高压强脉冲电源的设计西安兆福电子有限公司史平君—中国兵器工业
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高压强脉冲电源的设计
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。
一种加速器用高压电源系统设计方案
一种加速器用高压电源系统设计方案
史平君
【期刊名称】《《电源技术应用》》
【年(卷),期】2009(33)12
【摘要】本文提出了一种加速器用高压电源系统的设计方案,主要讨论高压开关电源的设计,对于工作在高电位的电源也进行了介绍。
【总页数】2页(P1-2)
【作者】史平君
【作者单位】中国兵器工业第二0六研究所陕西西安710100
【正文语种】中文
【中图分类】TM832
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4.基于负离子的中性束注入器加速极逆变型\r高压电源控制策略 [J], 张明;周澜;王姝;马少翔;章雪亮;于克训;潘垣
5.象增强器用微型高压电源 [J], 王俊强
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高压脉冲信号源设计
高压脉冲信号源设计
樊荣;张龙
【期刊名称】《计测技术》
【年(卷),期】2009(029)001
【摘要】提出了一种高压脉冲信号源的设计思路和实现方法,它解决了在某些专用测试设备校准中无可用的标准信号源问题,也为其他类似问题的解决提供了参考.【总页数】4页(P18-20,27)
【作者】樊荣;张龙
【作者单位】中国船舶重工集团公司第705研究所,陕西,西安,710075;中国船舶重工集团公司第705研究所,陕西,西安,710075
【正文语种】中文
【中图分类】TM933.2
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纳秒级高压脉冲电源的设计与仿真
纳秒级高压脉冲电源的设计与仿真
张晗
【期刊名称】《电器与能效管理技术》
【年(卷),期】2016(000)008
【摘要】利用电力电子技术与脉冲功率技术设计了一台纳秒级高压脉冲电源。
电源低压部分采用电力电子技术中的BUCK电路与串联谐振电路，高压部分采用脉冲功率技术中的磁脉冲压缩（MPC）网络与半导体断路开关（SOS）。
对高压脉冲电源的整体设计作了阐述，介绍了可饱和变压器与磁开关、晶闸管、半导体断路开关的参数设计。
利用PSPICE软件和泰克示波器两种方式对所设计的电源进行了仿真和试验。
试验测得在输出负载上产生了一个峰值高达50kV、半高宽为120ns 的负极性脉冲。
【总页数】6页(P63-68)
【作者】张晗
【作者单位】南方电网超高压输电公司检修试验中心,广东广州510663
【正文语种】中文
【中图分类】TM910.2
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高压强脉冲电源的设计西安兆福电子有限公司史平君—中国兵器工业
高压强脉冲电源的设计西安兆福电子史平君—中国兵器工业第二0六研究所特种电源部主任、高级工程师，IEEE会员,中国电源学会常务理事、中国电源学会特种电源专业委员会主任委员，陕西省电源学会副理事长，西安市电源学会副理事长，陕西省笫五届科协委员。
专业特长为高压电源、高压脉冲电源，军用特种电源，雷达发射机及导航发射机电源，高能物理及加速器电源，高压充电电源等。
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、IGBT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。
最大直流电压到达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，可实现与电脑的连接。
