脉冲变压器升压高压脉冲电源的设计

高压强脉冲电源的设计摘要：本文提出了一种强脉冲发生器电源的设计方案，应用此方案设计了高压电源、IGB T控制充电、可控硅控制放电，可以自动运行的脉冲磁场发生设备。

最大直流电压达到3KV且连续可调，放电脉冲电流高达10000A。

该设备由一片AT89C52单片机控制，可实现与计算机的连接。

关键词：高压电源； IGBT ；可控硅The Design of High Voltage Pulsed Power Supply Abstract: This paper presents a strong pulse generator power supply design, applications for this program designedhigh-voltage power supply, IGBT control the charging and SCR controlled discharge, can be run automatically pulse magnetic field equipment. Maximum DC voltage 3KV and continuously adjustable discharge pulse currents up to 10000A. The device is controlled by an AT89C52 microcontroller can be realized with the computer.Key words: high voltage power supply；IGBT；SCR，引言：强脉冲磁场对工业装置及医疗的作用［1］，强脉冲磁场对金属形成时的影响［2］以及脉冲磁场刺激对生物体的效应等已经越来越引起人们的关注。

目前国内的脉冲磁场设备，一般电压较低，频率也较低。

特别是高压充电部分采用调压器调压［3］，这样体积太大也显笨重。

深入学习高频脉冲变压器的设计但凡真正的KC人，都有不同程度的偏执，对一个问题不摸到根源绝不罢手—ehco脉冲变压器属于高频变压器的范畴，与普通高频变压器工况有别。

脉冲变压器要求输出波形能严格还原输入波形，前后沿陡峭，平顶斜降小。

在众多的制作实践中，随处可见脉冲变压器的身影。

例如DRSSTC中的全桥驱动GDT（Gate Driving Transformers门极驱动变压器），感应加热电路中的GDT等等，相信KCer对其功能和重要性都有一定了解。

但谈到如何具体设计一个符合规格的脉冲变压器，相信也还有不少人停留在简单的匝比计算或是经验设计层面，没有深入地研究。

每每遇到磁芯的选择，匝数、线材的确定时，都无从下手。

本文针对这些问题，在高压版black、ry7740kptv、山猫等大神的鼓舞下，将本人的学习心得形成图文与大家分享，旨在抛砖引玉。

因本人水平有限，如若存在错漏，望斧正为谢。

下面从一个简易的GDT驱动电路说起上图中，T1为脉冲变压器，当初级（左侧）为上正下负时，右侧输出上正下负信号，该信号通过D3、D4、C23、RG，给IGBT的Cge充电，当充电电压达到VGE（ON）时IGBT的C、E开通，并且C23充电，C23的充电电压被D5钳制在8V。

当T1输入为上负下正时，D3反向截止，T1的输出被阻断。

在R15偏置电阻提供的偏流下，C23存储的电压构成反偏，迅速抽干Cge 存储的电荷，使IGBT快速关断。

那么，根据实测值或相关厂商数据，有以下已知数据。

1、IGBT型号：IKW50N60T2、开关频率fs：50KHz3、栅极正偏电压+VGE：+15V4、栅极反偏电压-VGE：-8V5、脉冲变压器初级侧驱动电压：+24V6、单个IGBT驱动电压占空比D：0.467、栅极电阻RG：10Ω8、IGBT管内栅极电阻Rg：0Ω9、三极管饱和压降：Vces=0.3V10、二极管压降：VDF=0.55V11、GDT效率η：90%一、计算IGBT驱动所需的峰值电流IGPKIGPK =（+VGE-（-VGE））/RG+Rg=23/5.1=2.3A二、计算次级电流有效值IsrmsI srms =I GPK D^0.5=2.3×0.68=1.56A三、计算次级单个绕组输出功率P sPs=V s I srms =（+V GE +V DF +（R G +R g ）I srms ）I srms=(+15+0.5+(10+0)×1.56)×1.56=48.5W四、计算初级输入功率Pi ，因为该电路中，一个变压器含2个相同的输出绕组，所以 Pi=2Ps/η=2×48.5/0.9=107.8W五、计算脉冲变压器初、次级总功率Pr 。

