学霸的科技帝国- 第100部分

　　　　“喂，你会压浪了？你真得会了，你是怎么学会的？”愉快地唱着歌的诺敏拍打刘晨的胸口，进而是腰身、大腿，全身都是柔软放松。

　　　　啊？刘晨从发呆的节奏中醒了过来，惊喜道：“还真会了，这种感觉还真是奇妙，哈哈，你教人骑马的法子很有效。”

　　　　一通百通，打通了任督二脉一样，刘晨算是学会骑马了。

　　　　“哈哈，那当然啦，像你这么笨，胆子又小的家伙，都能学会骑马，充分说明我教得好。”

　　　　主要是歌唱得好！

　　　　刘晨可不敢说出真相，由衷赞道：“你不仅教得好，唱得也好，你这嗓子完全可以当歌星了。”

　　　　“我可以吗？”诺敏很高兴，从小就喜欢对着羊群唱歌，不过一直都是哼着几首蒙族的调子。

　　　　“绝对可以，我听一个朋友说明年芒果台就会办一届歌唱比赛，你去参加一定能拿到冠军。”

　　　　诺敏很高兴，咯咯直笑，笑得前仰后合，刘晨真怕她从马上掉下来。夸赞几句开心成这样？

　　　　黄杰此时就不太高兴了，苦着脸，头发都扯掉了一大把，一根接一根地抽烟，又快速地抽了一根，然后打一遍电话。一直保持这个状态好几个小时。

　　　　桌上的电话机响了，他直接把半截烟掐在了烟灰缸里，一看号码就接下来亲切地笑道：“许总，您好呀。”

　　　　来电正是四门子华区总裁许虎，黄杰给这老小子打了十几通电话全没接，一直等着电话呢。

　　　　“非常不好意思，黄首长，一整天都在忙着跟几个客户商谈，没来及看手机。让您久等啦，我赔罪，我赔罪。”许虎是美籍华人，在华夏土生土长，大学毕业全额奖学金去了美国攻读phd，经过十几年打拼又杀了回来，身份、地位那可完全不同了。

　　　　你赔罪个屁，黄杰心里大骂。你个龟儿子就是故意不接老子电话，一肚子火气不得发泄。直肠子也不会拐弯，语气还是硬邦邦，“许总客气啦，叫我老黄就行了，这都说了多少次了。”

　　　　“哎，不行。不能坏了规矩。”

　　　　黄杰对这老狐狸头大得很，开门见山道：“许总，跟你打电话还是上次商谈的事情，定制你们公司的高压直流激发器，你也是华人嘛。就算为祖国也要帮这个忙呀。”

　　　　“哎呀，黄首长，这个大帽子可不好扣给我呀，一个搞不好可就成了华奸，我可是一个地地道道的华人，心里一直系着祖国，实话跟您说，要不是我的斡旋，总部那边是不答应定制这种高端设备，上次的合作方案确实是最底线啦，你却一下子给否却了，哎，我这心里也很难过。”

　　　　黄杰气不打一处来，丫就是一地道华奸，要不是有求于人，非得破口大骂不可，为今之计也只好压着性子。

　　　　“许总，这是国家项目，实在没办法让步，你看这样行不，我再给价格往上涨一涨，这也是我能做到的最大程度啦。”

　　　　许虎笑了笑，答非所问道：“黄首长，我听说最近国内相关领域的教授、专家都突然不见了，是不是被你藏起来攻关啦？”

　　　　“呵呵，这个就不便透露啦。”

　　　　“黄首长不说，我也能猜到，不过我想攻关失败了吧，这项技术可不简单，低频重量不达标，高频不稳定不说，还会带来严重的空间emc问题，对其他设备的寿命也有极大损害，兜了一圈子回来，不是白费功夫嘛。”

　　　　许虎是笑呵呵地说着，黄杰听着恨不得摔了电话。

　　　　“这个确实不便多说了。”

