全橋型IGBT脈沖激光電源原理與性能分析

　　4設計要點

　　電源系統中，電感L與高頻變壓器T的設計是關鍵。從圖2看出，逆變電路的負載只有電感L及變壓器T的原邊，當功率管導通，直流電壓Ui加于圖4所示位置時，電感上電壓為Ui－UT1，則變壓器原邊電流i1=（Ui－UT1）t/L

圖4計算電路

　　式中，UT1為輸出電壓Uo（高壓整流橋導通時就是UT2）折算到變壓器原邊的值，UT1=U0/n，n為變壓器副、原邊匝比，又△Uo=（1/C0），

　　i2=i1/n

　　考慮到輸出電壓在逐步上升，而電流i1的幅值在不斷下降，計算過程應該是一個迭代過程。

　　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為半個周期，開關頻率f為20kHz時，t=25μs；C0=100μF；L為限流電感電感量。

　　根據負載特性，最大工作頻率為60Hz，即儲能電容在1秒鐘內放電60次，周期為16.7ms。考慮放電時間，則充電時間最多只有11ms。所以上式中m最大值取11ms/25μs=440

　　用MATLAB對上式進行計算，并繪出不同的L值、不同的n值、不同的直流電壓Ui（Ui有一允許變化范圍）情況下，電容電壓U0的上升曲線。從中選取最佳方案，最終確定參數如下：

　　L=100μH

　　n=N2：N1=60：24

　　圖5中，橫坐標表示變壓器副邊繞組匝數N2，縱坐標表示輸出電壓U0，在L=100μH，Ui=520V，f=20kHz，N2=60時，輸出電壓U0為峰值。

圖5MATLAB計算最佳變比

　　5試驗結果

　　圖6為實測波形，（b）圖示出（a）圖的前幾個周期。圖中上部是變壓器原邊電源i1波形，下部是儲能電容U0的電壓波形，與圖3仿真波形對應。由圖中看出，i1為零后，U0并未立刻下降，而是保持一段時間，這是因為充放電時間固定的緣故，當U0達到預定值后保持至充電時間終了。

圖6實驗波形