目录前言 (1)1 脉冲变压器设计要求和原始数据 (3)1.1脉冲变压器计算程序设计要求 (3)1.2计算原始数据： (6)2 脉冲变压器的设计 (8)2.1线路的计算 (8)2.2绝缘的设计 (11)2.3铁心和绕组的选择 (14)2.3.1铁心的设计要求 (14)2.3.2铁心的去磁电路 (16)2.3.3 绕组的选择 (20)2.4脉冲变压器的脉冲的计算 (25)2.4.1 脉冲平顶降落的验算 (25)2.4.2 脉冲的前沿畸变验算 (26)2.4.3 脉冲后沿宽度的检查 (30)2.5脉冲变压器的整体结构 (31)2.6脉冲变压器的温升与经济指标 (34)2.6.1脉冲变压器的温升和经济指标 (34)2.6.2 脉冲变压器的温升和经济指标的验算 (35)3 脉冲变压器的试验 (38)3.1脉冲变压器的初次试验 (38)3.1.1 加压试验 (38)3.1.2 改变回路参数的试验 (39)3.1.3 “+／-极性”的试验 (39)3.2脉冲变压器的负荷试验 (40)3.2.1 脉冲波形的检查 (40)3.2.2 漏感和电容 (41)3.2.3 变比的测量 (42)总结 (43)致谢 (45)参考文献 (46)前言脉冲变压器是电子变压器一种特殊类型，它所变换的不是正弦电压，也不是交流方波，而是接近矩形的单极性脉冲；脉冲变压器现已极其广泛地应用于各种电子设备之中。

脉冲变压器与一般普通变压器的区别所有脉冲变压器其基本原理与一般普通变压器(如音频变压器、电力变压器、电源变压器等)相同，但就磁芯的磁化过程这一点来看是有区别的，分析如下:(1) 脉冲变压器是一个工作在暂态中的变压器，也就是说，脉冲过程在短暂的时间内发生，是一个顶部平滑的方波，而一般普通变压器是工作在连续不变的磁化中的，其交变信号是按正弦波形变化.(2) 脉冲信号是重复周期，一定间隔的，且只有正极或负极的电压，而交变信号是连续重复的，既有正的也有负的电压值。

IGBT的固态高压脉冲电源的设计原理由于脉冲电源有断续供电的特性，在很多领域都获得了广泛的应用，其中高压脉冲电源是系统的核心组成部分。

为了获取高重复频率、陡前沿高压脉冲电源，文中提出了一种基于IGBT的高压脉冲电源，系统主要由高压直流充电电源和脉冲形成电路两部分组成，由DSP作为主控制芯片，控制IGBT的触发和实现软开关技术，并用仿真软件PSIM对高压脉冲电源进行仿真分析，验证了设计思想的正确性。

由于脉冲电源有断续供电的特性，在很多领域都获得了广泛的应用。

比如说高能量物理、粒子加速器、金属材料的加工处理、食品的杀菌消毒、环境的除尘除菌等方面，都需要这样一种脉冲能量--可靠、高能量、脉宽和频率可调、双极性、平顶的电压波形。

无论将此高功率脉冲电源用于何种用途，高压脉冲电源均是其设计的核心部分。

传统的高功率脉冲电源一般采用工频变压器升压，然后采用磁压缩开关或者旋转火花隙来获取高压脉冲，因而大都比较笨重，且获得的脉冲频率范围有限，其重复频率难以调节，脉冲波形易变化，可靠性较低，控制较困难，成本较高。

文中采用固态电器--IGBT来获取高压脉冲波形。

将IGBT 作为获取高压脉冲的电子开关，利用IGBT构成LCC串并联谐振变换器作为高压脉冲电源的充电电源，同时利用IGBT构成全桥组成脉冲形成电路，输出双极性高压脉冲波形。

