IGBT的固态高压脉冲电源的设计原理

图2中LCC串并联谐振变换器是此高压脉冲电源充电电路的核心部分，由4个功率开关管IGBT与谐振电感Ls、串联谐振电容Cs、并联谐振电容Cp组成，工作原理是：利用电感、电容等谐振元件的作用，使功率开关管的电流或电压波形变为正弦波、准正弦波或局部正弦波，这样能使功率开关管在零电压或零电流条件下导通或关断，减少开关管开通和关断时的损耗，同时提高开关频率，减小开关噪声，降低EMI干扰和开关应力。

分析LCC串并联谐振充电电路时，假设：1)所有开关器件和二极管均为理想器件;2)变压器分布电容为0;3)n2C》Cs;4)开关器件工作在全软开关状态。

根据开关频率fs与基本谐振频率fr的关系，LCC谐振变换器有3种工作方式：1)fs<0.5fr的电流断续模式(DCM)，开关管工作在零电流/零电压关断、零电流开通状态，反并联二极管自然开通、自然关断;2)fr>fs>0.5fr的电流连续模式(CCM)，开关管为零电流/零电压关断、硬开通，反并联二极管自然开通但关断时二极管有反向恢复电流，电路开关损耗较大;3)fs>fr仍然为电流连续模式(CCM)，与2)的区别是开关管为零电流/零电压开通、硬关断，电路开关损耗同样较大。谐振频率为：

其中Lr为谐振电感，

为谐振电容，视工作状况不同，由串联电容Cs与并联电容Cp共同决定。

在此设计中，选用合理的逆变设计参数，使LCC串并联谐振变换器工作在DCM模式下，结合软开关技术，使开关损耗达到最小。

1.3高压脉冲形成电路

高压脉冲的形成是利用IGBT构成的全桥拓扑结构对前级产生的高电压进行开关控制从而实现双极性脉冲输出，如图2所示。

开关Q5、Q7与开关Q6、Q8分别在正负半周期交替导通，得到双极性的脉冲输出。改变两组开关的切换频率，即可改变输出双极性脉冲的频率，控制开关管的导通时间即可调节输出脉冲的占空比，得到脉宽与频率均可调的双极性高压脉冲波。

1.4高压脉冲电源的控制

整个系统的控制由TMS320F2812DSP芯片和IGBT驱动器来实现，主要通过恒定导通时间-恒频控制的方法实现LCC串并联谐振充电电路的软开关，减少开关损耗，调节输出电压;及利用变频变宽的控制方法实现后级脉冲形成电路的输出脉冲控制和IGBT同步触发等。

TMS320F2812开发板，内部集成了16路12位A/D转换器、两个事件管理器模块、一个高性能CPLD器件XC95144XL,可实现过压、过流保护在内的电源系统运行全数字控制，提高输出电压的精度和稳定度。且采用软件编程实现控制算法，使得系统升级、修改更为灵活方便。

1)过压保护

通过高频降压互感器检测脉冲升压变压器原边电压得到电压信号Ui,将Ui作为过压保护电路的输入电压，将过压保护电路的输出信号接到DSPF2812的

引脚，这样迫使系统重新启动，实现过压保护的目的，以达到保护负载的安全。