具我所知
高压电源的主电路结构:
1.古老的是工频升压再整流
2.大功率用全桥,变压器也可考虑副边多组串联
3.小功率可以用反激加倍压
4.自激式
5.谐振
不知还有什么好的方法和原理图
大家交流交流啊
高压电源
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@whchery
特种电源的应用2007-09-1808:50:24 作者: 来源:互联网 浏览次数:0 文字大小:【大】【中】【小】特种电源的应用史平君中国兵器工业206研究所 高大庆 中国科学院近代物理研究所一、概述特种电源即特殊种类的电源.所谓特殊主要是由于衡量电源的技术指标要求不同于常用的电源,其主要是输出电压特别高,输出电流特别大,或者对稳定度、动态响应及纹波要求特别高,或者要求电源输出的电压或电流是脉冲或其它一些要求.这就使得在设计及生产此类电源时有差比普通电源有更特殊甚至更严格的要求.特种电源一般是为特殊负载或场合要求而设计的,它的应用十分广泛.主要有:电镀电解、阳极氧化、感应加热、医疗设备、电力操作、电力试验、环保除尘、空气净化、食品灭菌、激光红外、光电显示等.而在国防及军事上,特种电源更有普通电源不可取代的用途,主要用于:雷达导航、高能物理、等离子体物理及核技术研究等.可见特种电源就是运用电力电子技术及一些特殊手段,将发电厂或蓄电池输出的一次电能,变换成能满足对电能形式特殊需要的场合要求而设计的电源.本文仅介绍具有广泛代表性的高压电源、脉冲电源和加速器电源系统.二、几种类型的特种电源1.雷达发射机用的高压电源在现代雷达发射机中,用行波管(TWT)作为微波功率放大器件占有很大的比例,作为高功率部分,它的可靠性与技术指标如何,对雷达发射机乃至整个雷达有着直接的影响.而支撑着行波管的高压电源(系统)更显得至为重要.开关电源技术作为一种高频、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.本文所介绍的雷达行波管用高压开关电源,采用全桥谐振PWM调制方式,大功率开关器件采用先进的IGBT模块及先进可靠的驱动电路,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. 电源电路由以下几部分组成: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.由于本电源输出高达20KV,为了减轻变压器的设计难度以及减小高压整流二极管的耐压值、提高电源的可靠性,我们采用变压器两个次级分别全桥整流,然后叠加输出.全桥变换器由四个IGBT、一个高频变压器及整流电路组成.控制电路提供两对彼此绝缘、相位相差1800的脉冲输入到IGBT驱动电路,控制IGBT的通断.将直流电压变换成为交变的20KHZ脉冲电压,经变压器及全桥整流和滤波电路,得到-22.5KV的电压.其原理框图如图1及图2所示.电路2.电子束焊机用大功率高压电源电子束焊接因具有不用焊条、不易氧化、工艺重复性好及热变形量小的优点而广泛应用于航空航天、原子能、国防及军工、汽车和电气电工仪表等众多行业.电子束焊接的基本原理是电子枪中的阴极由于直接或间接加热而发射电子,该电子在高压静电场的加速下在通过电磁场的聚焦就可以形成能量密度极高的电子束,用此电子束去轰击工件,巨大的动能转化为热量,使焊接处工件熔化,形成熔池,从而实现对工件的焊接.高压电源是设备的关键技术之一,它主要为电子枪提供加速电压,其性能好坏直接决定电子束焊接工艺和焊接质量.电子束焊机用高压电源与其它类型的高压电源相比,具有不同的技术特性,技术要求主要为纹波系数和稳定度,纹波系数要求小于1%,稳定度为±1%,甚至纹波系数小于0.5%,稳定度为±0.5%,同时还重复性要求小于0.5%.以上要求均根据电子束斑和焊接工艺所决定.电子束焊机用高压电源在操作是必须与有关系统进行连锁保护,主要有真空连锁、阴极连锁、闸阀连锁、聚焦连锁等,以确保设备和人身安全.高压电源必须符合EMC标准,具有软起动功能,防止突然合闸对电源的冲击.这种电源由于功率大(达30kW),输出电压高(150kV),工作频率较高(20kHz),而对稳定精度、纹波及电压调节率均有较高的要求.