高压电源的工作原理以及应用和设计原理

工作原理

高压直流电源产生的负高压，接入电晕极（阴极），它与沉淀极（阳极）之间产生电场，电场强度超过一定极限后在阴阳两极间即产生电晕放电。此时流经电场区的气体发生电离，

产生大量的离子和电子。周围可以听见强烈的电磁风声。光线暗时可见紫兰色电晕。通过电

场的煤气中的焦油、粉尘、水雾等粒子与离子或电子结合而荷电，在电场力的作用下向两极

运动。由于电子质量小，运动速度快，空间分布广，所以主要是荷负电的粒子向沉淀极运动。到达沉淀极板中和后，依靠残存的静电引力和分子间凝聚力首先吸附于沉淀极，而后靠自身

重力沿极板下落，通过焦油出口排出。

高压电源的应用

高压直流电源是将Ac220V电网电能转变成特种形式的高压电源，高压直流电源按输出电压

极性可分为正极性和负极性两种。高压直流电源已经广泛应用于各行各业，仪器仪表各种电

子设备，农业领域也有应用，例如农业环境静电除尘，静电喷雾杀虫，农业物料静电喷涂包裹，农产品加工中的静电植绒、农业生物静电效应研究、静电杀菌、农业种子静电处理等等。随着农业科学技术的不断发展进步，农业科学研究和农业工程应用实践对高压静电电源的需

求逐年增多，对其精度、性能、规格、品种、类型、体积、智能化操作等方面都提出了许多

新的要求，现有的高压直流电源已经不能满足农业领域中的许多需要，研究和开发适合农业

领域要求的多种新型直流高压电源已经成为一种客观需求，而且其社会效益和经济效益都比

较显著，市场前景比较光明。信息来源:武汉凯琛威电子科技有限公司

回顾高压直流电源发展历史，高压直流电源最初是将工频电压直接经高压变压器升压后整流

滤波，或升压后再倍压整流后得到高压的，其基本原理如图1所示。随着科学技术的发展，

后来高压直流电源才发展到了线性高压直流电源。早期的高压直流电源通常采用220 V工频

交流经变压器升压，整流滤波获得，电源的体积和重量很大，并且纹波较大，稳定性不高，

效率低。目前的高压电源主要采用开关电源技术，PWM波的产生芯片主要用SG3525（集成PWM控制芯片）或者UC3875（移相谐振全桥软开关控制器）做成高频高压电源，大大减小

了电源体积和重量，提高了电源的稳定性和效率。但SG3525功能单一、产生的PWM波形

也没有DSP产生的PWM波形稳定性好，并不能实现与上位机通讯及智能调压等功能。此处

设计以DSP为控制核心，DSP产生的死区可调的PWM波完全可代替SG3525或UC3875所

产生的PWM波，还可实现电源输出调压和过压过流保护等功能。

高压电源的重要特点就是快速可靠保护。例如过流保护、过压保护、击穿短路保护等，这里

在新型直流高压电源研制上尝试应用新的技术手段，提出新的设计思路来解决这些问题。

2 设计原理

高压电源的总体框图如图1所示，电路主要分为主电路和控制保护电路两部分。该系统的工

作原理：先将市电220 V／50 Hz通过全桥整流滤波后，变成300 V左右直流电压，将其通过PWM的Buck变换得到0～300 V可调直流电压。然后直流电经过DC／AC逆变成高频电压，经过谐振电路和高频变压器后电压变为10 kV左右，再经倍压整流得到所需的电压。DSP系

统为DC／DC提供电压输出幅值的给定信号，同时接收DC／DC环节来的反馈信号，并实时地做出反应，控制DC／DC环节输出电压的大小。对于DC／AC环节，DSP系统通过输出4

路脉宽可调的PWM信号控制逆变环节4个IGBT的通断，并且接收反馈动作信号，控制4

路PWM的脉宽来达到控制逆变环节输出电压的目的。DSP系统还可进行输出电压测量，并

且提供一个良好的人机接口，实时地显示各个参数值，并提供操作控制