高压强脉冲电源的设计

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高压皮秒脉冲发生器的设计与实现

高压皮秒脉冲发生器的设计与实现

高压皮秒脉冲发生器的设计与实现

高压皮秒脉冲发生器是一种用于产生高能量、高压、短脉冲的装置。它在科学研究、工业应用和医疗领域都有重要的应用价值。本文将介绍高压皮秒脉冲发生器的设计与实现,以及其在不同领域的应用。

高压皮秒脉冲发生器主要由高压电源、充电电路、储能电容、脉冲发生电路和输出负载等组成。首先,高压电源是整个系统的核心组件,用于提供高压电源稳定可靠的电源。其次,充电电路将电源输出的直流电压转化为脉冲电压,并通过控制充电时间和电流来实现对储能电容的快速充电。储能电容是存储电能的装置,其容量越大,蓄能能力越强。脉冲发生电路控制储能电容的放电过程,使得电容的电能以短脉冲的形式释放出来。最后,输出负载是将脉冲能量传递给被测对象或其他设备的载体。

高压皮秒脉冲发生器的实现需要考虑以下几个关键问题。首先,电源的选择和设计是非常重要的,需要满足高压、高能量、高稳定性等要求。其次,充电电路的设计需要考虑充电速度和充电电流的控制,以保证储能电容能够快速充电并保持稳定。第三,脉冲发生电路的设计需要考虑脉冲宽度、重复频率和输出电压的控制,以满足不同应用场景的需求。最后,输出负载的选择和匹配需要根据具体应用来确定,以确保脉冲能量能够有效传递到被测对象或其他设备上。

高压皮秒脉冲发生器在科学研究领域有广泛的应用。例如,在物理学中,它可以用于产生高能量的电子束或离子束,用于材料表面改性、微纳加工和材料分析等研究。在化学领域,它可以用于产生高能量的化学反应,用于催化剂的制备和新材料的合成等研究。在生物医学领域,它可以用于产生高能量的激光脉冲,用于皮肤美容、纹身去除和眼科手术等治疗。

基于高低压控制的无阻高频脉冲电源的设计

基于高低压控制的无阻高频脉冲电源的设计

基于高低压控制的无阻高频脉冲电源的设计引言

随着科技的发展,电子设备在我们日常生活中的应用越来越广泛。在这些电子设备中,电源的质量和性能直接影响到整个系统的稳定性和可靠性。而无阻高频脉冲电源是一种应用广泛的电源类型,其具有高效率、小体积和稳定的输出特点,因此在很多领域得到了广泛应用。本文将介绍一个基于高低压控制的无阻高频脉冲电源的设计。

一、无阻高频脉冲电源的原理

无阻高频脉冲电源的核心部分是一对工作在开关状态的开关管,通过控制开关管的导通时间来实现对输出电压的调节。其工作原理可以简要描述如下:

1.开关管S1导通,电流从输入端流入到负载端。

2.S1关闭,开关管S2导通,电流从负载端流回到输入端,此时储能电感存储能量。

3.重复步骤1和步骤2,形成周期性的电流流动。

通过改变开关管S1和S2的导通时间,可以改变周期性的电流流动的频率,从而改变输出电压的幅值。通过这种方式,可以实现对输出电压的高低压控制。

二、无阻高频脉冲电源的设计步骤

无阻高频脉冲电源的设计大致可以分为以下几个步骤:

1.选择开关管和储能电感:根据设计要求,选择合适的开关管和储能

电感。开关管需要具备低导通电阻和高开关频率的特点,而储能电感需要

具备储能能力强和损耗小的特点。

2.设计控制电路:控制电路通常由运放、比较器和计时器等组成。运

放用于放大输入信号,比较器用于产生开关管控制信号,计时器用于控制

开关管的导通时间。

3.配置滤波电路:为了提高输出电压的稳定性和纹波值,需要设计合

适的滤波电路。常见的滤波电路包括LC滤波电路和RC滤波电路。根据设

2kV高稳定度高压脉冲电源设计

2kV高稳定度高压脉冲电源设计

2犽犞 高稳定度高压脉冲电源设计
罗通顶,田 耕,杜继业,阮林波,张雁霞,李显宝,王 晶,李海涛
(西北核技术研究所 强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室,西安 710024)
摘要:在一些光学精密仪器的应用场合中,不仅需要脉冲电源在时间上能够提供精确的控制,而且需要具有高稳定度的输出,以提 高光电系统的探测性能;运用基于高压开关的两级式方法,采用 单 级 高 功 率 MOSFET 开 关 结 合 具 有 高 稳 定 输 出 的 直 流 电 源 的 结 构, 设 计了输出辐度可达2kV 的高稳定负脉冲电源;测试结果表明,在 输 出 脉 冲 宽 度 为 8μs时, 脉 冲 前 沿 约 为 48ns, 系 统 延 迟 时 间 约 为 140 ns, 负 脉 冲 超 调 参 数 约 为 1% 。 该 系 统 具 有 结 构 简 单 、 可 靠 性 高 、 高 稳 定 性 输 出 等 优 点 , 可 以 为 特 定 的 光 电 器 件 提 供 优 质 的 控 制 方 式 。
收稿日期:2016 10 31; 修回日期:2016 12 19。 基金项目:国家自然科学基金资助项目(11605141,11305129);国 家 重 点 实 验 室 基 金 (SKLIPR1502Z)。 作者简 介:罗 通 顶 (1984 ),男,湖 南 邵 阳 人,工 程 师,博 士,主 要 从 事高速图像诊断方向的研究。

5kV重复频率高压脉冲电源设计

5kV重复频率高压脉冲电源设计
流 高压 电 源 和储 能 电容 器 作 为 能 源 系 统 . 用 固体 开 关作 为 主 放 电 开 关 控 制 脉 冲 宽 度 和 频 率 . 后 通 过 脉 冲 变压 器 利 最
升 压 在 负载 上 得 到 所 需 的 电 压 脉 冲 。 个 系统 利 用 计 算 机 和 数 据 采 集控 制 卡 实现 程 控 。 整 实验 结 果 表 明 5k V重 复频 率
c r n t e wh l y tm . The e p rmen e u ts o h tt a g f a d i h o e s se x ei tr s l h wst a he r n e o ou p ot g f5 t utv la e o kV e e tfe e cy hgh v l— r p a qu n i o t r
De i n o kV e a r qu n y h g o t g ule po r s pp y sg f5 r pe tf e e c i h v la e p s we u l
JA Xn , I n C O N n・in ,D N iu I i X EMi , A igxag E G Wejn g -
第 1 8卷 第 3期
Vo .8 11 No3 .
电子 设 计 工 程
Elcr n c De in En i e rn e to i sg gn e g i

大功率高压线性电源设计方案

大功率高压线性电源设计方案

大功率高压线性电源设计方案

为了满足雷达系统对改善因子的指标要求,因而对其管体高压的稳定度和纹波均有很高的要求。又为了提高行波管的效率,普遍采用收集极降压方式,所以其高压电源由两组组成,一组是管体高压稳压电源,一组是收集极高压不稳压电源。

现就某雷达发射机高压电源设计的思路和设计方法作一介绍。

主要技术要求

1)输入电压~220V/400Hz(±5%)。

2)输出管体高压

电压UA=20~25kV,稳压,连续可调;

电流Ia≥15mA,脉冲电流Iap≥1A;

电压稳定度Sv≤10-3(输入电压±5%变化);

负载稳定度Si≤2.5×10-3(负载由空载到满载);

纹波≤10-4。

3)输出收集极高压

电压Uc=15~18kV;

电流Ic≥85mA,脉冲电流Icp≥5.5A;

纹波≤5×10-3。

4)环境温度

工作环境温度(-15~55)℃;

贮存温度(-45~75)℃;

湿度+40℃,(95±3)%。

5)平均无故障时间

(完整)基于IGBT的固态高压脉冲电源的研究与设计

(完整)基于IGBT的固态高压脉冲电源的研究与设计

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。两级式结构为高压直流开关电源级加上脉冲形成级的结构。文中采用这种两级式拓扑结构,电源系统结构框图如图1所示。两级式有脉冲稳定、可控性好、精度高、重复频率变化范围大等特点,因而适用范围较广,通用性较好。

脉冲变压器升压高压脉冲电源的设计

脉冲变压器升压高压脉冲电源的设计

脉冲变压器升压高压脉冲电源的设计首先确定输入电压和输出电压。根据实际需求和应用场景,确定输入电压和输出电压的范围。输入电压可以是低电压稳定的直流或交流电源,输出电压则是需要升压的高电压脉冲。

其次考虑功率和效率。功率是指电源能够输出的电流和电压的乘积,而效率则是输出功率与输入功率之间的比值。通过合理的设计和选型,可以提高脉冲变压器的功率和效率,以满足实际需求。

