污水处理技术不产生二次污染,是一种高效节能的污水处理技术。其中涉及的高频脉冲放电技术及高频脉冲

高频脉冲电源分为两种：①通过PWM直接获得各种高频高压脉冲波形的形变电源;②高压直流及高频交流叠加而成的交直流电源。交直流电源可调节,互相配合优化工作,有效降低了控制难度,是一种较好的选择。对这类高压电源多采用谐振控制,以充分利用其寄生参数,但变频控制较为复杂。这里在高压直流变换器中引入倍压谐振整流技术,在实现初级开关管及次级二极管谐振软开关基础上,实现变换器恒频工作。

模态1[t0～t1] 变压器初级开关管V1,V4导通,初级电压加在变压器初级绕组上,次级电势上正下负,次级整流二极管VD1导通。次级漏感,VD1,谐振电容C1,C2,输出电容Co及负载构成谐振支,向负载传递能量。

模态2[t1～t2] V4导通,V1关断,结电容C4充电,C5放电,有助于V1实现零电压关断,并为V2零电压开通创造条件。此时次级谐振支继续向负载传递能量。

模态3[t2～t3] C5放电完毕,V2体二极管自然导通,维持初级续流,此时开通V2可实现零电压开通,初级电流在隔直电容电压作用下逐渐减小。此时次级谐振支继续向负载传递能量。

模态4[t3～t4] 变压器次级半个谐振周期后,VD1自然关断,实现零电流关断,无反向恢复现象,输出电压由谐振电容及输出电容维持。初级电流为励磁电流,为实现V4零电流关断创造条件。

如模态分析所述,倍压谐振整流全桥变换器初、次级存在2个谐振网络,分别为初级开关管、次级二极管创造软开关条件,为便于分析,这里将变压器漏感能量分别折合为初、次级漏感能量。

继而次级二极管实现ZCS关断,整流二极管为输出电压所箝位,无反向恢复特性,有效降低了二极管应力。

对于传统ZVS移相全桥变换器,由于输出滤波电感的存在,折合至初级的谐振电感较大,故超前桥臂ZVS实现较为容易。对于滞后桥臂,谐振仅依赖初级谐振电感,滞后桥臂ZVS实现较为困难,通常需要辅助网络。

此处研究的拓扑为容性滤波,无输出滤波电感,初级谐振电感仅为变压器漏感。因此需适当增加死区时间,以确保初级电流能够转移开关管并联电容上的能量,以实现ZVS。

考虑到次级二极管在半个开关周期内完成半个谐振周期后,折合至初级电流仅为励磁电流,初级环流较小,可认为滞后桥臂开关管关断时为ZCS。

由于初级额外谐振电感的存在,变压器初级电流由正到负,或由负到正过渡时间较长,变压器次级电流不足以维持负载电流,次级二极管同时导通续流,变压器次级短,造成传统ZVS移相全桥变换器存在较大的占空比丢失问题。

适当增加死区会造成部分占空比丢失,若取消谐振电感,采用倍压整流,在初级电流换向之前,次级二极管已自然关断,变压器次级开,大大改善了占空比丢失现象。

在Saber软件中建立仿真实验平台,输入直流电压为三相整流电压540 V,变压器初、次级匝比为1：3,开关频率为25 kHz,隔直电容为1.88μF,初级漏感为15μH,次级漏感为120μH,次级谐振电容为5 nF,输出直流电压为2.7 kV,输出功率为3.6 kW。图3示出仿线a可见,超前桥臂开关管电压在驱动开通前已降到零,实现ZVS开通;驱动关断后,开关管电压缓慢上升,实现ZVS关断。由图3b可见,滞后桥臂开关管也实现ZVS关断,但无法实现ZVS开通。由于此时次级谐振折合至初级电流为零,初级电流仅为较小的励磁电流,故可认为其实现ZCS开通。由图3c可见,次级二极管关断后无反向恢复电流和恢复电压尖峰,有效降低了其电压应力,有助于后续更高电压等级系统高压硅堆选取。考虑移相有效占空比,其输出电压为2.7 kV,仍高于输入电压整流经变压器升压后的1.62 kV。相比传统全桥变换器,可有效降低变压器高压侧匝数,减小设计难度。

极、漏源两端电压,开通和关断均实现了软开关。图4b为超前、滞后桥臂移相波形。图4c为次级二极管整流电压、电流,消除了反向恢复问题。实验结果验证了理论分析及仿线 结论

基于谐振倍压整流技术,研究了一种适合于等离子污水处理的移相全桥高压直流电源方案。讨论了其输出二极管及初级开关管软开关实现条件,实现了输出二极管电压尖峰,降低了二极管电压应力,为建立更高输出电压等级样机测试平台奠定了理论及技术基础。