文中给出了系统结构、系统各个部分功能说明，通过仿真电力电子仿真软件PSIM对LCC充电过程和脉冲形成电路进行仿真分析。

1 高压脉冲电源系统结构1.1 高压脉冲电源的拓扑结构高压脉冲电源常用的主电路拓扑可以归纳为两类：电容充放电式和高压直流开关电源加脉冲生成的两级式两种。

电容充放电式是通过长时间充电、瞬间放电，即通过控制充放电的时间比例，达到能量压缩、输出高压大功率脉冲的目的。

优点是可以输出的脉冲功率和电压等级较高，脉冲上升沿较陡;但是，输出脉冲的精度难以控制，而且重复频率低，因而应用范围比较有限，主要应用在核电磁物理研究、烟气除尘、污水处理、液体杀菌等场合。

基于超导脉冲变压器的脉冲电源的设计摘要随着电子科技的不断发展，脉冲电源在电子领域中的应用越来越广泛。

然而，传统的脉冲电源设计存在很多问题，例如类型单一、效率低下、质量差等。

本文研究了一种基于超导脉冲变压器的脉冲电源。

首先介绍了传统脉冲电源的缺点，然后阐述了超导脉冲变压器的优点以及其应用于脉冲电源中的可行性。

接着分析了超导脉冲变压器的结构和运行原理，设计了一种符合实际应用的超导脉冲变压器电路，并通过数值模拟验证了其性能。

最后对该脉冲电源进行实验验证，结果表明该脉冲电源具有输出稳定、精度高等优点关键词：超导脉冲变压器脉冲电源数值模拟1.研究背景与意义目前，最先进的超导脉冲功率设备可以实现数千安培的电流输出和10微秒以下的脉冲宽度，其电能密度可达到数十兆焦/立方米。

美国、欧洲和日本是当前超导脉冲功率技术的主要研究地区。

这些国家的研究机构和企业都在积极探索新的超导材料和应用领域，并将该技术推向新的高峰。

超导脉冲功率技术在医学成像方面有着广泛应用，市场调研公司Global Market Insights预测，到2025年，全球医疗超导脉冲功率设备市场规模将达到40亿美元。