选用先进的三相全控可控整流技术、大功率高频逆变器,用新型功率器件IGBT作为功率开关.三相全控可控整流和逆变器各自采用独立的控制板,IGBT驱动采用进口厚膜驱动电路,加上输入电网滤波器和平波电抗器及电容组成的滤波电路.使电源的功率变换部分具有较好的技术先进性和良好的功率变换性,如图3所示:高压部分:高压变压器磁芯采用最新的非晶态材料,采用独特的高频高压绕制工艺,双高压变压器叠加工作.先进的整流和合理的倍压电路以及高压均压技术保证高压电源的高压部分稳定可靠,反馈及高压指示信号用精密的分压器,由高压输出端直接采样,保证电源有很高的稳压精度、电压调整率和准确可信的高压测量精度.采用合理的高压滤波技术,保证电源有良好的纹波.高压部分放在一个油箱内,如图4所示:3.高压脉冲电源在雷达导航设备中,其发射部分一般都需要一高电压、窄脉冲,不同重复频率的强功率脉冲源,这种强功率脉冲源一般通过一个高压电源将市电升为几千伏至几十千伏直流高压,然后由一个调制器将直流高压调制为所需脉宽及频率的脉冲源以供发射管使用.本文介绍的高压脉冲源主要由高压电源及调制器组成,高压电源系用开关稳压电源,调制器系用半导体固态器件. 脉冲源主要由高压电源及调制器部分组成,高压电源采用开关稳压电源,调制器采用半导体器件的固态调制器.使用方给出的触发脉冲是TTL电平的信号,应在输入隔离变压器前增加接口电路,此接口电路一是为了预放大TTL脉冲信号,二是为了与隔离变压器匹配.为了达到隔离的目的,使用方可提供此接口电路的电源,制造方只需提出电源需求并在电路中设计相应的变换、滤波电路即可.触发脉冲经过脉冲变压器隔离后经过预调器(如图5所示)脉冲整形,功率放大后去触发调制板和截尾板(如图6所示)工作.由预调器产生的激励脉冲经过变压器隔离去驱动调制板的每一只场效应管,此时调制板导通高压电源送到FM-740微波三极管的阳极,微波三极管的阴极电子开始发射,微波三极管将送入输入端的小工率高频信号放大成大功率的高频信号.当脉冲结束时,由预调器产生的截尾脉冲去触发截尾板,截尾板导通后将微波三极管的分布电容释放,所以可以得到很好的脉冲后沿(如图7所示).4.加速器电源系统电源系统是加速器中一个重要组成部分,其主要功能是和负载一起为加速器提供所需的磁场和电场.这个电源系统绝大多数是高精度线性电源,几乎全部是直流稳流和直流稳压电源.其基本结构是开关电源和晶闸管相控电源.主要技术指标(长期电流稳定度,电流纹波等)要求很高,二极铁电源电流长期稳定度一般小于2´10-4/8小时,四极铁电源电流长期稳定度一般小于5´10-4/8小时.直流电源主要采用以下技术方案:对于输出功率在50KW以上的二极磁铁电源和大的四极磁铁电源,采用了晶闸管相控整流技术,大部分为晶闸管12脉波整流技术,同时根据具体情况采用并联式有源滤波技术以抑制纹波.稳定度要求为5´10-6/8小时的主磁场电源采用24脉波晶闸管整流技术,同时控制电路和测试电路都采取了恒温措施.晶闸管相控电源技术成熟,性能稳定可靠,价格低廉,原理简图如图8所示;对于50KW以下的中小功率电源全部采用高频开关技术,主要采用全桥零电压/零电流软开关技术、斩波电源,工作原理见图9.还有部分电源,特别是开关磁铁电源,需要电源输出电流在200ms的时间内完成从0到额定值的转换或从额定值到0的转换,因此这部分电源采用高频斩波技术,该电路能够有效吸收电流快速下降时磁铁负载产生的反向电压,工作原理见图10.对于注入引出系统的低压大电流电源采用多模块并联稳流技术,每个模块实际上是一个自己闭环工作的小功率开关电源,输出电流在100-250A,电压为10-30V,根据电源输出电流选择不同规格和不同数量的模块并联,所有模块受一个总的调节器控制,工作原理见图11.脉冲电源实现方案与直流电源类似,对于输出功率在50KW以上的二极磁铁电源和大的四极磁铁电源,采用了晶闸管相控整流技术,中小功率电源则全部采用高频斩波技术.图12为电源工作于脉冲模式时输出脉冲电流电压波形.每个脉冲上升和下降时间各为3秒,平顶为1秒,平底10秒.电流波形实际上是一个梯形波,为便于电源实现,该梯形波分为五段:前平底段、上升段、平顶段、下降段、后平底段,每段之间用二次曲线光滑连接起来.主环和实验环二极铁电源及部分大功率四极铁电源,采用十二相或二十四相可控硅整流器实现,主要工作方式为整流/逆变方式.