　　　　“黄首长，其实我们四门子的要求很简单，就是想借助这个机会测试一下其他的产品，这对我们双方来说，合则两利呀，我们的技术能够把频率提高到50khz以上，重量绝不会超标。”

　　　　“抱歉，这个条件我们无法答应，只是从你们这里购买一个设备而已，不容讨价还价，位置一定要摆清楚。”黄杰的性子压不住了，音调也高了起来。

　　　　许虎还是笑呵呵，“那真是太遗憾了，黄首长，邓公曾经说过，科学技术是第一生产力，这可不仅仅是一个设备，而是一项高难度的技术，既然如此，那我就预祝诸位教授能够攻关成功啦，如果我们能够自主研发，作为华人，我也无比骄傲。”

　　　　“再见！”

　　　　黄杰挂了电话，再说下去，他真怕失态直接大骂起来。

　　　　芬利浦那边的合作直接告吹，现在四门子也一口咬定这样的条件，希望也渺茫。

　　　　黄杰瘫坐在椅子上，又开始一根烟接着一根烟抽了起来，抽了半包心里才舒服了些，他不仅是为了前途担心，更多是种悲哀，为什么集合全国的教授专家都攻克不了难关呢，为什么让人家外国公司掐住了脖子，许虎这个华奸为啥敢反过来提条件，不就是人家掌握了关键技术嘛。

　　　　抽了太多烟，嗓子都发哑了，他深深地吸了口气，站了起来，每天的例行工作，虽然不抱希望，还是要看看诸位教授有没有进展。

　　　　来到会议室外。

　　　　“首长好。”诺达搬着牛奶进来，看到黄杰连忙放下来，恭恭敬敬地学着军人的样子敬礼。

　　　　对诺达来说，那就是高攀不起的大人物，敬畏得很，看到一脸严肃的黄首长，恨不能要发抖了。

　　　　黄杰对这憨厚的小伙子也有印象，点了点头。

　　　　两兄妹正好过来送吃食，每天一次，今天诺敏说什么也不让刘晨跟着一起来了。

　　　　“首长好。”诺敏也很拘谨。

　　　　黄杰摆了摆手让他们离开，推门进了会议室，脸上勉强地摆出一副笑脸，他可不敢跟这群知识分子摆谱，都是请来的贵客。（未完待续。）

第232章　发生器【文科生勿点】

　　　　技术领域

　　　　本发明涉及的是一种开关电源，具体是采用多电平逆变器的、高频的、基于谐振软开关的高压直流电源。

　　　　背景技术

　　　　高压直流电源在静电除尘、高压电容充电和医疗影像等设备中有着广泛的应用。传统的高压直流电源通常采用晶闸管相控整流后用工频变压器升压的供电方案。但这种低频的供电方式使得变压器和滤波器件的体积、重量比较大，而且电源的输入、输出端都含有大量难以滤除的低次谐波。近年来，随着新一代功率器件（如igbt、mosfet等）的广泛应用，微处理器的速度进一步提高，高频逆变技术也越来越成熟，为研制一种高性能的大功率高压直流电源创造了条件。

　　　　高频化可以使得高压电源装置小型化、轻量化，但同时开关损耗也会随之增加，电能效率严重下降，电磁干扰也增大了，所以简单的提高开关频率是不行的。在大功率高压直流电源应用场合，由于常规pwm（pulse　width　modulation，脉宽调制）时，开关管工作于硬开关的状态，电磁干扰较大，开关管损耗和损坏几率较大，不利于进一步提高开关频率，同时也影响了电源的稳定性和效率。针对这些问题，提出了软开关技术，它利用谐振为主的辅助换流手段，解决了电路中的开关损耗和开关噪声问题，使开关频率可以大幅度提高。