关键词：高压电源； IGBT ；可控硅The Design of High Voltage Pulsed Power SupplyAbstract: This paper presents a strong pulse generator power supply design, applications for this program designed high-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。
电磁超声高压脉冲激励电源设计
电磁超声高压脉冲激励电源设计申晗;耿浩;黄平;宛月【摘要】为提高电磁超声检测中换能器能量转化效率及缺陷检测灵敏度,研制出一种脉冲和频率可调、高电压、大功率的脉冲激励电源.该设计以SG3525和ARM 为核心,采用两次逆变方式,实现升压和负载控制.实验结果表明:该激励电源可以实现250 V高压和1000W大功率输出,具有输出稳定、电压可控、频率可调、自我保护等特点,提高了换能器转化效率及缺陷检测灵敏度.【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2016(000)008【总页数】4页(P24-26,31)【关键词】脉冲激励;电磁超声;IGBT;PWM;IR2110;自我保护【作者】申晗;耿浩;黄平;宛月【作者单位】沈阳工业大学信息科学与工程学院,辽宁沈阳110870;沈阳工业大学信息科学与工程学院,辽宁沈阳110870;沈阳工业大学信息科学与工程学院,辽宁沈阳110870;沈阳工业大学信息科学与工程学院,辽宁沈阳110870【正文语种】中文【中图分类】TM938电磁超声技术利用电磁耦合方法激励和接收超声波，具有精度高、无需合剂、非接触、易于激发各种超声波形等优点，可应用于高温环境在线检测[1]。
但由于不接触的特点，导致电磁超声换能器转化效率较低[2]。
同时，对于不同的被测物体，选择合适的参数激发超声波，使电磁超声换能器转化效率最大化，也是提高检测灵敏度的关键之一。
针对电磁超声检测中换能器能量转化效率低及缺陷检测灵敏度不高的问题，国内外已研制出用于激励电磁超声换能器的高频电源。
在国外，美国T&C公司研制出一种激励电源，对阻抗为50 Ω的负载最大可实现脉冲功率为2 kW的输出[3]。
国内对于脉冲激励电源的研究起步较晚，高松巍等研制出一种以DDS为核心的脉冲激励源，可实现峰-峰值为100 V的输出[4]。
为实现对缺陷高电压、高灵敏度的检测，本文基于SG3525波形变换器及ARM COTEX-M3为核心，完成两次逆变过程，实现电平升压及交直流电压的变换，产生250 V高压和1 000 W的功率输出，有效提高了电磁超声检测中换能器能量转化效率及缺陷检测灵敏度。
高压大功率脉冲电源的设计
1．绪论1.1论文的研究背景电源设备用以实现电能变换和功率传递，是一种技术含量高、知识面宽、更新换代快的产品。
现今已广泛应用到工业、能源、交通、运输、信息、航空、航天、航运、国防、教育、文化等领域。
在信息时代，上述各行各业都在迅猛地发展，发展的同时又对电源产业提出了更多更高的要求。
显然，电源技术的发展将带动相关技术的发展，而相关技术的发展反过来又推动了电源产业的发展。
当前在电源产业，占主导地位的产品有各种线性稳压电源、通讯用的AC／Dc开关电源、DC／DC开关电源、交流变频调速电源、电解电镀电源、高频逆变式整流焊接电源、中频感应加热电源、电力操作电源、正弦波逆变电源、大功率高频高压直流稳压电源、绿色照明电源、化学电源、UPS、可靠高效低污染的光伏逆变电源、风光互补型电源等。
而与电源相关的技术有高频变换技术、功率转换技术、数字化控制技术、全谐振高频软开关变换技术、同步整流技术、高度智能化技术、电磁兼容技术、功率因数校正技术、保护技术、并联均流控制技术、脉宽调制技术、变频调速技术、智能监测技术、智能化充电技术、微机控制技术、集成化技术、网络技术、各种形式的驱动技术和先进的工艺技术。
1.2脉冲电源的特点及发展动态脉冲电源是各种电源设备中比较特殊的一种，顾名思义，它的电压或电流波形为脉冲状。
