高压脉冲电源原理

２００６年３月　高　能　量　密　度　物　理　．第１期　

高效紧凑的高压脉冲电容器恒流充电电源　

任青毅，曹科峰，黄斌，李素江　（中国工程物理研究院流体物理研究所１０７室。四川绵阳　６２１９００）　摘要：基于高频谐振电路研制的高压脉冲电容器充电电源。采用ＩＧＢＴ构成电源的软开关　电路和闭环变频控制充电电流的方式。对输出端负载大范围变化引起的谐振频率漂移，采用微调　开关时间．保证了变换器开关零切换，显著降低了导通、关断时ＩＧＢＴ的损耗。通过对１００￣Ｆ高压　电容器充电实验．证明恒流充电电源的恒流效果好、充电重复精度和效率更高。在短路状态下能安　全可靠地工作。　关键词：恒流充电电源；串联谐振开关变换器；零电流开关控制　

ｌ　引　言　为了使充电电源达到效率和充电重复精度高、功率密度大的要求．采用了具有串联谐振开　关变换器电路结构，固定开关导通时间、变频控制以及零电流切换的高压高功率电容器充电电　源（ＣＣＰＳ）技术。输出特性满足电容器充电电源要求的三阶段：线性充电一电压维持一放电。　但该技术忽略了高压变压器分布电容的影响，没有根本解决开关频率变化时引起谐振频率漂　移和存在非零电流关断的现象。在本电源研制中，对ＣＣＰＳ不足之处进行了改进，显著降低了　导通、关断时变换器开关的损耗，提高了系统的效率。由于要求ＣＣＰＳ高效紧凑，文中详细介　绍了提高效率的方式。　２　工作原理　图１是ＣＣＰＳ的串联谐振开关变换器电路图。串联谐振变换器由ＩＧＢＴ（绝缘栅双极晶　体管）组成的功率开关Ｓ１￣￥４、二极管Ｄ１￣Ｄ４、电感Ｌ与电容Ｃ、高压变压器Ｔ、输出整流器　Ｂ以及负载电容ｃＩ＿组成。　

Ｂ　

图１　申联谐振开关变换器电路　工作时Ｓｌ、Ｓ３或Ｓ２、Ｓ４轮流导通，产生的方波电压加到ＬＣ组成的谐振电路上。由于谐　

振产生一个近似于正弦渡的电流．电流的周期在开关Ｓ的接通和断开之间，相当于“零电流”时　维普资讯 第１期　任青毅等：高效紧凑的高压脉冲电容器恒流充电电源　开关动作。二极管Ｄ只允许定向的能量传输。使振荡电流第二个周期不能出现，以消除振荡　谐振电路产生的能量包经升压整流后，输送给储能电容。因此，从输人到输出形成的有效能量　几乎无损耗传输，大大降低了传导和辐射噪声电平。　与普通电源中的串联谐振变换器稳态分析不同　的是。改进后的储能电容器的电压是一个变量，随充　电时间迅速变大。当变压器、开关元件是理想状态　时，变换器电路的完整工作周期分为４种模式［　。　第一种模式的等效电路如图２所示，此时Ｓ２和Ｓ４　导通，谐振电流Ｊ　为正。储能电容等效到变压器的　初级为ｃＩ　。　（ｔｏ）为折合初级回路上储能电容的　初始电压。　、　图２等效电路　ＪＲ（￡）：　二　ｓｉｎ［　（￡一ｔｏ）］　Ｏ　＋ＪＲ（￡ｏ）ｃｏｓ［山ｏ（￡一ｔｏ）］ｔｏ＜ｔ＜　（１）　式中：ｔ。、ｔ　分别为起始与结束时间；特性阻抗Ｚ。＝，／ＷｃＴ￣，谐振频率　＝＝＝１／　。ｃ岣由　ｃ与ｃ　串联而得，ｃ　为ｃ　与变压器匝数比平方的乘积。在变压器高压输出情况下，ｃ　远大　于谐振电容Ｃ，所以电路中的电容值由Ｃ决定。这是ＣＣＰＳ使用串联谐振结构的重要原因之　一，正因为这样，ＣＣＰＳ在对不同值的储能电容进行充电时，不会影响转换器的特性阻抗和谐　振频率。而如果用并联谐振变换器对电容充电，负载电容等效到变压器初级后与谐振电容并　联，谐振频率会随着连接在ＣＣＰＳ输出端的负载电容的变化而迅速变化口］。　（１）式中电流由两个正弦波组成。如果开关Ｓ２和Ｓ４导通时间足够，在导通时间内，正弦　谐振电流就会衰减到零。故只要开关频率低于谐振频率，就能实现零电流切换。为保证实现　零电流切换，开关Ｓ２、Ｓ４与Ｓ１、Ｓ３的导通时间取值相等，且为谐振周期　的１／２。　其它模式与第一种模式的电流有同样的格式，唯一的区别是式中电压符号相反。　３线路分析　３．１高压变压器分布电容对谐振频率比的影响　实际的变压器并非理想，存在分布电容，且对ＣＣＰＳ的变换器等效电路还有一个并联分　量，文献［２］对此作了忽略处理。ＣＣＰＳ的负载变化　很大，又处于变换的高频高压下，尽管高压变压器的　分布电容很小，但它以并联的方式存在于电路里，使　谐振频率随输出电压的升高（开关频率增高）而有所　升高［４］。由于开关的导通时间被固定，不再是谐振　周期Ｔ０的１／２．因此变换器非零电流关断，影响整　机效率。图３充分显示了这一现象。　为解决这个问题，通常采用变化变压器绕组绕　法ｎ］，如增大层间距离和增加高压侧绕组层数，既减　小分布电容，又使绝缘性能变好；或增加激磁电感即　增加初级绕组匝数。但这些措施容易增大漏感和体　图３

