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直流高压发生器在设计中的四大关键之处
2021-11-24

直流高压发生器是电力试验中常用设备之一,广泛应用与电力电缆、避雷器等泄漏电流试验,本文基于开关电源技术的直流高压发生器输出电压为120kV、输出电流为5mA、工作频率为40kHz。因输出电压较高,设计中有一些特殊问题,现讨论其中的4大关键之处。


直流高压发生器

一、系统方案设计


现有的基于开关电源技术的直流高压发生器一般都工作在20kHz,在该设计中用40kHz的工作频率,开关器采用MOSFET(金属氧化物半导体现场效应晶体管)。因工作频率提高,设备中用的高频变压器的体积和重量都进一步减小,整个装置的体积和重量也相应减小,现场使用更方便,工作频率的提高使输出电压纹波系数也进一步减小。


输入为交流220V,经交流-直流-交流-直流4个环节得到直流负高压。交流220V先经EMI(电磁干扰)滤波环节,EMI滤波网络可防高频电路产生的大量高次谐波进入电网,也可组织电网谐波进入整流电路;接下来进入PFC(功率因数校正)模块,PFC模块英语提高本装置的功率因数;工频整流模块用全桥整流方式,将交流220V整流为约300V直流,此电压岁随电网电压的波动而变化;通过改变半桥电路部分MOSFET的占空比实现电压调节,将工频整流的300V变换成稳定的最大值为160V的直流电压;全桥逆变部分负责将此稳定的直流电压逆变成40kHz的交流方波电压初步升压;变比为1:60的脉冲升压变压器负责将方波电压初步升压;最后经8级倍压电路升压得到120kV稳定直流高压。


二、驱动电路设计


一般的开关电源设计都是采用专用的电源芯片,这些芯片本身驱动能力够大,或直接驱动MOS-FET,或通过脉冲变压器驱动,一般都可满足驱动要求。


三、开关管缓冲电路设计


板桥稳压和全桥逆变生涯部分都是带有高频变压器的变换器,高频变压器都存在漏感,本事开关器件选用的是MOSFET,其关断期间的电流下降速度很快,开关管漏源极间的电压开始显著上升之前,其电流已降到零。


四、升压变压器设计


升压变压器变比设计为1:60,副边匝数为2600匝,多匝细小的导线绕在磁芯骨架上,相邻导线间的间隙非常狭小,产生寄生电容,如将其等效的集中到绕组的两端来考虑,其容量值将达到几千pF,寄生电容C的两端加上高频交流电压时,每个周期都有电流流过。


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