生参数对电源输出特性的影响，分析表明随着充电电压的升高，串联谐振变换器将依次工作在双输出脉波模式、单输出脉波模式和零电流输出模式，推导得出了三种模式的边界条件，以及充电电流、谐振周期等随充电电压变化的规律，为充电电源的电路参数及控制方案设计提供了理论指导。. 2. 针对传统的电流断续型串联谐振高压电容器充电电源谐振电流峰值过高，输出电流难以大幅提升的问题，提出了通过移相控制的方法使串联谐振高压电容器充电电源工作在过谐振、电流连续模式，分析了电路的工作特点，确定了适合于高压电容器充电的工作模式，从工作模式优选以及确保足够电压增益等多方面考虑，提出了相应的谐振参数设计方法。. 3. 针对移相串联谐振变换器精确数学模型难以建立的情况，提出了采用模糊控制的方法对充电电流进行控制，设计了控制系统的参数，很好的实现了充电电流的恒流以及变指令控制。. 4. 根据电流断续型串联谐振高压电容器充电电源的充电电压保持的要求，提出了PFM软开关与PWM硬开关相结合的充电保持控制方案，以及全程采用PFM软开关模式的间歇式充电保持控制方案，解决了大功率快速充电和微小功率充电保持的矛盾，两种方法各有优势，可以根据不同的应用要求灵活选取。. 5. 对充电电源所处的强电磁环境进行了电磁兼容性分析和设计，重点研究了充电电源可能受到的磁场辐射干扰的情况，分析了屏蔽材料材质、屏蔽材料厚度、机箱开孔方式以及电路板放置方向与受到磁场辐射程度的关系，并提出了相应的抑制措施。