高压电源

用 户 手 册

型号：TP3080

地址：大连市高新园区广贤路107号

电话：86-411-84754622

86-411-84754722

86-411-84754522

传真：86-411-84754622-204

电子邮件：sales@.

网址：

TP3080系列

高压脉冲电源

输出脉冲电压3KV，输出最大脉冲功率30kW

◆ 输出脉冲电压3KV

◆ 输出脉冲电压连续可调

◆ 输出脉冲电流10A ◆ 输出最大脉冲功率30KW

◆ 具有电压、频率、脉宽显示

◆ 具有过压过流保护等功能

◆ 可根据用户要求定制

TP3080系列高压电源一款高压脉冲电源，输出

脉冲电压可达3KV。输出脉冲电压、频率、脉宽连

续可调，并且输出的脉冲电压、脉冲频率、脉冲宽

度都可以通过数字液晶屏显示出来。另外，此电源

还具有过压过流保护功能，使电源的性能更稳定，

能够很好的满足用户的需求。

典型应用：

等离子注入。

规格说明：

输入电压：220VAC，50HZ。

输出电压：DC -3000V±0.1%V，0到最高电压连续

可调。

最大输出脉冲电流：10A。

输出峰值电流：100A。

输出频率：100~500HZ。

输出脉冲宽度：10~50uS。

输出最大脉冲功率：30KW。

输出瞬时脉冲功率：300kW。

时漂精度：30分钟后，每8小时0.01%。

温漂精度：每摄氏度0.01%。

输出调节及显示：电源前面板上的液晶屏可以显示

脉冲输出的电压、频率和脉宽等信息，且各项值均

可通过前面板旋钮进行调节设置。

电压控制：

面板调节：电源前面板旋钮可将输出电压设置在0V到最高电压之间。

具体操作如下：

显示屏的第一行显示电压值，当“*”键处于

其前端位置时，按下旋钮，使其处于选中

闪烁状态，此刻为选中状态，旋转按钮，

可调节输出脉冲的电压幅值，按键

第１９卷第１１期　２００７年１１月　强　激　光　与　粒　子　束　

ＨＩＧＨ　Ｐ０ＷＥＲ　ＬＡＳＥＲ　ＡＮＤ　ＰＡＲＴＩＣＬＥ　ＢＥＡＭＳ　Ｖｏ１．１９。Ｎｏ．１ｌ　Ｎｏｖ．，２００７　

文章编号：１００１—４３２２（２００７）１１—１９２７—０４　

１０　ｋＶ等离子体表面改性高压脉冲电源　

巩春志，　田修波，　曹珍恩，　朱宗涛，　杨士勤　

（哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室，哈尔滨１５０００１）　

摘要：　研制的１０　ｋＶ高压脉冲电源采用脉冲单元叠加技术，将１２组相互独立的各脉冲单元模块串联　

起来，采用同步驱动技术，实现了１０　ｋＶ的高压脉冲输出。可通过增减脉冲单元的数量，满足不同输出电压的　

需要，实现了模块化设计。该电源的性能指标为：脉冲电压幅值０．１～１Ｏ．０　ｋＶ，脉冲频率０．２～２．０　ｋＨｚ，脉冲　

占空比５　～３Ｏ　，脉冲电流幅值２Ｏ　Ａ，脉冲功率２００　ｋＷ。试验结果表明：在等离子体负载条件下电源运行　