　　　　经对现有的技术文献检索发现，《基于谐振软开关的大功率高压直流电源》利用功率主回路中高频变压器的漏感和外加电容构成串联谐振电路。可以改善开关管的开关环境，采用pam（脉幅调制）和pfm（脉频调制）相结合的调制方式。pam控制利用晶闸管相控整流电路调节直流母线电压来调节输出功率。pfm控制通过改变逆变电路的工作频率来调节输出功率。pam控制晶闸管相位，会产生开关损耗。而且晶闸管的开关频率较低，也就决定了pam无法快速响应；pfm只能消除开关管开通时或关断时的单一损耗，开关频率较高时，开关损耗仍然较高，对开关频率仍有一定的限制。

　　　　发明内容

　　　　本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于谐振软开关技术的高压直流电源，可完全消除逆变器的开关损耗和高频不可控整流电路的整流损耗，整个电源系统控制策略简单、效率高，输出的电压波动小、响应快。

　　　　本发明是通过以下技术方案实现的。本发明包括：工频不可控整流器，该整流器被配置来给逆变器稳定的输入电压；逆变器将输入的稳定直流电压转换为多种脉冲电平输出，用来对串联谐振的幅度进行调整；串联谐振电路由外加电容与变压器的漏感组成，如果变压器的漏感不足，可外加电感，将逆变器输出的脉冲电平转换为正弦波形，以便于变压器升压；高频不可控整流器对高频高压正弦电压整流，n级整流器的串联作用可使输出直流电压升高n倍。

　　　　所述的工频不可控整流器是对电网电压整流，包含的整流器数量由逆变器的输出电平数量决定。整流器以串联连接。低频变压器的次级双绕组保证各整流器中的电流、电压相位相同，相应的二极管同时导通，使得串联电容组均压充电。

　　　　所述逆变器的开关频率高，采用软开关控制以消除高频开关损耗。逆变器增加一个开关管。输入直流电压有两种。根据开关管不同的导通方式，逆变器的输出有5种状态，分别为2正向谐振、1正向谐振、自由谐振、1反向谐振和2反向谐振。逆变器输出状态概括为正向谐振、自由谐振和反向谐振。正向谐振是逆变器输出的脉冲电压方向与谐振电流方向相同。对谐振电流起到加强作用；自由谐振是逆变器输出脉冲电压为零，对谐振电流无影响；反向谐振是逆变器输出的脉冲电压方向与谐振电流方向相反。使得谐振电流减弱。同一状态，谐振电流的不同方向对应不同的开关导通方式。在谐振电流的过零点切换开关管的状态。以使得开关损耗为零，且开关频率与串联谐振频率始终保持相同。根据检测的电容电压、谐振电流和输出电压，逆变器的5种状态按照仿真得到的决策曲线决定下一时刻的输出状态。每种状态的作用周期设置为串联谐振周期一半的整数倍。

　　　　所述串联谐振电路由外加电容器和变压器的漏感串联组成，如果变压器的漏感不足，可外加电感。电容器与电感的容量确定，串联谐振频率和逆变器的开关频率也确定。电容器与电感的容量选取由逆变器的开关管的耐电压和耐电流情况和不可控整流器所要求的电容器充电速度决定。电感值与谐振电流峰值反比例，与整流器的电容器充电速度反比例，电容器电压只与谐振频率有关。

　　　　所述高频不可控整流器对高频变压器输出的高压交流电整流，输出高压直流电压。输出电压提高的倍数由高频变压器初、次级匝数比，次级绕组数量和每个次级绕组连接的整流器级数决定。变压器每个次级绕组连接多级整流器，不同次级绕组连接的整流器之间串联。次级绕组连接的多级整流器增加电容器，且连接到各级整流器的电容器容量相同，所流过的电流为零时，各整流器的相应二极管同时导通，保证各串联电容器均压充电，且无整流损耗。

　　　　高频变压器升压倍数不变的情况下，次级两个绕组的匝数和不变，即高频变压器不会因此增加容量和体积。高频变压器输出的是高压高频交流电，高频不可控整流器中的二极管须采用快速二极管。输出电压由多个电容器串联提供。每个电容器的耐压值降低了多倍，但电容器的选用仍要遵循容量小、耐压高的原则。容量小可使输出电压升压更快。