按脉冲电源的输出特性分类，有高频、低频、单向、双向、高压、低压等不同的分类，具体选择怎样的输出电压、输出电流和开关频率，根据具体的应用场合而定。
按脉冲波形分，有矩形波、三角波、梯形波、锯齿波等多种形式，如图1．1所示。
图1．1各种脉冲波形由于矩形波具有较好的可控性和易操作性，所以这种波形的应用居多。
究其本质，脉冲电源实质上是一种通断的直流电源，它的基本工作原理是：首先经过慢储能，使初级能源具有足够的能量，然后向中间储能和脉冲成形系统放电(或流入能量)，能量经过储存、压缩、形成脉冲或转化等复杂过程之后，形成了脉冲电源。
高压大功率脉冲电源[实用新型专利]
(10)授权公告号 (45)授权公告日 2014.10.01C N 203859702U (21)申请号 201420294062.3(22)申请日 2014.06.05H02M 9/02(2006.01)(73)专利权人天津东泰维科电子科技有限公司地址300350 天津市天津海河工业区兴园路10号302-121(72)发明人曹祖国李顺清(54)实用新型名称高压大功率脉冲电源(57)摘要本实用新型公开了一种高压大功率脉冲电源，包括人机接口1和与人机接口1电气连接的控制电路2，其特征在于，所述控制电路2通过触发驱动电路3与脉冲形成电路4连接，所述脉冲形成电路4与整流滤波电路5电气连接，所述脉冲形成电路4还与脉冲转换电路6电气连接，所述脉冲转换电路6还与测量显示电路7电气连接，所述测量显示电路7通过反馈保护电路8与控制电路2电气连接。
本实用新型的有益效果是，体积小、结构简单，成本低，实用价值高。
(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书2页 附图2页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利权利要求书1页 说明书2页 附图2页(10)授权公告号CN 203859702 U1.一种高压大功率脉冲电源，包括人机接口(1)和与人机接口(1)电气连接的控制电路(2)，其特征在于，所述控制电路(2)通过触发驱动电路(3)与脉冲形成电路(4)连接，所述脉冲形成电路(4)与整流滤波电路(5)电气连接，所述脉冲形成电路(4)还与脉冲转换电路(6)电气连接，所述脉冲转换电路(6)还与测量显示电路(7)电气连接，所述测量显示电路(7)通过反馈保护电路(8)与控制电路(2)电气连接。
2.根据权利要求1所述的高压大功率脉冲电源，其特征在于，所述整流滤波电路(5)与电源电气连接，并对电源输入的电流进行次级整流滤波后传输给脉冲形成电路(4)。
3.根据权利要求1所述的高压大功率脉冲电源，其特征在于，所述脉冲形成电路(4)是以电力电子功率开关S1为核心组成的电路，该电路可在触发驱动电路(3)的驱动信号驱动下形成低压脉冲。
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高压强脉冲电源的设计西安兆福电子有限公司史平君—中国兵器工业第二0六研究所特种电源部主任、高级工程师，IEEE会员,中国电源学会常务理事、中国电源学会特种电源专业委员会主任委员，陕西省电源学会副理事长，西安市电源学会副理事长，陕西省笫五届科协委员。
专业特长为高压电源、高压脉冲电源，军用特种电源，雷达发射机及导航发射机电源，高能物理及加速器电源，高压充电电源等。
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、IGBT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 SupplyAbstract: This paper presents a strong pulse generator power supply design, applications for this program designed high-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。
