串并联谐振高压脉冲电容充电电源的闭环控制
将模拟PI控制变成采用DSP实现的数字PI后，控制性能更加灵活。数字PI控制器模型为：
系统中因电流和功率控制要求不高，为防止频繁动作，电流闭环和功率闭环都采用带死区的PI调节器，在误差超出死区范围时才进行调节控制。
软件实现时，充电启动命令，先对DSP的EV赋初值输出PWM开始充电，定时器0定时中断后，采集电容两端电压值U1，等待定时器0下一个定时中断，采集电容两端电压值U2，根据U1，U2，电容容量Co以及定时器0定时中断时间T计算充电电流和功率：
Io=Co△u／△t=Co(U2-U1)／T，P=UIo=(U1+U2)Io／2 (3)
计算出充电电流和功率后，判断如果未达到设定功率(1．2 kW)，采用电流PI控制算法，改变逆变部分开关频率和占空比，维持充电电流恒定；如果达到设定功率后，采用功率PI算法，改变逆变部分开关频率和占空比，使输出功率恒定。在未达到设定电压95％前，不断地循环采集计算，执行PI控制，到Uo达到设定电压95％，EV PWM赋初值，小电流充电，达到设定的Uo，PWM停止输出，完成充电。
电容充电完成后，若没有立即释放，由于电容或放电回路存在泄漏电流，导致电容两端电压逐渐减小，如果要求电压精度较高，还可在充电末期加入小电流恒压，保持闭环控制。
5 闭环实验结果及分析
完成软件编写调试之后，利用600μF，15 kV高压脉冲电容进行闭环控制充电的实验，设定Uo=7 kV，功率1．2 kW。图6a示出闭环后iL包络和Uo波形。对比图6a与图2可知，恒频时7 kV充电时间22 s，闭环后充电时间为17 s，充电速度明显变快。图6a中Uo波形前一阶段斜率基本不变，为恒流充电。
根据实验数据记录得图6b所示闭环后Uo、充电电流Io和输出功率Po曲线，Po最大1．2 kW，在达到1．2 kW前Io基本恒定，充电到接近7 kV时Io改为小电流，Po下降。实验效果理想。
采用闭环控制后，可实现1．2 kW恒功率输出，原设计的3 kW电源系统主电路参数均可减小，从而减小变压器、滤波元件、开关管等体积和重量，在设计其他电源时可减小电路功率等级，对电源的小型化和减轻重量有重要意义。
需注意的是，闭环控制调节开关频率时，开关频率有一个限制范围，需保证满足IGBT的软开关。通过观察恒频控制时各个充电阶段的谐振周期，判断出谐振周期的变化范围，根据此变化范围来确定开关周期的变化范围，使开关周期大于2倍谐振周期，实现软开关。
通过实验发现，恒频控制时充电后期谐振周期缩小到35μs，谐振正半周时间变化较小(分布电容较小)，故末期开关周期必须大于70μs，导通时间大于25μs，取开关周期最小为72 μs，导通时间最小为26μs(导通时间不变)，在PI控制过程中需要满足此限制，故系统需要既调节开关频率，又调节占空比。开关周期的最大限制可在满足应用的条件下选择合适的值。
图6c示出采用闭环控制后充电到6 kV时的iL和Uo，由图中iL波形可见充电到6 kV时，谐振电流仍为断续，谐振正半周大概25μs，满足软开关。
6 结论
实际的LC串联谐振电容充电电源都是LCC串并联谐振，采用闭环控制策略可改善LCC串并联谐振电路的性能，提高充电速度及电源利用率，降低电源功率等级，减小电源的体积和重量，适合限制功率，要求小型化的场合。
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