稳定、可靠。　

关键词：　等离子体表面改性；　高压脉冲电源；　脉冲单元模块；　串联　

中图分类号：　文献标识码：Ａ　

等离子体是人们获得有效的表面材料或材料表面经常采用的方法和手段。高频高压脉冲电源在等离子体　

表面改性技术中起着相当重要的作用，脉冲电源的性能直接影响着成膜质量。目前基于等离子体表面改性的　

各种复合表面处理技术的研究已取得了重大进展，且随着研究的不断深入，对脉冲电源的工作模式和可操作性　

提出越来越高的要求Ｌ１≈］。人们已经尝试研制了多种模式的脉冲高压电源，由于使用的元器件、电路模式以及　

处理工艺的不同，所设计的脉冲电源也不尽相同［４｛］。目前常用的几种脉冲获得模式包括真空电子开关管、脉　

冲形成线以及固态开关等。由于固态开关具有优异的性能，如通过固态开关的串联或并联结构，可达到极高的　

输出电压（１～２ｏ０　ｋＶ）和电流（Ｏ．Ｏ１～５．００　ｋＡ），而且开关可控、脉宽可任意调节，并有着快速的故障保护功　

大连蓝清自控设备有限公司

静电除尘器脉冲高频电源与普通高频电源的性能对比

静电除尘器脉冲高频电源

各类高压电源的性能对比与脉冲高频电源简介

概述

在饱受雾霾之苦的今天。随着我国对环境保护的日益重视，燃煤电厂的污染排放受到人们的关注，国家和地方环保部门对燃煤电厂污染物的排放和总量有了较严格的控制，并且排放标准逐年升高。这就迫使企业对现有的静电除尘器设备进行不断的升级和改造。但是现有的问题是，很多企业的静电除尘器在当初设计时没有考虑到未来的排放标准会如此苛刻，导致一批静电除尘器在今天的环保标准下排放超标。而在静电除尘器升级改造中，增加电场又没有足够的场地，用袋式除尘器又担心后期的维护成本。所以提高静电除尘器高压电源的供电技术，才是解决这个问题最有效的捷径。下面我们就通过粉尘的荷电机理与电源工作原理来论证一款由中国自主研发的新型静电除尘器高压电源——脉冲高频电源。 大连蓝清自控设备有限公司

静电除尘器脉冲高频电源与普通高频电源的性能对比 一、静电除尘器高压电源发展的三个阶段：

第一阶段：工频电源

1、 恒流源：单相交流380V输入,变压器分档调幅调压，高压硅堆整流输出。输出

频率100Hz。

二次电压输出波形：纹波较大的直流（DC）电压波形。

2、单相可控硅电源：单相交流380V输入，可控硅调相调压，高压整流变压器输出。输出频率100Hz。

二次电压输出波形：纹波较大的直流（DC）电压波形。

3、三相可控硅电源：三相交流380V输入，可控硅调相调压，高压整流变压器输出。输出频率300Hz。

二次电压输出波形：纹波较小的直流（DC）电压波形。

第二阶段：高频电源

1、按输出频率可分为：10 kHz、20 kHz、50 kHz。

2、按调压方式可分为：调频高频电源、调幅高频电源。

三相交流380V输入，可控硅/二极管调相调压，IGBT全桥逆变经高压整流变压器输出。输出频率10 kHz、20 kHz、50kHz。