要产生更高的磁场强度，可以改变脉冲磁场频率的自动运行的磁场发生设备实现起来有一定难度，为此设计一个磁场运行频率为0.1～100Hz可调，脉冲电流达到10000A的低频强脉冲磁场发生设备。
一、高压电源的设计本高压充电电源采用开关电源，开关电源作为一种高频、高效电力电子技术，随着电子元器件、产品的不断更新，大功率器件的更新换代，大功率开关电源技术得到了发展。
由于本电源功率高达15KW所以采用全桥谐振PWM 调制方式，大功率器件采用先进的IGBT模块及先进的可靠的驱动电路，使得电源的整体性能良好，稳定度好，并且具有各种保护功能。
1 电源电路组成及原理电路有以下几部分组成：1）电网滤波器,2) 整流滤波,3）全桥变换器,4）高压变压器,5）高压整流滤波,6）脉宽调制与控制电路,7）驱动电路,8）保护电路等。
工作原理：将50HZ三相380V通过电网滤波器,经整流及滤波得到500多伏的直流电压,供给串联谐振变换器。
如图1-1所示，Q1、Q4与Q2、Q3，轮流通断，从而将直流电变换成高频矩形波交流电。
R1和R2是泻放电路。
T1是高频变压，在开关电源设计中，高压变压器的绕法也很重要，我们采用了一些特殊的设计方法。
由于本电源输出高达功率15KW，为了减轻变压器的设计难度以及减小高压整流二极管的电流值、提高电源的可靠性。
在材料上选用超微晶合金，绕制成C 型铁心，次级高压线包每边各分两段。
这样设计的高压变压器漏感小，温升小。
控制电路采用SG1525PWM集成脉宽调制器（如图1-2），外接元件少，性能好，具有外同步，软启动，“死区”调节，欠压锁定，误差放大以及关闭输出驱动信号等功能。
其原理框图如图1-3及图1-4所示。
图1 -3功率变换部分原理框图图1-4 高压部分电路原理框图2 对开关电源开关（IGBT）的选择由于本电源输入电压为AC 380V 50Hz，由电网滤波经整流滤波，得到电压可达DC540V，考虑到高频变压器的漏感以及漏极回路中引线电感的影响，在开关关断瞬间会引起较大的反尖峰刺。
其尖峰假设为稳态值的50%，另外考虑到电网波动为±10%时的影响，所以开关承受的电压为1.5×1.1×540=891V。
由于IGB T 的工作特性包括静态和动态两类：1 ．静态特性IGBT 的静态特性主要有伏安特性、转移特性和开关特性。
IGBT 的伏安特性是指以栅源电压Ugs 为参变量时，漏极电流与栅极电压之间的关系曲线。
输出漏极电流比受栅源电压Ugs 的控制，Ugs 越高，Id 越大。
其输出特性．也可分为饱和区、放大区和击穿特性3 部分。
在截止状态下的IGBT ，正向电压由J2 结承担，反向电压由J1结承担。
如果无N+ 缓冲区，则正反向阻断电压可以做到同样水平，加入N+缓冲区后，反向关断电压只能达到几十伏水平，因此限制了IGBT 的某些应用范围。
IGBT 的转移特性是指输出漏极电流Id 与栅源电压Ugs 之间的关系曲线。
它与MOSFET 的转移特性相同，当栅源电压小于开启电压Ugs(th) 时，IGBT 处于关断状态。
在IGBT 导通后的大部分漏极电流范围内， Id 与Ugs呈线性关系。
最高栅源电压受最大漏极电流限制，其最佳值一般取为15V左右。
IGBT 的开关特性是指漏极电流与漏源电压之间的关系。
IGBT 处于导通态时，由于它的PNP 晶体管为宽基区晶体管，所以其B 值极低。
尽管等效电路为达林顿结构，但流过MOSFET 的电流成为IGBT 总电流的主要部分。
此时，通态电压Uds(on) 可用下式表示Uds(on) ＝ Uj1 ＋ Udr ＋ IdRoh式中Uj1 —— JI 结的正向电压，其值为0.7 ～1V ；Udr ——扩展电阻Rdr 上的压降；Roh ——沟道电阻。
通态电流Ids 可用下式表示：Ids=(1+Bpnp)Imos式中Imos ——流过MOSFET 的电流。
由于N+ 区存在电导调制效应，所以IGBT 的通态压降降低，通态压降为2 ～ 3V 。
IGBT 处于断态时，只有很小的泄漏电流存在。
