徐陈勇

（公安部第一研究所，北京100048）

0 引 言

LCC高频谐振变换器具有软开关特性，能够减少开关损耗，具有抗负载开路、短路特性，其在安检领域高压X射线源应用中能够减小由高压打火放电造成负载剧烈变化对整个X射线源甚至整个设备的损害。本文首先介绍了LCC高频谐振技术，然后对其在大功率X射线源中的应用做了相关分析。

1 LCC高频谐振软开关变换器原理

由于变压器的制造工艺影响，变压器会存在一定的寄生参数。在高频逆变电路中，这些寄生参数如果处理不好就会对电路的正常工作造成较大的影响。LCC高频谐振变换器合理利用了高频变压器的漏感Ls、绕组层间的寄生电容Cp，使得这些寄生参数成为了对变换器工作有利的因素，LCC高频谐振逆变拓扑是利用电感和电容串并联谐振特点来实现高效逆变，基本结构如图1所示。

图中S1～S4为变换器开关管，D1～D4分别为开关管S1～S4上的反向并联二极管，Lr、Cs、Cp分别为谐振槽的串联谐振电感、串联谐振电容、并联谐振电容，T为变比是n的高频变压器，D11～D14为高频整流二极管，Co为输出电容，Ro为负载电阻。

图1 系统结构图

其中Lr、Cs、Cp构成整个电路的谐振槽，谐振频率公式为：

谐振电容Cr由Cs、Cp决定。

LCC高频谐振逆变器具有谐振电流断续（DCM）和谐振电流连续（CCM）两种工作模式。在谐振电流断续（DCM）状态下，设计合理的开关频率和谐振参数可以使逆变器工作在恒流源和软开关状态下，保证充电效率和减小开关管的开关损耗［1］。为实现软开关，一般选择DCM的状态，同时设计谐振频率fr＞2fs开关频率。在这个频率下根据开关管S1、S4（S2、S3）开通瞬间，并联谐振电容Cp上的电压是否被输出电压所钳位分为两种工作模式：一是Cp上的电压在开关管导通前被箝位的谐振电流双脉冲输出模式；二是Cp上的电压在开关管导通前没有被箝位的谐振电流单脉冲输出模式［2］。由参考文献［3］可以知道，双脉冲模式的开关脉冲宽度更易确定，有利于简化控制，由文献［3］［4］可知，模式二的开关脉冲宽度更易确定，利于简化控制。根据文献［3］的模式二波形图得到各个阶段的工作状态并推到输出电压Uo公式如下：

从表达式（2）可知，在硬件设计确定后，变压器变比n，谐振参数Lr、Cs、Cp、负载Ro、输入电压Uin全部固定为一个常数，高压输出Uo只和逆变频率fs形成一定关系，所以在LCC逆变控制技术中对Uo的控制一般是采用固定调制脉宽，通过调节频率的方式来进行的，即PFM技术。

2 X射线源中的应用分析

目前安检领域X射线源的总体功率都很小，其范围为100 W～500 W，所以其升压逆变拓扑形式主要是全桥硬开关高频逆变。逆变开关管工作在硬开关状态，其开关损耗很大，另外在大功率输出时，流过开关管的电流很大，电流拖尾严重，容易发生逆变短路故障，设备的可靠性也大大降低。同时X射线源在高压打火、放电的情况下，就会出现负载瞬间剧烈波动，极限后果就是出现负载短路，若出现X射线管灯丝断裂损坏则负载直接开路。剧烈的打火、放电会直接导致X射线源内部高压变压器、高压硅堆、高压电容损坏，严重时直接损坏前级的射线源控制板，甚至上级的计算机设备。为了避免由于X射线源高压打火、放电等情况对功率变换部分及其他电路造成损害，在设计X射线源功率电路时就必须解决好X射线源高压打火、放电问题。

在特定的工作模式下，LCC高频谐振变换器具有软开关特性，在大功率的逆变场合具有大幅度较小逆变开关损耗，提高逆变效率和可靠性等优点，同时其具有天然的抗负载剧烈变化特性，包括负载短路和开路都有很好的抵抗能力。这些优点恰好能够克服X射线源在高压打火放电过程中出现的负载剧烈变化对整个X射线源甚至整个设备的损害，同时，针对大功率X射线源的逆变能大幅度减小开关损耗。该拓扑在大功率X射线源中的应用具有一般硬开关拓扑不具有的优势，在设计中引入LCC高频谐振逆变器方案完全满足要求。

3 总 结

本文简单介绍了LCC高频谐振变换器的基本技术，根据其软开关变换、抗负载剧烈变化等优势与安检领域中大功率X射线源的设计需求进行分析。通过对比分析得到LCC高频谐振变换器完全满足大功率X射线源的设计需求，并且能够进一步提高X射线源的可靠性，这为后续特大功率X射线源设计提供了参考。

［1］任珊珊.高频谐振型静电除尘器负载闪络识别与处理技术［D］.秦皇岛：燕山大学，2012：28-29.

［2］罗廷芳，孟志强.LCC串并联谐振充电高压脉冲电源设计［J］.电子技术应用，2010，36（9）：80-82.

［3］刘 军.LCC-SPRC高压高频大功率电除尘电源的理论分析与功率参数设计［D］.杭州：浙江大学，2010.

［4］Batarseh I，Liu R，Lee C Q，Upadhyay A K.Theoretical and experimental studies of the LCC-type parallel resonant converter［J］.IEEE Transactions on Power Electronics，1990，5（2）：140-150.