接下来需要考虑保护措施。高压脉冲电源在使用过程中需要特别注意安全问题。设计中应该考虑过流、过压、短路等故障保护电路,并采取防护措施防止对人和设备造成伤害。

在设计脉冲变压器时,可以采用以下步骤:

1.确定输入电压和输出电压范围,根据实际需求选取合适的变压器。

2.选择合适的电源转换器。根据输入电压和输出电压的差异,选择合适的电源转换器,如DC-DC转换器或AC-DC转换器。

3.计算变压比。根据输入电压和输出电压的范围,计算变压比。变压器的变比可以通过变压器的线圈匝数比例来实现。

4.设计变压器。根据变压比和功率需求,设计变压器的线圈匝数和磁芯尺寸。

5.调整参数。根据实际测量和测试结果,调整变压器的参数以达到预期的输出电压。

6.添加保护电路。设计过流、过压、短路等故障保护电路,保证电源的安全可靠性。

7.进行实验和测试。在设计完成后,进行实验和测试,验证设计的性能和稳定性。

8.进行优化。根据实验和测试结果,调整设计参数,进一步优化脉冲变压器的性能。

总之,设计脉冲变压器升压高压脉冲电源需要充分考虑输入电压、输出电压、功率、效率、保护等因素,并根据实际需求进行合理的选型和设计。通过合理的设计和优化,可以得到满足需求的高压脉冲电源。

高压脉冲放电破碎矿石设备的电路设计与测试

高压脉冲放电破碎矿石设备的电路设计与测试

高压脉冲放电破碎矿石设备的电路设计与测试为了破碎矿石,我们需要设计一个高压脉冲放电装置。该装置会产生高能量的电脉冲,将电能转换为机械能以破碎矿石。我们将从电路设计和测试两个方面来介绍该设备的过程。

首先,我们需要一个电路设计,该设计能够产生高压脉冲放电。这个电路设计的基本原理是将低电压通过变压器转换为高电压,然后将高电压通过适当的传感器导入到破碎装置中。

我们需要使用一个电源供电给该装置。该电源应具有直流电压输出,并且能够输出足够的电压以产生高压脉冲。我们可以使用一个大功率放大器来实现这个功能。这个放大器可以将低电压(例如12V)转换为更高的电压(例如1000V)。

然后,我们需要一个变压器将高电压转换为更高的电压。这个变压器应该是一个高频变压器,因为高频信号能够更有效地传输能量。我们还可以使用一个电容器和一个电感器来实现电压的进一步升高。

接下来,我们需要一个传感器来将高压脉冲导入到破碎装置中。我们可以使用多种类型的传感器,例如电极或是等离子体传感器。这些传感器能够将高压脉冲传输给破碎装置,并将电能转换为机械能以破碎矿石。

在电路设计完成后,我们需要进行测试以验证电路的性能。我们可以使用示波器来测量电路的输出。这样可以检查电压是否达到了设计要求,并且脉冲是否具有所需的形状和幅度。

同时,我们还需要测试破碎装置的性能。为此,我们可以使用实验室实验台来进行实际的矿石破碎测试。通过调整电压和脉冲参数,我们可以确定最佳的破碎效果。

在测试过程中,我们还应该注意电路的安全性。高压脉冲很危险,所以我们需要确保电路的绝缘和接地是良好的。另外,我们还需要采取相应的防护措施,以保护测试人员的安全。

高压电源的设计_毕业设计

高压电源的设计_毕业设计

高压电源的设计

摘要

高压电源在日常的生产、生活中有着广泛的应用,尤其在军事、医疗、射线类探测器和静电喷涂等技术领域。传统的高压电源多采用线性技术,这种结构形式造成电源变换效率低,体积大,重量沉,操作维修不方便。随着电源技术的发展,人们对高压电源的转换效率和带负载能力提出了更高的要求。开关电源相对于线性电源有体积小,重量轻,效率高的优点,已经成为电源行业的主流形式。本论文设计研究了一种以单片机和脉宽调制(PWM)技术为基础的高压开关电源。该电源由飞思卡尔MC9S12XS128单片机产生和控制PWM波形,采用全桥变换,经高频变压器升压,输出1000V电压。该电源采用数字调节,模数电路相互结合,具有输出电压高,纹波小,输出功率较高等优点。