电源由十二相/二十四可控硅整流器、纹波反馈、无源滤波器、有源滤波器和电源控制器组成,图13为电源电气原理图.多相可控硅整流器通过多台变压器错相.电源调节器采用电压电流双闭环控制,电压环为内环调节,为了实现较快的响应速度和抑制电网电压波动的影响,电压环增益不高,但有较宽的带宽,外环为电流环,电源的精度主要由电流环决定,因此电流调节器增益很高,同时电流环带宽受到限制.为了进一步提高动态响应速度以及衰减纹波,主环二极磁铁电源在无源滤波器之后还使用了并联式有源滤波器,该滤波器是由多级斩波式开关电源串联组成,在电流上升下降段提供所需电流,以弥补晶闸管整流器响应较慢的缺陷,在平顶和平底段作为有源滤波器工作.需要指出的是为了同时满足电源精度和良好动态特性的要求,必须精心选择电源调节器和滤波器的参数.主环和实验环及其他系统的中小功率的电源,采用带倍频功能的高频双管斩波式开关电源.电路工作原理图如图10所示.开关管工作频率为10KHz以上,电源工作频率则在20KHz以上,具有响应时间快、较小的纹波、体积小、效率高等优点.这种电路可以有效的减小电源对电网的影响,同时还低功率损耗、不存在开关元件的直通故障、可工作与二象限和四象限状态、电路简单等优点.通过控制两个开关管,实现能量反馈,此种电源既可工作于脉冲状态,也可工作于直流状态.双极性输出的主环和实验环中的校正线圈和校正磁铁电源,采用四象限输出的开关电源,不同的控制方式便可实现输出极性的改变或输出电流从正到负的连续变化.在注入引出系统中,主要包括踢轨电源(KICKER)、突凸轨电源(BUNPER)、静电偏转板电源.其工作原理与波形与普通磁铁电源完全不一样.KICKER电源要求电流脉冲上升沿在150ns以内,周期重复工作,主要用于主环快引出;BUMPER也是以较快脉冲工作,但要求电流在60-20us内从额定值下降到0,且四台BUMPER必须同步,该种电源主要用于主环注入系统中;静电偏转板电源全部是150KV高压直流稳压电源,主要用于慢引出.图16-19为KICKER和BUMPER电源工作原理图以及相应的测试波形.
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@whchery
特种电源的应用2007-09-1808:50:24 作者: 来源:互联网 浏览次数:0 文字大小:【大】【中】【小】特种电源的应用史平君中国兵器工业206研究所 高大庆 中国科学院近代物理研究所一、概述特种电源即特殊种类的电源.所谓特殊主要是由于衡量电源的技术指标要求不同于常用的电源,其主要是输出电压特别高,输出电流特别大,或者对稳定度、动态响应及纹波要求特别高,或者要求电源输出的电压或电流是脉冲或其它一些要求.这就使得在设计及生产此类电源时有差比普通电源有更特殊甚至更严格的要求.特种电源一般是为特殊负载或场合要求而设计的,它的应用十分广泛.主要有:电镀电解、阳极氧化、感应加热、医疗设备、电力操作、电力试验、环保除尘、空气净化、食品灭菌、激光红外、光电显示等.而在国防及军事上,特种电源更有普通电源不可取代的用途,主要用于:雷达导航、高能物理、等离子体物理及核技术研究等.可见特种电源就是运用电力电子技术及一些特殊手段,将发电厂或蓄电池输出的一次电能,变换成能满足对电能形式特殊需要的场合要求而设计的电源.本文仅介绍具有广泛代表性的高压电源、脉冲电源和加速器电源系统.二、几种类型的特种电源1.雷达发射机用的高压电源在现代雷达发射机中,用行波管(TWT)作为微波功率放大器件占有很大的比例,作为高功率部分,它的可靠性与技术指标如何,对雷达发射机乃至整个雷达有着直接的影响.而支撑着行波管的高压电源(系统)更显得至为重要.开关电源技术作为一种高频、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.本文所介绍的雷达行波管用高压开关电源,采用全桥谐振PWM调制方式,大功率开关器件采用先进的IGBT模块及先进可靠的驱动电路,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. 电源电路由以下几部分组成: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.