隨著科技的進步,高壓電源在越來越多的領域得到應用。“高壓電源”這個名詞是依據其輸出電壓來定義的。具體到多高的電壓才叫高壓電源,我也不清楚。個人以為輸出電壓在1000V以上的,可以認為屬于高壓電源了。直流高壓電源所涉及的領域其實非常寬廣,大到電力系統的直流高壓輸變電系統,小到家用的電蚊拍,都可以算是這個領域里的東西。在這里我主要想說說的是屬于電子電源領域的高壓電源。這個領域的高壓電源,主要的應用有:醫療安檢無損檢測領域應用的X光系統、一些粒子加速器系統、工業煙氣除塵、耐壓測試儀表、靜電裝置、氣體激光器等。
高壓電源最主要的技術特點,就是在于輸出電壓很高。高的輸出電壓對很多方面提出了特別的要求——元器件耐壓的要求、結構設計的要求、絕緣材料的要求等。與此同時,電路結構上也有異于通常的結構。通常對于輸出10KV以下的電源,可以直接采用傳統的各種拓撲結構。但是對于電壓更高的電源,就要對電路結構作一些修改,以滿足更高電壓的輸出。由于變壓器初級部分的功率器件的耐壓限制,一般驅動部分依然是傳統的開關電源拓撲,對電路結構的修改,主要是集中在變壓器以及后面的整流電路上。下面主要對這兩部分進行討論。
一、變壓器部分
1,多個變壓器串聯方式
這種方式的電路示意圖如圖1所示。特點是,每個變壓器的升壓比不是很高,磁芯與次級繞組間的壓差不大。這種方法的優點是:適合大功率輸出。變壓器繞組對磁芯的絕緣容易處理。缺點是:每個變壓器要傳遞的功率不一樣,{zd1}壓端的變壓器傳遞功率{zd0},{zg}壓端的變壓器傳遞功率最小。每個變壓器對地絕緣要求不同。{zg}壓端的變壓器對地絕緣要求{zg}。由于變壓器存在漏感,所以越是遠離驅動輸入的變壓器,其回路中等效的漏感就越大。那么變壓器實際輸出的電壓是有差異的,即便匝比都是一致的。
2,單變壓器,多組次級級聯方式
這種方式的電路示意圖如圖2所示。特點是,次級的每個繞組對初級的升壓比不是很高。優點是:適合較大功率輸出。變壓器數量少,只需要一副磁芯。缺點是:高壓端的繞組對磁芯的電?**詈艽螅擋蝗菀狀懟4渭度譜槿綣源判凈虺跫督峁**灰恢攏敲綽└謝岵灰恢攏賈氯譜榧浯嬖誆鉅臁H綣3紙峁掛恢攏蛉看渭抖急匭氚湊兆罡呔狄罄瓷杓疲敲幢溲蠱韉拇翱誒寐駛崠蟠笙陸怠?
3,單變壓器,絕緣磁芯多組次級級聯方式
這種方式的電路示意圖如圖3所示。特點是,磁芯是由多段組合而成,每段磁芯之間都用絕緣性能很好的薄膜進行絕緣。每段磁芯都有一個次級繞組。優點是:適合較大功率的輸出。變壓器數量少,只需要一副磁芯。每段次級繞組與磁芯的電?**钚。渭度譜槎源判鏡木等菀狀懟H鋇閌牽捍判臼欠侄蔚模峁垢叢印4判居釁叮侄臥蕉啵刃對醬螅判竟潭ɡ選?
4,多變壓器,**初級,次級級聯方式
這種方式的電路示意圖如圖4所示。為了能看的直觀一些,這里畫了一張3D的圖紙,為了畫出這個示意圖,畫了好長時間,特別是初級的那個線圈,看上去簡單,很費了一番力氣!這種結構的特點是多個變壓器組合,初級為串聯結構,次級獨立整流以后再串聯。優點是:適合大功率的輸出,變壓器的升壓比不大。缺點是:初、次級對磁芯之間總有一個絕緣要求高,需要多個變壓器。
二、整流電路
1,半波多倍壓電路
半波多倍壓電路有兩種結構,一種是圖5A的結構,這是基本的也是最常見的倍壓整流電路了。這種電路的優點是:結構簡單,二極管和電容的電壓應力都不高,變壓器的輸出電壓也不算高。缺點是:帶負載能力較差,倍壓階數越高則電壓跌落越多,最終存在一個極限倍壓階數。超過這個階數,電?**輝偕擼?**而會下降。另一種是圖5B的結構,這種電路的帶載能力強一些,但是電容的電壓應力很高。
2,全波多倍壓電路
電路結構見圖6,這其實是半波多倍壓電路的拓展結構。可以同時的到正負高壓。當然,如果把其中端高壓接地,把變壓器次級懸浮,也是可以的。這樣做的好處是,得到同樣的高壓,只需要有半波多倍壓一半的階數就可以得到了。那么電壓跌落和紋波都小很多。缺點是:假如采用某端高壓接地,高壓變壓器次級懸浮的方式,對高壓變壓器的絕緣要求很高。假如高壓變壓器次級接地的話,那么得到的是正負高壓,使用上不是很方便。
3,抽頭式雙半波多倍壓電路
電路結構見圖7,這種結構的特點是高壓變壓器的次級帶中間抽頭。這種結構的優點是:倍壓的電壓跌落比半波多倍壓方式小很多。紋波也小很多。缺點是:變壓器的次級需要抽頭,輸出同樣的高壓,變壓器的次級匝數增加了一倍。元件多,成本高。
4,還有其他拓展或混合式用法
例如抽頭式雙半波可以拓展為抽頭式全波正負多倍壓電路,用以得到正負高壓。也可以把圖5B的結構和圖5A的結構混合起來使用。也可以把常規整流方式與倍壓整流方式混合使用。正負倍壓方式中,也可以正、負階數不一致。很多場合,我們把變壓器和整流電路兩種解決手段同時組合使用,例如變壓器次級分段,每段分別全波倍壓后串聯輸出等等。