全桥型IGBT脉冲激光电源原理与性能分析

　4设计要点

电源系统中，电感L与高频变压器T的设计是关键。从图2看出，逆变电路的负载只有电感L及变压器T的原边，当功率管导通，直流电压Ui加于图4所示位置时，电感上电压为Ui－UT1，则变压器原边电流i1=（Ui－UT1）t/L

图4计算电路

　　式中，UT1为输出电压Uo（高压整流桥导通时就是UT2）折算到变压器原边的值，UT1=U0/n，n为变压器副、原边匝比，又△Uo=（1/C0），

　　i2=i1/n

　　考虑到输出电压在逐步上升，而电流i1的幅值在不断下降，计算过程应该是一个迭代过程。

　　i1（m）=［Ui－U0（m－1）/n］t/L

　　U0（m）=U0（m－1）＋△U0（m）=U0（m－1）＋（1/C0）（i1（m）/n）dt

　　=U0（m－1）＋Uit2/2CLn－U0（m－1）t2/2CLn2

　　其中，t为半个周期，开关频率f为20kHz时，t=25μs；C0=100μF；L为限流电感电感量。

　　根据负载特性，最大工作频率为60Hz，即储能电容在1秒钟内放电60次，周期为16.7ms。考虑放电时间，则充电时间最多只有11ms。所以上式中m最大值取11ms/25μs=440

　　用MATLAB对上式进行计算，并绘出不同的L值、不同的n值、不同的直流电压Ui（Ui有一允许变化范围）情况下，电容电压U0的上升曲线。从中选取最佳方案，最终确定参数如下：

　　L=100μH

　　n=N2：N1=60：24

　　图5中，横坐标表示变压器副边绕组匝数N2，纵坐标表示输出电压U0，在L=100μH，Ui=520V，f=20kHz，N2=60时，输出电压U0为峰值。

图5MATLAB计算最佳变比

　5试验结果

　　图6为实测波形，（b）图示出（a）图的前几个周期。图中上部是变压器原边电源i1波形，下部是储能电容U0的电压波形，与图3仿真波形对应。由图中看出，i1为零后，U0并未立刻下降，而是保持一段时间，这是因为充放电时间固定的缘故，当U0达到预定值后保持至充电时间终了。

图6实验波形