由于本电源输出高达20KV,为了减轻变压器的设计难度以及减小高压整流二极管的耐压值、提高电源的可靠性,我们采用变压器两个次级分别全桥整流,然后叠加输出.全桥变换器由四个IGBT、一个高频变压器及整流电路组成.控制电路提供两对彼此绝缘、相位相差1800的脉冲输入到IGBT驱动电路,控制IGBT的通断.将直流电压变换成为交变的20KHZ脉冲电压,经变压器及全桥整流和滤波电路,得到-22.5KV的电压.其原理框图如图1及图2所示.电路2.电子束焊机用大功率高压电源电子束焊接因具有不用焊条、不易氧化、工艺重复性好及热变形量小的优点而广泛应用于航空航天、原子能、国防及军工、汽车和电气电工仪表等众多行业.电子束焊接的基本原理是电子枪中的阴极由于直接或间接加热而发射电子,该电子在高压静电场的加速下在通过电磁场的聚焦就可以形成能量密度极高的电子束,用此电子束去轰击工件,巨大的动能转化为热量,使焊接处工件熔化,形成熔池,从而实现对工件的焊接.高压电源是设备的关键技术之一,它主要为电子枪提供加速电压,其性能好坏直接决定电子束焊接工艺和焊接质量.电子束焊机用高压电源与其它类型的高压电源相比,具有不同的技术特性,技术要求主要为纹波系数和稳定度,纹波系数要求小于1%,稳定度为±1%,甚至纹波系数小于0.5%,稳定度为±0.5%,同时还重复性要求小于0.5%.以上要求均根据电子束斑和焊接工艺所决定.电子束焊机用高压电源在操作是必须与有关系统进行连锁保护,主要有真空连锁、阴极连锁、闸阀连锁、聚焦连锁等,以确保设备和人身安全.高压电源必须符合EMC标准,具有软起动功能,防止突然合闸对电源的冲击.这种电源由于功率大(达30kW),输出电压高(150kV),工作频率较高(20kHz),而对稳定精度、纹波及电压调节率均有较高的要求.选用先进的三相全控可控整流技术、大功率高频逆变器,用新型功率器件IGBT作为功率开关.三相全控可控整流和逆变器各自采用独立的控制板,IGBT驱动采用进口厚膜驱动电路,加上输入电网滤波器和平波电抗器及电容组成的滤波电路.使电源的功率变换部分具有较好的技术先进性和良好的功率变换性,如图3所示:高压部分:高压变压器磁芯采用最新的非晶态材料,采用独特的高频高压绕制工艺,双高压变压器叠加工作.先进的整流和合理的倍压电路以及高压均压技术保证高压电源的高压部分稳定可靠,反馈及高压指示信号用精密的分压器,由高压输出端直接采样,保证电源有很高的稳压精度、电压调整率和准确可信的高压测量精度.采用合理的高压滤波技术,保证电源有良好的纹波.高压部分放在一个油箱内,如图4所示:3.高压脉冲电源在雷达导航设备中,其发射部分一般都需要一高电压、窄脉冲,不同重复频率的强功率脉冲源,这种强功率脉冲源一般通过一个高压电源将市电升为几千伏至几十千伏直流高压,然后由一个调制器将直流高压调制为所需脉宽及频率的脉冲源以供发射管使用.本文介绍的高压脉冲源主要由高压电源及调制器组成,高压电源系用开关稳压电源,调制器系用半导体固态器件. 脉冲源主要由高压电源及调制器部分组成,高压电源采用开关稳压电源,调制器采用半导体器件的固态调制器.使用方给出的触发脉冲是TTL电平的信号,应在输入隔离变压器前增加接口电路,此接口电路一是为了预放大TTL脉冲信号,二是为了与隔离变压器匹配.为了达到隔离的目的,使用方可提供此接口电路的电源,制造方只需提出电源需求并在电路中设计相应的变换、滤波电路即可.触发脉冲经过脉冲变压器隔离后经过预调器(如图5所示)脉冲整形,功率放大后去触发调制板和截尾板(如图6所示)工作.由预调器产生的激励脉冲经过变压器隔离去驱动调制板的每一只场效应管,此时调制板导通高压电源送到FM-740微波三极管的阳极,微波三极管的阴极电子开始发射,微波三极管将送入输入端的小工率高频信号放大成大功率的高频信号.当脉冲结束时,由预调器产生的截尾脉冲去触发截尾板,截尾板导通后将微波三极管的分布电容释放,所以可以得到很好的脉冲后沿(如图7所示).4.加速器电源系统电源系统是加速器中一个重要组成部分,其主要功能是和负载一起为加速器提供所需的磁场和电场.这个电源系统绝大多数是高精度线性电源,几乎全部是直流稳流和直流稳压电源.其基本结构是开关电源和晶闸管相控电源.