5.3.2 仿真结果分析
1.输出电压及逆变驱动电路仿真分析
(1)仿真结果
图5.18显示了输出电压以及变换器逆变驱动电路的主要信号波形,仿真波形与接下来的实验结果波形高度吻合,验证了仿真模型建立的正确性。逆变驱动电路中的各信号波形特征与上文分析结果一致,仿真结果验证了分析的正确性。
(2)仿真波形分析
图5.18(a)和(c)分别是充电前期和充电末期的波形曲线。图5.18(b)是图5.18(a)的对应局部放大波形。图中显示,高压电容的输出电压u C1的信号波形显示输出电压呈等台阶上升;开关频率信号u GS和变压器的输入电压信号u S1波形曲线显示,开关闭合时,开关上的电压呈准正弦波形开始从零上升,当开关接通时,电压刚好降为零,功率开关工作在软开关状态,大幅度降低了开关损耗,输入电压最大值为60 V,与实测电路值一致。
图5.18 输出电压与逆变电路主要信号仿真波形
流经缓冲电容的电流信号i Ci显示,在开关闭合阶段,其波形与流经电感的波形i LR基本一致,这说明在此期间变压器的谐振支路对缓冲电容与谐振电感形成的主谐振回路影响可忽略,在开关导通阶段,波形上的衰减振荡是由缓冲电容与开关导通时的寄生电感产生的谐振造成的,该振荡波形也是电路产生电磁干扰的一个重要来源,实际应用中软开关的实现可大幅降低该振荡信号的幅度;流经逆变电路谐振电感的电流i LR波形显示在开关导通阶段电流线性上升,开关闭合期间,电流呈正弦振荡波形;变压器谐振支路电流i r信号波形显示充电起始阶段和末期谐振支路电流波形近似正弦波形,且最大值都远小于流经逆变电路谐振电感电流的最大值。
对比图5.18(b)和图5.18(c)可以看出,尽管充电前后期的谐振电流变化较大,但均不影响流经谐振电感与流入缓冲电容电流之间的对应关系。即在变换器整个充电工作过程中,谐振电感与缓冲电容构成的谐振电路一直是逆变电路的主谐振回路。此外,还可以看到整个过程中,变压器的输入电压最大值基本保持不变,该信号不随着输出电压的变化而变化,这与下文图5.22所示实测电路波形结果一致。以上仿真结果验证了前文对逆变开关工作模式分析的正确性。
2.倍压整流电路仿真结果
图5.19所示为倍压整流电路工作过程的波形仿真,其中图5.19(a)为充电前期的波形曲线图,图5.19(b)为充电末期的波形曲线图。对比图5.19(a)和图5.19(b)可以得知,随着充电周期的递增,整流电路中的二极管导通角在逐渐减小。谐振支路电流最大值不断增大,与前文的分析结果一致,验证了对整流电路分析的正确性。
图5.19 倍压整流电路仿真波形
3.压电变压器谐振支路仿真结果
图5.20为充电末期压电变压器主边等效电路中主要信号的电压波形,其中第一通道为Rm-L r-C r谐振支路两端的电压波形u ab(见图5.13),第二通道为变压器输入电压u S1信号波形,第三通道为等效变压器主边受控电压源u Co/n的波形。仿真结果显示,5.2.6节分析的频率选择方法可使变换器实现近似恒流等台阶充电,图中充电末期对应的变换器谐振支路两端电压的峰-峰值约等于其余两电压信号峰-峰值之和,验证了分析的正确性。