高压直流电源工作原理(以实验为准)

　　高压直流电源主要是将交流市电或三相交流电输入并以直流电压输出，通常是稳压或稳流的，早期的直流高压电源使用交流或三相电源从工频高压变压器升压到交流高压，进行整流和滤波以获得直流高压。由于低频，电源的体积和重量相对较大，导致转换效率和稳定性差。随着开关电源技术的发展和成熟，结合了高频开关转换技术和高压电源的特点而开发的直流高压电源已成为主流。

　　它主要用于化肥，焦炭，城市燃气，冶金，建材，碳，陶瓷等的气体净化。它可回收煤气和焦炉煤气的焦油，并去除灰尘和水雾等杂质，从而可以做到物料回收和气体净化的双重作用，在确保过程后期的设备正常和稳定运行中也起着重要作用。

　　它由两部分组成：恒流高压直流电源和捕焦本体(机械塔体)。前者可以使用CS-Ⅲ恒流型高压直流电源进行静电沉积，后者可以使用TD套筒型(同心圆型)结构，GD管型，FD蜂窝型，SJD湿管型。四个结构的主体主要由筒体、放电电极(电晕电极)和捕获电极(沉淀电极)组成。

　　新型低纹波高压直流电源的工作原理

　　高压直流电源正越来越广泛地用于工业，医学，核物理，测试等其他领域。在本文中，我们使用双电源并联输出方法来获得低纹波直流电。如今，开关管的频率受到限制，此方法可以在较低频率下获得低纹波直流电。

　　1、主电路的工作原理

　　图1和图2给出了电源的系统框图和主电路图。

　　主电路包含两套相同的半桥逆变器电路，并且逆变器开关元件是IGBT。每个电路均由独立的三相完全控制整流桥供电。逆变电路采用PWM方式，工作频率高于谐振频率，逆变后电压波形是方波。电路功率调节是通过控制整流桥的移相角来实现的。IGBT触发脉冲参数：0 kHz至20 kHz，占空比为45%，-5V至+15V，上臂和下臂脉冲相差半个周期，如图3所示。桥式逆变器电路的输出波形如图4所示，并联两个电压以获得平坦的电压。

　　2、电压跟踪电路

　　设备正常运行中的一个重要问题是两个并联电源的电压平衡，因为两个输出并联以获得平坦的直流电压，即必须保持两个输出的电压幅度总是一样的。为了使两路输出保持一致，需要确保组件参数的一致性，这需要一组输出电压检测、比较和自动调谐电路。图5显示了电路工作过程的实际设计。

　　检测电路有两个主要部分：隔离和离散化。隔离电路可以有效抑制系统噪声并消除接地环路干扰，将检测到的输出电压离散化可以解决运算放大器输出抖动的问题，同时有助于调整下一个比较电路的响应速度。离散电路使用锯齿波来调制隔离的输出电压。将检测到的电压信号转换为脉冲宽度与电压成比例的方波信号。

　　对于某些应用，有必要根据频率范围设计合适的RC滤波器电路。滤波器的输出与输入之比β为：

　　方案的可行性，采用本方案可以在较低的工作频率下达到输出低纹波直流电压的目的，可以减小半导体开关元件的损耗，提高元器件使用寿命和设备的稳定性，同时对控制等辅助电路的要求也降低;另外并联后输出电压的脉动频率高且幅值小，容易滤波，所以可以减小输出端的滤波电容。由于电路是两路电源并联的结构，可以提高电源的输出容量。

　　3、实验结果

　　已经尝试使用该方案进行测试一系列低功耗系统，以验证该电路的可行性。

　　为了便于调试，该原型机采用了晶闸管整流，样机使用了西安电力电子技术实验室生产的KK200整流晶闸管。三相电源通过降压变压器(转换比10：1)连接到两个整流桥。

　　三相全控整流桥输出直流平均电压为：Ud =1.35U1cosα，其中输入U1-三相线电压的有效值：α-三相电桥式全控换向器控制角。

　　该原型整流桥的输入线电压的有效值为380V。整流桥的最大直流平均电压约为380*1.35/10= 51.3V，因为它使用了三相桥式全控整流器。

　　T1和T2变压器的比例为1:40，负载阻抗为100kΩ。每个通道的逆变器频率为13kHz时的相关波形图如下所示。

　　图6中所示的电压值是乘以分压器比率后的值。图6(a)显示了两个输出未并联时的电压波形，可以看到单路电压输出中存在一个间隙，一个较大的脉动间隙，以及特定的毛刺。图6(b)显示了两个并联连接的输出电压波形(无电容滤波)。与图6(a)相比，很明显，在将两者并联后，输出波形中没有大的间隙，输出电压的脉动明显减小，纹波减小。这样可以达到实验目的并验证设计思想的正确性。

　　4、结论

　　低功耗测试的验证证明了该方法的可行性，该方案可在较低的工作频率下提供低纹波直流电压，从而减少了半导体开关组件的损耗并延长了组件的使用寿命和稳定性，诸如控制之类的辅助电路要求也会降低。另外，并联后的输出电压的脉动频率高，振幅小，因此滤波容易，还可以减少输出端滤波电容。由于电路是两个电源的并联结构，因此可以增加电源的输出容量。