关键词:开关电源桥式变换器高频变压器单片机

Abstract

High-voltage power supply is applied broadly in daily life and production, especially used in military, medical, class-ray detector and electrostatic spraying. Traditional high-voltage power supply mainly adopt technology of linear power supply such type of structure makes the whole Efficiency of power supply below, large, heavy and operation and maintenance which is not convenient.With the development of power technology, people have a higher demand on the conversion efficiency of the the high-voltage power and load capacity.Switching power supply have the advantages of small size, light weight, high efficiency relative to the linear power.,it have become a mainstream form of the Power industry.This paper studies a single-chip design and pulse width modulation (PWM) technology-based high-voltage switching power supply.PWM waveform of the the power supply was generated and controlled by by Freescale MC9S12XS128 m icrocontroller,using full bridge,the high-frequency step-up transformer,1000V output voltage.The power supply with digital adjustment,modulus combined circuit,it has the advantage of a high output voltage, ripple, the higher power output and so on.

高压脉冲电源原理

高压脉冲电源原理

高压脉冲电源原理

高压脉冲电源是一种能够产生高电压脉冲的电源系统。其工作原理基于电子元器件的充电和放电过程。

该电源系统主要由以下几个部分组成:电源输入、脉冲发生器、高压放大器和输出装置。

首先,电源输入部分将外部供电转换为适合电路工作的稳定直流电压。这一部分通常包括整流、滤波和稳压电路。

接下来,脉冲发生器的作用是产生一个稳定且频率可调的脉冲信号。常见的脉冲发生器包括555定时器和可编程逻辑器件等。该信号会被高压放大器放大后输出。

高压放大器是将低电压的控制信号放大到所需的高压幅度的关键部分。通常采用变压器、放大电路等元件来实现。放大器的输出会连接到输出装置,比如用于产生高压脉冲的电极或电容。

当高压脉冲电源工作时,脉冲发生器会周期性地生成脉冲信号。该信号经过高压放大器放大后,输出到输出装置。输出装置将这些高压脉冲传递给被驱动设备,如激光器、等离子体加速器等。

总结起来,高压脉冲电源通过将外部供电转换为适合工作的直流电压,并使用脉冲发生器和高压放大器的协同工作,能够生成高压脉冲信号,用于驱动各种高压设备的工作。

毕业设计开题报告——脉冲功率电源设计

毕业设计开题报告——脉冲功率电源设计

毕业设计开放报告 - 脉冲电源设计

变阻器是电阻值,其电阻值对外部电压敏感。随着电压增加,电阻减小,因此i-v特性不是直线。因此,变阻器也称为非线性电阻器。 Zno 非线性电阻器由于其优异的非线性特性和良好的保护性能而逐渐取代碳化硅压敏电阻,并已广泛应用于电力系统,电子电路和一般家用电器设备,尤其是电压,高能浪涌的应用吸收和高压电压调节变得更加突出,它已成为决定电力系统绝缘配合水平的新一代保护装置。过压保护进一步分为大气过压保护和运行过压保护。 1979年,日本开发出第一台无间隙避雷器,额定电压值为4.2至280kv;标称500kv无间隙避雷器也通过了各种测试。在中国,采用串联间隙4星连接法(tbp)的zno避雷器成功解决了中国3~66kv中性点无效接地系统的保护问题。

在zno压敏电阻的生产中,必须测试zno压敏电阻的i-v特性并进行能量冲击测试。通过计算测量的特性曲线,分析电参数是否满足保护要求,从而检测zno非线性电阻是否合格。这些电参数主要是非线性系数α,材料c值,流量,漏电流和电压温度系数。本课题应设计脉冲电源作为测试电源,模拟实际过电压保护期间可能出现的高功率脉冲大电流,对非线性电阻进行能量冲击试验,测试静电特性和电气参数非线性电阻器。

毕业设计的主要任务包括脉冲测试电源的主电路设计,参数选择,储能电抗器参数计算和工程设计。脉冲电源由存储电感器,换向开关和控制测量组成。首先必须将三相交流电整流为通过整流桥的直流电,对储能电抗器进行充电,然后将电抗器与整流桥断开,并通过控制开关对zno放电。感应式能量存储是磁场能量存储,高能量存储密度,大传输功率,小装置尺寸和低成本。电感式储能在脉冲电源技术中具有很大的应用潜力。电抗器的设计是整个电源设计的核心,其参数计算的正确性是电源性能可靠性的保证。低压电气保护用于控制循环电流时间,并且可变电流电子部件在一个方面受到保护。另一种是最小化控制电感和放电的开关损耗,使得存储在电感器中的所有能量用于产生所需的脉冲源。另外,由于测量对象是不是传统的50周正弦波的脉冲波,因此参数的测量需要使用霍尔器件传感器。本文使用北京莱姆的lem电流 - 电压传感器模块。霍尔传感器可立即再现压敏电阻两端的电压和通过压敏电阻的电流,使其易于测量。

