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(b)相频特性图

图4 二阶滤波电路的幅频及相频特性

这是一个二阶滤波电路，其传递函数的幅频和相频特性示意图如图4所示。由图4可见，对同样幅值的输入电压，频率由小到大变化时，其输出响应先变大，到某一个最高点后，再逐渐变小。这意味着主电路的增益在频率变化时会剧烈变化，给控制电路的设计带来不便。由相频特性可见变压器相当于一个滞后环节。

由以上分析可知，由于漏感和杂散电容的存在，高压高频变压器在电路中的增益随频率的变化而变化，且容易出现谐振现象。以某高压高频变压器为例，实际测量该变压器的参数为：Ls=0.8H，Rs=25Ω，Cs=5000pF。则其谐振角频率ωo=15.8×103rad/s，对应的谐振开关频率fo=2.5kHz，品质因数Q≌500。在频率约5～10kHz范围该变压器增益极大，须将输入电压降得很低才能得到所需输出，很容易造成输出过压。而过了10kHz频带后，增益迅速衰减，须将输入电压升得很高才能得到所需输出，在20kHz频率下会出现电压传递不到副边的现象。

因此，在高压高频变压器的绕制过程中，应注意减少其漏感以提高谐振频率。可采用减少绕组匝数，原副边紧密耦合，应用高密度绝缘材料等办法解决该问题。

本文采用一对U型非晶合金作为高压高频变压器的磁芯，这种材料的饱和磁密可达1T，且磁导率较高，在设计变压器时可不加气隙，使漏感减到最小。

经过重新处理后的高压变压器参数为：Ls=0.08H，Rs=55Ω，Cs=3500pF，其谐振频率为fo=9.5kHz，可基本满足需要。

(a)输出电压波形(5kHz)

(b)输出电压波形(10kHz)

图5 不同频率时的输出电压波形

应该指出的是，DC/AC部分输出的方波经LC和变压器滤波后虽然能得到正弦波，但不同的频带滤波效果是不同的。方波由基波和一系列奇数次谐波组成。在低频时，谐波频率也较低，由图5(a)可见谐波的衰减较小，造成输出正弦波的正弦度不是太好，而高频时，谐波频率较高，衰减很大，使变压器可以输出标准正弦波。如图5(b)所示。

2、输出交流频率的控制

对输出频率的控制是通过改变SG3525芯片的调制频率来实现的。SG3525的脚3(SYN)是输入同步端，由80C196的HSO口输出的频率可调的脉冲经缓冲后送入该脚，即可改变SG3525的振荡频率，从而实现输出频率的改变。如图6所示。

图6 SG3525频率控制示意图

3、输出交流幅值的控制

对交流输出电压幅值的控制可采用开环或闭环控制的方法，开环控制比较简单，容易实现，且可靠，但精度不高，对负载和电网的波动敏感。因此，本例采用闭环控制以实现对交流输出幅值的控制，如图7所示。电压反馈值和输出给定值进行比较，并经SG3525内部的运放放大后，得幅值可变的直流电压。该电压与内部三角波比较后，可控制SG3525的输出脉宽的大小，改变DC/DC输出电压值，从而改变DC/AC的输出电压幅值。

图7 交流输出幅值控制电路示意图

4、恒流电路的设计

本文所设计的电源是一个电压源，但在实际使用过程中可能会出现需要限制输出电流的情况，因此，设计了一个恒流环节。电流给定和电流反馈信号比较放大后，经二极管隔离后送入SG3525的脚8(SS)。脚8正常电压约+5V，当其电压降到+5V以下时，输出脉宽就开始被缩短，当电压再低到一定程度时，脉冲输出将被封锁。因此，可将此恒流电路看成是一个电流外环，正常运行时，电流给定值大于电流反馈，PI调节器饱和，不影响SG3525的使用；当电流反馈大于电流给定时，PI调节器输出开始下降，将脚8电压拉低，使SG3525输出脉宽减少

关键词： 高压 正弦波 变频 逆变电源