主要技术指标(长期电流稳定度,电流纹波等)要求很高,二极铁电源电流长期稳定度一般小于2´10-4/8小时,四极铁电源电流长期稳定度一般小于5´10-4/8小时.直流电源主要采用以下技术方案:对于输出功率在50KW以上的二极磁铁电源和大的四极磁铁电源,采用了晶闸管相控整流技术,大部分为晶闸管12脉波整流技术,同时根据具体情况采用并联式有源滤波技术以抑制纹波.稳定度要求为5´10-6/8小时的主磁场电源采用24脉波晶闸管整流技术,同时控制电路和测试电路都采取了恒温措施.晶闸管相控电源技术成熟,性能稳定可靠,价格低廉,原理简图如图8所示;对于50KW以下的中小功率电源全部采用高频开关技术,主要采用全桥零电压/零电流软开关技术、斩波电源,工作原理见图9.还有部分电源,特别是开关磁铁电源,需要电源输出电流在200ms的时间内完成从0到额定值的转换或从额定值到0的转换,因此这部分电源采用高频斩波技术,该电路能够有效吸收电流快速下降时磁铁负载产生的反向电压,工作原理见图10.对于注入引出系统的低压大电流电源采用多模块并联稳流技术,每个模块实际上是一个自己闭环工作的小功率开关电源,输出电流在100-250A,电压为10-30V,根据电源输出电流选择不同规格和不同数量的模块并联,所有模块受一个总的调节器控制,工作原理见图11.脉冲电源实现方案与直流电源类似,对于输出功率在50KW以上的二极磁铁电源和大的四极磁铁电源,采用了晶闸管相控整流技术,中小功率电源则全部采用高频斩波技术.图12为电源工作于脉冲模式时输出脉冲电流电压波形.每个脉冲上升和下降时间各为3秒,平顶为1秒,平底10秒.电流波形实际上是一个梯形波,为便于电源实现,该梯形波分为五段:前平底段、上升段、平顶段、下降段、后平底段,每段之间用二次曲线光滑连接起来.主环和实验环二极铁电源及部分大功率四极铁电源,采用十二相或二十四相可控硅整流器实现,主要工作方式为整流/逆变方式.电源由十二相/二十四可控硅整流器、纹波反馈、无源滤波器、有源滤波器和电源控制器组成,图13为电源电气原理图.多相可控硅整流器通过多台变压器错相.电源调节器采用电压电流双闭环控制,电压环为内环调节,为了实现较快的响应速度和抑制电网电压波动的影响,电压环增益不高,但有较宽的带宽,外环为电流环,电源的精度主要由电流环决定,因此电流调节器增益很高,同时电流环带宽受到限制.为了进一步提高动态响应速度以及衰减纹波,主环二极磁铁电源在无源滤波器之后还使用了并联式有源滤波器,该滤波器是由多级斩波式开关电源串联组成,在电流上升下降段提供所需电流,以弥补晶闸管整流器响应较慢的缺陷,在平顶和平底段作为有源滤波器工作.需要指出的是为了同时满足电源精度和良好动态特性的要求,必须精心选择电源调节器和滤波器的参数.主环和实验环及其他系统的中小功率的电源,采用带倍频功能的高频双管斩波式开关电源.电路工作原理图如图10所示.开关管工作频率为10KHz以上,电源工作频率则在20KHz以上,具有响应时间快、较小的纹波、体积小、效率高等优点.这种电路可以有效的减小电源对电网的影响,同时还低功率损耗、不存在开关元件的直通故障、可工作与二象限和四象限状态、电路简单等优点.通过控制两个开关管,实现能量反馈,此种电源既可工作于脉冲状态,也可工作于直流状态.双极性输出的主环和实验环中的校正线圈和校正磁铁电源,采用四象限输出的开关电源,不同的控制方式便可实现输出极性的改变或输出电流从正到负的连续变化.在注入引出系统中,主要包括踢轨电源(KICKER)、突凸轨电源(BUNPER)、静电偏转板电源.其工作原理与波形与普通磁铁电源完全不一样.KICKER电源要求电流脉冲上升沿在150ns以内,周期重复工作,主要用于主环快引出;BUMPER也是以较快脉冲工作,但要求电流在60-20us内从额定值下降到0,且四台BUMPER必须同步,该种电源主要用于主环注入系统中;静电偏转板电源全部是150KV高压直流稳压电源,主要用于慢引出.图16-19为KICKER和BUMPER电源工作原理图以及相应的测试波形.
顶,非常好的总结
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@whchery
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