高压大功率脉冲电源的设计

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。

高压电源设计

高压电源设计

高压电源设计

摘要:

高压电源是一种将低压电源转换为高电压的设备。它在各种领域中

被广泛应用,如工业、医疗、科研等。本文将介绍高压电源的基本

原理和常见的设计方法,包括电源拓扑结构、元器件选择、保护电

路设计等。通过合理的高压电源设计,可以提高系统的稳定性和可

靠性。

1. 引言

高压电源是将低电压信号转换为高电压信号的重要设备。在很多应

用中,如电子束设备、气体放电管、激光器等,都需要使用高压电源。因此,高压电源的设计对于这些应用设备的正常工作非常重要。本文将详细介绍高压电源的设计原理和常见的设计方法。

2. 高压电源的基本原理

高压电源的基本原理是将直流或交流低压电源转换为高电压。常见

的高压电源拓扑结构有升压型、降压型和反激型等。升压型高压电

源通过变压器实现电压的升压,降压型高压电源通过变压器实现电

压的降压,而反激型高压电源则通过共振电路实现电压的升压。

3. 高压电源的设计方法

高压电源的设计需要考虑多个因素,如输出电压、输出电流、稳定性、效率等。在设计过程中,需要选择合适的元器件,并合理布局电路板。以下为高压电源设计的基本步骤:

3.1 电压选择

首先需要确定所需的输出电压。根据应用需求和性能要求,选择合适的输出电压。

3.2 拓扑结构选择

根据输出电压的要求和电路条件,选择合适的高压电源拓扑结构。常见的高压电源拓扑结构有升压型、降压型和反激型等。

3.3 元器件选择

根据电路拓扑结构和工作条件,选择适合的元器件。包括变压器、电感、电容、二极管、晶体管等。

3.4 保护电路设计

设计高压电源时,需要考虑过压、过流、过温等保护功能,以确保系统的安全和可靠性。

(最新整理)5KV重复频率高压脉冲电源设计

(最新整理)5KV重复频率高压脉冲电源设计

5KV重复频率高压脉冲电源设计

编辑整理:

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本文可编辑可修改,如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅,最后祝您生活愉快业绩进步,以下为5KV重复频率高压脉冲电源设计的全部内容。

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。

复合式高压脉冲电源的设计与仿真

复合式高压脉冲电源的设计与仿真

复合式高压脉冲电源的设计与仿真

民用脉冲功率技术的发展,特别是在材料表面改性、环境污染的修复和治理、食品工业灭菌、生物医学等领域的大量运用,对高重复频率的高压纳秒脉冲电源提出了需求。由于纳秒脉冲在时间尺度上的压缩,抑制了放电向电弧和火花放电的转变,容易得到稳定的非平衡等离子体,因此研制可靠的纳秒脉冲产生源成为了其中的关键技术。

本文以电力电子技术和脉冲功率技术为基础,设计制作了一台高重复频率高压纳秒脉冲电源。电源由三部分组成,首先市电将通过晶闸管调压后送入倍压整流电路得到直流高压,直流电再进入储能回路,通过旋转火花开关对电容的间断放电得到脉冲电压,最后由磁压缩回路进行波形的二次整形和压缩。

文中对纳秒脉冲电源的研制过程做了详细的说明,通过对比目前运用较多的拓扑结构,结合课题实际,选用了C-W半波倍压整流电路得到直流高压,通过建立Multisim仿真模型,对电路的关键参数进行了研究。对晶闸管触发电路、保护电路、控制回路、检测电路、辅助供电进行了电路设计和制作。

分析了储能电路参数对输出电压的影响,使用Pspice软件仿真输出波形并确定电路参数。改进传统火花开关的结构,设计了新型的盘式火花开关。

给出了实验波形并对实验结果做了对比分析。最后分析了磁压缩回路的工作原理,推导了磁开关的工作参数。

以减小磁开关的损耗为目的,对应用于磁开关的材料进行了分析。使用Pspice软件对磁压缩电路的脉冲压缩和电路延时功能进行了仿真和计算。

分析免磁芯复位磁压缩电路的工作过程,为了改进输出脉冲的底部过冲,提出了电路的改进,并对磁开关和可饱和变压器进行了设计。

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 Supply

Abstract: 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.

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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 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IGBT 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。IGB T 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I

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