超导脉冲功率技术还被应用于大型科学实验装置，近年来，超导脉冲功率技术也被引入到通信行业，用于实现高速数据传输和保障网络安全。

超导脉冲功率技术不仅在大型装置和系统中得到了应用，还可以被集成到小型设备中目前，各国的研究机构均在探索新型超导材料的合成和性能优化。

例如，中国科学院近年来就取得了多项超导材料研究的重要进展。

2超导混合储能脉冲功率电源模式分析发现电感电容混合型的储能脉冲电源的放电电路作为脉冲功率电源是最好的选择。

放电方式：超导储能脉冲功率电源放电可以采用多种方式，如串联放电、并联放电和混合放电等方式。

其中，混合放电方式是最为常见的一种方式，可充分发挥各种放电方式的优点，同时避免其缺点，从而得到更好的放电效果。

放电参数：超导储能脉冲功率电源的放电参数设计包括放电电流、放电时间和放电模式等。

脉冲驱动变压器设计指南脉冲驱动变压器（Pulse driven transformer）是一种将电压和电流转换为脉冲信号的器件，常用于电子设备和电源系统中。

它的设计和制造需要考虑多个因素，包括电压、电流、功率、频率以及电气和磁性特性等。

本文将为您提供一份脉冲驱动变压器设计的指南，详细介绍设计过程中需要注意的关键要素。

第一步是确定设计参数。

首先，需要确定变压器的输入和输出电压，并计算电压转换比。

输入电压是指输入信号的电压，即驱动信号的电压。

输出电压是期望在变压器的输出端点上获得的电压。

通过计算电压比，可以确定变压器的匝数比例。

其次，需要确定变压器的额定电流和功率。

额定电流是指变压器在额定工作条件下允许通过的电流。

功率则与额定电流和额定电压相关，可以通过计算得出。

第二步是选择磁性材料。

磁性材料是变压器的核心部分，决定了变压器的功率和效率。

最常用的磁性材料是铁氧体和磁性硅钢片。

铁氧体适用于高频应用，而磁性硅钢片适用于低频应用。

选择合适的材料要考虑到频率、损耗、热量产生和可行性等因素。

第三步是计算和设计变压器的参数。

这包括匝数、线径、磁芯尺寸等。

匝数的计算是基于电压转换比、输入电压和输出电压进行的。

根据材料的选择和预期功率损耗，可以计算合适的线径。

磁芯尺寸可以根据所需功率和电流计算得出，进而确定变压器的尺寸。

第四步是绕线设计。

绕线是将导线绕在磁芯上的过程，需要根据变压器的参数和设计要求进行合理的布局。

绕线的设计要考虑到电流密度、线圈层数、绕线方式以及绝缘等。

对于高频应用，绕线的布局也会影响到变压器的电磁干扰和噪声。

第五步是制造和测试。

在制造变压器之前，需要先制作样品并进行测试以验证设计的准确性。

测试可以包括电压、电流和功率等参数的测量，以及温度和效率的评估。

根据测试结果，可以进行适当的修改和调整。

最后，还需要考虑变压器的保护和冷却。

保护电路可以防止过电压、过电流和短路等故障产生。

冷却系统则可用于散热，确保变压器在工作时不过热。

Telecom Power Technology设计应用kV高压脉冲变压器设计邹祖娇（合肥华耀电子工业有限公司，安徽合肥介绍了一款用于电除尘设备脉冲高压电源中高压脉冲变压器的设计方法，主要分析脉冲变压器的关键设计点，并建模进行电场仿真。

结果表明，产品上机工作正常并可靠运行。

高压电源；脉冲变压器；电场仿真Design of an 80 kV High Voltage Pulse TransformerZOU Zu-jiaoECU Electronics Industrial Co.，Ltd.，HefeiThe design method of a high voltage pulse transformer used in pulse high voltage power supply of electrostatic precipitator is introduced. The key design points of the pulse transformer are mainly analyzedis carried out based on the model. The results show that the product works normally and reliably on the computer.pulse transformer；electric field simulationVoltage [V]1.2000e+0051.1249e+0051.0498e+0059.7476e+0048.9968e+0048.2460e+0047.4951e+0046.7443e+0045.9935e+0045.2427e+0044.4919e+0043.7411e+0042.9903e+0042.2395e+0041.4887e+0047.3787e+003-1.2935e+002。

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5KV重复频率高压脉冲电源设计作者：佚名来源：维库发布时间：2010—4-28 9：14：17 ［收藏］［评论]5KV重复频率高压脉冲电源设计概述:重复频率高压脉冲产生技术是随着近代科学实验而发展起来的一门技术。

主要是依据实验需求，产生不同幅值、频率和脉冲宽度等参数的高压脉冲。

目前在科学研究、工业生产、技术改造中得到越来越多的应用.5 kV重复频率高压脉冲电源主要用于气体的预电离,在毛细管放电X线激光的研究中，预脉冲放电对气体预电离被认为是产生X线激光的必要条件。

本文利用IGBT做主开关，通过脉冲变压器升压的方式来得到高压脉冲，采用工控计算机和数据采集控制卡对整个系统进行控制。

　1 系统总体设计 脉冲电源的主要指标要求：脉冲电压3～5 kV可调；脉冲宽度2~20 μs可调;脉冲频率1~200 Hz可调;脉冲电流最大100 A。

根据指标要求，所设计的系统原理框图如图l所示。

系统工作过程如下：由控制系统控制可调直流高压电源给储能电容器充电,当充电电压达到设定值后，再控制IGBT按照设定的频率和脉冲宽度导通，产生脉冲电压加在高压脉冲变压器原边,最后由高压脉冲变压器升压，产生所需的高压脉冲加在负载上。

2 高压脉冲变压器设计 依据指标要求,高压脉冲变压器的主要参数如下：变比设计为1：4；次级电压为5 kV；初级电压为1．25 kV；最大脉冲宽度为20μs;频率最大为200 Hz。