2 ．动态特性IGBT 在开通过程中，大部分时间是作为MOSFET 来运行的，只是在漏源电压Uds 下降过程后期， PNP 晶体管由放大区至饱和，又增加了一段延迟时间。
td(on) 为开通延迟时间， tri 为电流上升时间。
实际应用中常给出的漏极电流开通时间ton 即为td (on) tri 之和。
漏源电压的下降时间由tfe1 和tfe2 组成。
IGBT的触发和关断要求给其栅极和基极之间加上正向电压和负向电压，栅极电压可由不同的驱动电路产生。
当选择这些驱动电路时，必须基于以下的参数来进行：器件关断偏置的要求、栅极电荷的要求、耐固性要求和电源的情况。
因为IGBT栅极- 发射极阻抗大，故可使用MOSFET驱动技术进行触发，不过由于IGBT的输入电容较MOSFET 为大，故IGBT的关断偏压应该比许多MOSFET驱动电路提供的偏压更高。
IGBT在关断过程中，漏极电流的波形变为两段。
因为MOSFET关断后，PNP晶体管的存储电荷难以迅速消除，造成漏极电流较长的尾部时间，td(o ff)为关断延迟时间，trv为电压Uds(f)的上升时间。
实际应用中常常给出的漏极电流的下降时间Tf由图中的t(f1)和t(f2)两段组成，而漏极电流的关断时间t(off)=td(off)+trv十t(f)式中，td(off)与trv之和又称为存储时间。
IGBT的开关速度低于MOSFET，但明显高于GTR。
IGBT在关断时不需要负栅压来减少关断时间，但关断时间随栅极和发射极并联电阻的增加而增加。
IGBT的开启电压约3～4V，和MOSFET相当。
IGBT导通时的饱和压降比MOSFET低而和GTR接近，饱和压降随栅极电压的增加而降低。
所以IGBT模块的集电极电流增大时，vce(-)上升，所产生的额定损耗亦变大。
开关损耗增大，原件发热加剧。
根据额定损耗，开关损耗所产生的热量，控制器件结温（tj）在 150oc以下（通常为安全起见，以125oc以下为宜），使用的集电流以下为宜。
特别是用作高频开关时，开关损耗增大，发热也加剧。
要将集电极电流的最大值控制在直流额定电流以下使用。
由此我们选取，而电流则为留有很大的余量，因此可不加缓冲器，使回路设计简单，功耗小。
着重要提的是由于此电源功率较大而体积要求小，传统型的IGBT开关导通压降大，发热量高，长时间工作会由于温升太高而不可逆的损坏。
由此我们选择了IGBT第五代已成熟产品，它的导通压降小，发热量小，导通压降仅有1.6～1.8V。
经测试IGBT温度达到合适范围。
3 对高压变压器的设计设计高频高压变压器首先应该从磁芯开始。
开关电源变压器磁芯多是在低磁场下使用的软磁材料，它有较高磁导率，低的矫顽力，高的电阻率。
磁导率高，在一定线圈匝数时，通过不大的激磁电流就能承受较高的外加电压，因此，在输出一定功率要求下，可减轻磁芯体积。
磁芯矫顽力低，磁滞面积小，则铁耗也少。
高的电阻率，则涡流小，铁耗小。
由此我们选择超微晶铁芯（FeCuNbSiB）具有高饱和磁感应强度、高导磁率、低矫顽力、低损耗及良好的稳定性。
它的物理性能：饱和磁感应强度Bs：1.25T居里温度Tc：560ºC晶化温度Tx：510ºC 硬度Hv：880kg／mm2饱和磁致伸缩系数：2×10-6密度d：7.2g／cm3电阻率：130muOhm.cm它的典型磁性能：（无磁场退火）初始导磁率（Gs／Oe）：＞8×104最大导磁率（Gs／Oe）：＞45×104剩余磁感应强度（Bs）：0.6T矫顽力：＜0.8A／m铁损P（20kHz，0.5T）：＜25W／kg铁损P（100kHz，0.3T）：＜150 W／kg铁损变化率（-55～125ºC）：＜15％由以上考虑制作时绕制成C型铁心，次级高压线包每边各分两段这样设计的高压变压器漏感小，温升小，不需要用油箱散热固态即可二、充电储能及放电部分的设计1、充电储能部分控制主要包括IGBT及其控制电路和储能电容（如图1-5）。
因为要求放电频率0.1-100HZ可调这就要求该开关要可靠，性能稳定可控性高。
所以选择IGBT作为充电开关。
由于电压高达3KV，加上开关尖刺峰值，我们选择耐压在1200V的IGBT。