·上一文章：一种新颖的有源箝位ZVS—Boost变换器
·下一文章：集成输入滤波电感与倍流输出电感的推挽正激变换器磁集成部分的分析与设计
O 引言
高频变换能有效地减小功率变换器的体积、重量。但也带来了高的开关应力、高频变压器漏感引起的电压尖峰、电磁干扰(EMI)、高频开关损耗、效率低等问题．而谐振变换具有工作频率高、开关损耗小、效率高、重量轻、体积小、EMI小、开关应
力低等特点，因此近来得到广泛的研究。
谐振变换器有串联和并联两种基本类型。串联谐振变换器具有能隔断直流分量、避免变压器饱和以及轻载效率高，适合高压小电流输出等特点。并联谐振变换器负载可开路、对电容脉动电流要求小以及适合低压大电流输出等特点。根据电流源电路的特点，选择并联谐振方式，并进一步设计成两级I/C谐振网络。
本文第一部分分析感性负载下电流源的各个工作模式，第二部分是对并联谐振方式的理论分析、仿真研究及实验结果，第三部分是由并联谐振改进的两级I/C谐振网络的设计．为便于分析，在电流源工作模式分析中不加进谐振网络。
l 电流源的工作模式
主电路是由一级Buck电路加全桥逆变电路组成的，如图l所示。Buck电路通过输出大电感产生近似恒定的恒流源，再通过全桥逆变变成方波电流源，作为二次侧电源的供电电源。
假没开关器件是理想器件，电感和电容均为无损耗的储能元件，线路其它损耗可忽略，电感电流“纹波很小，在分析其它电流波形时可认为恒值。对于感性负载，其工作状态分为8个阶段，主要工作波形如图2所示。各阶段的等效电路如图3所示。
1)阶段l[t0-t1] t0时刻，因负载电流相对于参考方向为负，开关管S2及S5内寄生二极管导通给负载电流续流，D1及S1导通给电感电流续流。
2)阶段2[t1-t2]负载电流换向，开关管S2及S5零电压开通，t2时刻，iD1=0，二极管D1零电流关断。
3)阶段3[t2-t3]电压下降为零，Buck电感L与负载电感串联，负载电流基本保持不变。
4)阶段4[t3-t4]时刻，S1关断，电感电流通过二极管D2、开关管S2及S5导通，负载电流基本保持不变。
5)阶段5[t4-t5]时刻，S2及S5关断，负载电流相对参考方向仍为正，此时，S3及S4的寄生二极管给负载电流续流。D1及D2导通给电感电流续流，电感和负载电压箝位为Vdc，负载电流在Vdc的作用下迅速下降，电感电流iL因感抗大而只有较小的下降。其间，S3及S4有导通信号，但负载电流仍为正，仍是S3及S4的寄生二极管导通续流。
6)阶段6[t5-t6]时刻，负载电流换向，S3及S4零电压导通，当iD1=0时，D1零电流关断。
7)阶段7[t6-t7]V1电压下降为零，Buck电感L与负载电感串联，负载电流基本保持不变。
8)阶段8[t7-t8]t7时刻，S1导通，S3及S4继续导通，Buck电感L与负载电感串联，负载电流基本保持不变。
2 并联谐振的设计
假设逆变桥输出电流为‰谐振电感电流iL谐振电容电流iC，负载电流iR，则等效电路模型如图4所示，其中ip为方波电流源。
式中ω=2πf；
ωi=iω，i=1，3，5…n。
设LC谐振角频率为ω，则
对于开关频率的k次谐波，LC的阻抗值如下。
取ω0=ω，即谐振频率等于开关频率，由式(6)可知，|Zab|→∝，|Zab|与Q成反比，即Q值越大，|Zab|越小，滤波效果越好，但同时谐振电感、电容上电流也越大，考虑到大电流情况下，谐振电感、电容不易设计，实际电路取值Q≈3。
采用了PSPICE仿真软件进行仿真验证。仿真参数如下：直流电源电压300V，开关频率l00kHz，质因数Q=3，负载阻抗50Ω，谐振电感、电容分别是15.9μH，159nF，从图5仿真波形上看，负载电流近似为正弦波，谐波分量较小。
根据以上的数据，我们对电流源主电路进行了实验，得到未加谐振网络与加谐振网络负载电流波形分别如图6(a)和图6(b)所示。
对比图6(a)、图6(b)可见．加谐振网络负载电流波形得到了改善，基本上呈正弦波值得注意的是，以上仿真和实验都是在重载情况下做的，当负载很轻时，由式(6)可知，Q值小，谐振网络效果不明显，
3 两级LC谐振网络的设计
两级LC谐振式电路如图7所示。C1及L1主要用于滤除开关毛刺以及限制负载最大电流，G2及L2是主谐振网络，主要用于改善负载电流波形，使其趋于正弦波，降低电流高次谐波分量。电流源在满足输出要求的情况下，采用平均值反馈方式。取样电流是滤波电感L上的电流，忽略纹波电流。
由电路可知，
所以从滤波电容上漏走的电流大小可以表示为
从式(9)可以了解到对于同样的给定输出电流，负载上的输出电流并不是确定的，而与负载、输出频率和滤波参数有密切的关系。考虑到实际装置隔离驱动负载是小确定的，为了保证任何负载下输出电流基本固定，加大输出电感L，减小输出电容C，可以使负载电流接近电感的电流，使负载趋于阻感性负载，保证负载电流处于某一范围。
根据以上的分析，进行了实验验证。实验参数如下：直流电源电压300V，逆变和Buck开关频率都为100kHz，C1=2.2nF，L1=115μH，C2=1OnF，L2=lOOμH。图8是实验所得波形，重载及轻载闭环前波形良好正弦，工作稳定可靠，轻载闭环后负载和谐振网络近似为纯感性，负载电流波形为三角波。
4 结语
本文主要介绍了Buck电路和全桥电路谐振电流源的工作模式，并根据谐振理论将方波的电流信号变成良好的正弦电流信号，从而减少了EMI及提高了效率。对并联谐振轻载情况下谐振效果不明显的缺陷，又进一步设计了两级LC谐振网络。仿真和实验效果表明该谐振电流源在不同负载下都能达到良好效果。作为具有良好正弦波形的高频电流型交流母线，在分布式电源系统日益发展的今天，将越来越显示其广阔的应用前景。