　　　　一种无超调且不影响快速性的升压方法。串联谐振电路中，电容电压与谐振电流需进行限制。以保护逆变器和高频不可控整流器中的开关管和二极管。在升压阶段，输出电压给定值并不直接为目标值，而是逐渐升高，收敛于目标值。输出电压给定值上升至目标值的95％之前，输出电压给定值以正向谐振状态使得输出电压升高的幅度上升，使之以最快的速度升高。此时，若是查表判断下一时刻为反向谐振状态强制为自由谐振状态，电容电压与谐振电流超过限定值，下一状态也强制为自由谐振状态。输出电压给定值达到目标值的95％以后。输出电压给定值以较小幅度上升，快速收敛到目标值，判定为自由谐振状态的情况强制为反向谐振，以保证整个电压上升过程输出电压无超调现象。

　　　　与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：逆变器的结构简单、控制策略容易实现，基于谐振软开关控制技术，可完全消除开关损耗，开关频率进一步提高，由于逆变器输出电平增加。对输出电压调节更加精细，使得输出电压波动更小、响应更快；为了适应所设计的逆变器输入电压模式，采用的工频整流器串联结构对串联电容组均压充电，保证了逆变器输入电压的稳定。而且工频整流器不需要对其输出电压调整，采用不可控整流器，简化了整个系统的控制复杂度；高频不可控整流器采用多级整流器串联方式。在各级整流器之间增加相同容量的电容，消除了高频不可控整流器的损耗。提高了整个系统的效率。

　　　　附图说明

　　　　当参考阅读下面的详细说明时，将更好地理解本发明的特征和优点。其中，在全部附图内，类似的字符表示类似的部分，其中：

　　　　图1为本领域已知的高压电源拓扑；

　　　　图2为根据本发明的一个实施例，采用五电平逆变器40的高压电源拓扑，工频不可控整流器50采用工频变压器42次级两绕组分别整流，高频不可控整流60采用高频变压器44次级两绕组分别连接2级整流器，并串联在一起；

　　　　图3为根据本发明的一个实施例，采用五电平逆变器40的高压电源拓扑，工频不可控整流器70采用2级整流器，高频不可控整流器80采用4级整流器；

　　　　图4为逆变器40的5种工作状态，1…逆变器40的输出电压，2…串联谐振电路的谐振电流。其中，i…2正向谐振，ii…2反向谐振，iii…自由谐振，iv…1正向谐振，v…1反向谐振；

　　　　图5为输出电压给定值的理想上升曲线，1…理想给定值上升曲线，2…仿真得到的高压直流电压输出曲线；

　　　　具体实施方式

　　　　如图1所示，本领域内公知的高频高压直流电源100的拓扑。高压直流电源100使用了三级功率电路，以将电网中的三相交流电压11转换为可调节的稳定高压直流电压17。电网的三相交流电压11经可控整流电路30，及较大容量的电解电容52，得到逆变器10的直流母线电压13。可控整流电路30采用pam控制策略可根据输出的高压直流电压17连续地调节直流母线电压13。此处可控整流晶闸管是有开关损耗的，只是开关频率低，损耗很小。也正因为开关频率低，可控整流电路30的输出响应很慢，不易频繁调整输出直流母线电压13。

　　　　直流母线电压13到高频交流高压15是通过逆变器10、串联谐振电路和高频升压变压器26实现的。逆变器10由四个全控开关管各反并联一个二极管组成，外加电容22与变压器26的漏感组成串联谐振电路，如果漏感不够，可外加一个电感24。逆变器10输出的高频脉冲电压经串联谐振电路，输入到变压器26中的是正弦电压及电流，经过变压器26的升压作用就得到了高频交流电压15。逆变器10常采用pwm和pfm的控制策略。可连续跟踪输出电压17的变化，虽然采用了谐振软开关技术。在开关管开通时或关断时仍会产生一次开关损耗，较硬开关的损耗降低了一半以上。高压直流电源中的整流电路一般采用多级整流器20。可以使得整流二极管和电容的耐压值降