一种电压可调高频高压电源的设计(9)

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此时采用了较大的占空比。

309.92V V(L1:2)308.75V307.50VSEL>>306.00V

10V0V-10V57.8661ms57.9000msV(M10:g) - V(M10:s)57.9500ms Time58.0000ms58.0477ms图3-11 Buck开关管的控制信号及整流输出

500mV0VSEL>>-598mV2.0mVV(U5A:OUT)0V-2.0mV20.0msV(R26:2)30.0ms40.0ms50.0ms Time60.0ms70.0ms80.0ms85.6ms图3-12 比例积分器的输入与输出波形

图3-12所示的为积分器的输入与输出之间的关系。可见比例积分电路当在输入为较为混杂的电压输入时其输出为稳定的直流输出，可见积分的设计是成功的，其已经工作在恰当的工作范围内，对占空比产生了一个持续的作用，使得输出逼迫设定值。

图3-13所示为Buck电路中电感电流的波动情况，由图可知：电感电流为一个方向，且峰峰值为?Um?400mA?200mA?200mA，电感电流的相对波动情况为：

???Im200mA??0.67I300mA32

第3章 高频高压电源控制电路的设计

491mA400mA200mA0A-117mA39.471msI(L2)39.600ms39.800ms40.000ms Time40.200ms40.400ms40.558ms图3-13 Buck电路电感电流波形

126.25V126.00V125.75VSEL>>125.55Vv(c5:2,c5:1)126.25V126.00V125.75V35.008ms35.200msV(C4:2,C4:1)35.400ms35.600ms35.800ms Time36.000ms36.200ms36.400ms36.600ms图3-14 半桥逆变电路平衡电阻分压波形图

图3-14所给出的是半桥逆变电路中两个电容的电压波形图，在设计中设置了平衡电阻用来平衡两个电容上的电荷分配。由图中可以看出取得了较让人满意的效果。

图3-15所给出的是CW倍压电路的输出功率，即为整个系统的输出功率由图中可以看出电路现在这个状态已经可以超过设计要求的功率要求，而此时能够达到很好的纹波要求。由之前对CW倍压电路的分析可知，倍压电路的纹波系数会随着输出功率的增加而增大。这就表明本设计中的电路在满足纹波要求的前提下可以承载更大的负载进而有效的提高了电源系统的输出性能。

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0W -10W

-20W-30W0s10msV(R10:2) * I(R10)20ms30ms40ms50ms Time60ms70ms80ms90ms100ms图3-15 CW倍压电路的输出功率图

3.4 闭环系统的抗干扰性能

为了测试系统的抗干扰性能，在原有系统参数不变的前提下，在第20ms时刻加入50V扰动，用以测量系统性能。以下是该扰动下的系统中相关位置的波形图。

-14.914KV-15.000KVSEL>>-15.122KV400VV(R10:2)350V300V13.65ms16.00msV(L1:2)20.00ms24.00ms28.00ms Time32.00ms36.00ms40.00ms44.00ms图3-16 突加扰动后整流滤波输出和最终输出波形

由图3-16可知：扰动在20ms时加入，但其作用在24ms时才开始出现，这是由于系统的惯性和交流输入周期共同决定的。3-16中下图为整流滤波后的直流电压，可以看到其幅值增加了50V，上图为系统的输出其电压值增大了大约50V，但在一个很短的时间里便又回到了原来的电压值。由此更进

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第3章 高频高压电源控制电路的设计

一步证明：该系统的控制调节的设计是成功的。

-771mV-500mV0V477mV

10.0msV(R29:1)20.0ms30.0ms40.0ms Time50.0ms60.0ms70.0ms15.5V10.0V0V-10.0V-14.7V14.9V17.84msV(M10:g,M10:s)17.86ms17.88ms17.90ms Time17.92ms17.94ms17.96ms10.0V0V-10.0V-14.2V28.3238ms28.3400msV(M10:g,M10:s)28.3600ms28.3800ms Time28.4000ms28.4200ms28.4400ms图3-17 扰动突加前后的控制信号占空比

及积分器输出电平信号

由于Buck电路采用的是高频控制，所以在调节过程中控制信号的改变不容易在一个图像里看出，所以采用了抓取两个时刻的控制信号来做比较，用以观察控制信号的改变。如图3-17所示，上图为突加干扰前后比例积分器的电平输出，中图为突加干扰前的占空比，下图为扰动后的占空比。结合图3-16可以得出结论，电压的回调是Buck控制信号占空比的变化产生的，是控制电路的作用。

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至此本文完成了系统控制电路的设计及仿真研究。

3.5 本章小结

本章主要是对Buck电路进行了建立模型处理，通过各项计算可以得知当系统的输入也变化时输出电压的变化是对输入变化与占空比变化的非线性关系。确定了以传统的PI调节为手段的调节方式。

经分析得出了CW倍压电路为一个较大的惯性环节，而变压器和CW倍压电路是一个接近线性的结构，因此决定将对输出电压的采样改在Buck电路级的输出位置。

本章还对积分器，电压比较器的工作原理进行了分析，并根据该设计的需要和积分时间的确定对积分器的参数进行了计算，得出了较为满意的结果。系统能较快的达到并稳定在设定值上。

最后对整个闭环系统进行了仿真，并得出了一系列的参数。最终可由波形图得出设计成功的结论。该系统达到了设计的所有要求，只需要改电源的参考值便可得到相应的电压输出，其对应关系也很简单，在上一小节中也给出了其关系式。

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