5.4 实验与应用实例
为了验证变换器电路的正确性,研制了一台实验样机。该样机变换器主电路中元器件主要采用第3章中实验所用的压电变压器、功率场效应管IRLR3410、负载高压电容0.22μF/4k V、高压高频二极管GL506,采样分压电阻R 1、R 2分别取100 MΩ和100 kΩ。从第3章分析的频率特性可知,驱动频率信号的计算值要略大于实际测量值,所以选择频率时可直接选择计算值,能同时创造实现零电压开关的必要条件。
图5.20 谐振支路两端电压信号波形
图5.21是输入直流电压为28 V,驱动信号频率f d取79.4 k Hz,占空比D为0.2,按5.2.5节方法计算电感L R取47μH时,输入端并联电容C P取78 n F,驱动信号电压u GS和变压器输入电压u S1的实验波形,可以看出实际电路的逆变开关工作于零电压软开关模式。u S1的最大值约为58 V,与式(5.11)计算结果一致。
图5.21 u GS与u S1实验波形
图5.22为室温下压电变压器输入电压u S1与负载电容输出电压u C1的波形图。实验将输出电压控制在2.9～3.1 k V。可以看到,在量子控制模式下输出电压的变化过程。电容电压u C1曲线的上升段斜率基本恒定,表示该充电电路实现了高压电容效率较高的恒流充电工作模式。
图5.22 u S1与u C1实验波形
图5.23所示为压电变压器谐振支路电流i r与负载电容输出电压u C1的波形图。实际的电路中没有可以直接测试谐振电流的理想测试点,本书通过将精密电阻串接在压电变压器公共地端与电路的地端之间,通过测试电阻的电压值来间接反映谐振支路的电流大小。图示可以看出,在充电过程后期谐振电流的包络线变化趋势和输出电压值一样均呈等台阶上升状,该结果验证了系统实现恒流充电条件分析的正确性。
图5.23 i r与u C1实验波形
图5.24所示为负载短路放电时和空负载时的高压电容输出波形。波形显示出负载短路放电后,电路能够继续正常工作,在空载时,能够控制在预设的电压区间内。
图5.24 负载短路放电时的电压输出波形