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高压直流电源的工作原理是怎样的    2023-01-11

         高压直流电源是如何工作的?因为电场如果用高压直流电源需要大范围的线性可调输出电压,同时为了实现软开关,前级采用输出电压范围宽的DC/DC电路,中级为高频LC串联谐振逆变电路,后级为正负双向倍压电路的三级方案,以实现宽范围、低纹波、高可靠性的要求。系统整体结构框图如下图2-1所示。

高压直流电源是如何工作的?

该电路主要由整流滤波电路、同步降压宽范围可调电压电路、LC串联谐振逆变电路和正负对称双向倍压电路组成。首先将输入的交流电压通过整流滤波电路变成平滑的直流电压,再通过同步降压稳压电路实现稳压和输出电压大范围可调,LC恒频恒占空比串联谐振电路将前级直流电压变为高频方波电压加到高频高压变压器两端,通过变压器和倍压电路中,电压被提升两倍至负载产生电场所需的高电压。

前级同步降压电路原理与仿真

由于电路中输出电压大范围可调,而电场负载几乎是开路,传统的降压电路在轻载下大范围调整电压时容易工作在间歇状态。对于大型稳压电路,如果整个过程工作在连续状态,则需要电路中的电感值较大,如图2-2所示,从图中可以看出,负载越轻,电路中所需的电感就越大。

高压直流电源是如何工作的?

由于用于加速器的小功率电源电流小、负载轻,在大范围调节电压时,电路很容易工作在间歇状态,占空比和输入输出电压增益不再具有线性关系,如上图 2-3 所示。当电路具有相同的输出电压时,它以连续模式工作,并且比间歇模式具有更大的占空比。当图中d<0.2且工作在k=0.005时,占空比D的微小变化会引起输出电压的很大变化,而电路的增益在连续导通模式下始终保持线性变化。

综上所述,普通降压电路在间歇轻载下工作时,输入输出不再呈线性关系,电路中电流峰值高,控制电路设计难度大,稳定性差。

系统总体结构及工作原理

同步降压电路在轻载时,电感电流保持连续,以保证输入输出电压的线性关系。在轻载情况下,LC串联谐振电路工作在开关频率略低于谐振频率的模式下。具有自动实现零电流通断的优点。同时可以有效利用变压器的寄生参数,输出电压基本等于输入电压。正负两路倍压电路可有效降低变压器的变压比,180°的相移可大大降低输出电压的纹波。综上所述,电路系统结构如图所示。

该电路的具体工作过程如下:首先,前级同步降压电路产生宽范围可调的输出电压,通过调节前级降压电路的电压,可以在较宽的范围内调节逆变电路的输入电压。

LC串联谐振电路工作在开关频率略小于谐振频率的模式时,输入电压反相为高频方波电压,加到变压器初级。变压器初始升压后,加到正负二路倍压电路中,实现高压输出,加到电极板上产生电场。

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