LCC 逆变充电电感式功率脉冲电源的仿真分析
王晓明，赵宪宁
哈尔滨工业大学电气工程系，哈尔滨 (150001)
E-mail：zxning001@163.com
摘 要：为了获取万伏以上的高压窄脉冲输出，设计了一种采用高压脉冲变压器电感式功率
脉冲电源，同时为了提高电源的重复频率，设计了 LCC 逆变充电器。省去中间的高频变压
器，电源采用逆变输出直接整流对中间储能电容充电的拓扑结构，文中分析了逆变器的工作
原理、给出参数设计原则，并分析了电容充电及向脉冲变压器放电的过程。仿真分析表明，
电源可实现前沿 1.3μs 幅值 30kV 脉宽 4μs（90%幅值）的脉冲输出，最高重复工作频率达
3.8kHz，充电器稳定工作时的损耗不超过输入功率的 5%。该电源结构较简单、成本较低，
容易做成紧凑一体化的结构，可作为废气处理电源或其它需要数万伏高压窄脉冲工作的场
合。
关键词：功率脉冲电源；电感储能；LCC 谐振；Pspice 仿真
中图分类号：TM46
1．引言
为了获取陡前沿高压窄脉冲输出，人们尝试用MARX发生器的方式，电路较复杂，陡化
前沿有许多设计和工艺上的困难之处
[1]
。采用电感断路的方式容易获取高压脉冲输出，但断
路开关是其发展的瓶颈
[2,3]
。电感的快速充电是另一个问题，不像电容那样可以小电流充电
而降低对充电功率的要求，并且只要充电电路设计合理，快速性可能满足要求
[4]
。另一个问
题是高效率和小型化，这通常主要由充电电路决定，传统的工频电源变压整流充电方式体积
大、可控性差、效率低、快速性也不尽人意，寻求解决上述问题的途径成了领域研究者们的
关注点
[5,6]
。
利用电容作为中间储能单元，通过对它的充电解决较小容量和快速充电的问题，再由电
容向电感放电储能，断路开关在脉冲变压器的初级，承受断路电压较低，通过升压在次级得
到高压脉冲，这种混合储能的方式受到青睐
[7]
。
本文从获取高重复频率、陡前沿高压窄脉冲的基本电源要求出发，设计了一种 LCC 逆
变充电的电感式功率脉冲电源，文中进行 LCC 逆变器的工作原理分析和参数设计，对电容
电感能量传递过程和脉冲变压器的工作进行分析，并用 Pspice 对电源电路的各单元工作波
形和损耗及输出特性进行了仿真分析。
2．LCC逆变充电电感式功率脉冲电源的设计
2.1 电源主电路和工作原理
如图 1 所示，电路由工频整流滤波、LCC高频逆变、高频整流、电容充电储能、电感充
电断路释能、升压输出脉冲等单元构成。电路工作过程：220V交流通过整流滤波得到直流
通过LCC串并联谐振逆变得到高频交流，然后高频整流后向储能电容C充电，当储能电容电
压达到最大值的时候，单片机控制主开关IGBT闭合，C向脉冲变压器的初级电感L
1
放电，L
1
电流达到最大值时，单片机控制主开关IGBT断开，L
1
电流通路被切断，根据磁动势的平衡
关系和能量守恒的法则，初级线圈储能绝大部分经变压器次级释放，在负载上得到高压脉冲。
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