一种输出连续可调的直流高压电源的制作方法

本技术涉及高压直流电源，尤其包括一种输出可调的直流高压电源。

背景技术：

1、高压直流电源按输出电压极性可分为正极性和负极性两种。高压直流电源已经广泛应用于各行各业，在兆瓦级加速器设计中直流高压电源可以达到90％以上的能量转化效率，较好的满足了其需求。

2、伴随着高新技术的逐步应用，新的技术问题也随之出现，主要表现在高频化可以提高电源性能，减少变压器的体积和纹波系数。但由于高频高压变压器是高频高压并存，因此出现了新的技术难点：

3、(1)高频高压变压器体积减小，频率升高，分布容抗变小，绝缘问题异常突出；

4、(2)大电压变化比令变压器的非线性更为严重，同时增加漏感和分布电容，因此变压器必须与逆变开关进行隔离，否则尖峰脉冲会影响到逆变电路的正常工作，甚至会击穿功率器件；

5、(3)高频化导致变压器的趋肤效应增强，使变压器效率降低。

6、目前，国外像spellman、classman等高压电源公司已生产出小型化、高效化、智能化的高压直流电源，但是这些高压直流电源价格比较昂贵；而国内对于直流高压电源的研究起步较晚，虽然我国高压开关电源技术已取得了很大的进步，但同国外相比还有很大的差距，特别是大功率高压开关电源技术仍处在研发之中。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是克服现有技术中的不足，提供一种输出可调的直流高压电源。

2、这种输出可调的直流高压电源，包括：低压直流电路、振荡逆变电路、升压电路、倍压整流电路、输出电路和谐振变换器控制器电路；谐振变换器控制器电路电连接低压直流电路、振荡逆变电路、升压电路、倍压整流电路和输出电路；

3、低压直流电路，包括电源变压器、整流电路、电容滤波电路和稳压电路；电源变压器，用于将220v市电交流电压转换为20v交流电压；整流电路用于接收电源变压器输出的20v交流电压，将20v交流电压整流为脉动的直流电压；电容滤波电路用于接收整流电路输出的脉动的直流电压，将脉动的直流电压中的纹波滤除，输出平滑的直流电压；稳压电路用于接收电容滤波电路输出的平滑的直流电压并对其进行稳压，得到稳压后的平滑直流电压；

4、振荡逆变电路，包括半桥式变压型逆变电路、文氏振荡电路和脉冲变压器；半桥式变压型逆变电路，用于将接收到的稳压后的平滑直流电压进行逆变得到高频电压；文氏振荡电路和脉冲变压器，用于对接收到的高频电压进行振荡变换，输出高频的矩形脉冲电压；

5、升压电路，用于对接收到的高频的矩形脉冲电压进行升压，输出10kv的高频直流电压至倍压整流电路；

6、倍压整流电路用于将接收到的10kv的高频直流电压分别存储在多个电容器上，转化为目标直流高压；

7、输出电路，用于接收倍压整流电路输出的目标直流高压，并向外输出目标直流高压；

8、谐振变换器控制器电路，用于控制并驱动振荡逆变电路工作。

9、作为优选，低压直流电路中的稳压电路为具有放大环节的串联型稳压电路；稳压电路包括稳压芯片lm338和电容。

10、作为优选，低压直流电路中的整流电路为桥式整流电路。

11、作为优选，半桥式变压型逆变电路选用半桥式电路拓扑结构；选用igbt作为主控功率开关器件。

12、作为优选，倍压整流电路采用五倍压整流电路；五倍压整流电路设有专用的连接结构，该连接结构内电容器和硅堆刚性联结，在连接结构内填充有高压硅脂，在连接结构与器件、导线交接处涂覆有绝缘硅橡胶。

13、作为优选：

14、谐振变换器控制器电路，包括电流过零检测器、死区调整电路、软启动控制电路、振荡器、单脉冲发生器、分频器及驱动电路；

15、电流过零检测器，用于跟踪半桥式变压型逆变电路的谐振频率，并在电流过零点处开断；

16、死区调整电路，用于调整死区时间；

17、软启动控制电路，为定时器，用于控制振荡器在直流高压电源刚启动时工作于固有频率；

18、振荡器，用于在逆变器的谐振频率附近工作，并在电流过零点处开断；

19、单脉冲发生器，用于产生脉冲信号；

20、分频器，用于产生互补的两路信号；

21、驱动电路，用于根据分频器产生的两路互补信号来输出四路驱动信号，对半桥式变压型逆变电路进行驱动。

22、作为优选，振荡逆变电路中的脉冲变压器结构为：在由硅钢片叠成的铁心柱上套设有主绕组，在由坡莫合金制成的铁心柱上套设有副绕组，主绕组和副绕组之间设有磁分路。

23、作为优选，倍压整流电路为三相及以上整流电路。

24、作为优选，直流高压电源的输出电压为0～50kv。

25、作为优选，整个直流高压电源电路封装在有机玻璃盒中。

26、本实用新型的有益效果是：

27、本实用新型的半桥式变压型逆变电路选用半桥式电路拓扑结构，克服了电路设计与调试的困难，降低了对开关管的耐压需求。本实用新型选用igbt作为半桥式变压型逆变电路的主控功率开关器件，igbt的电流等级己达到1800a，电压等级己达到400ov，关断时间已缩短至40ns，能够作为大功率开关电源、逆变器等电力电子装置的理想功率器件；本实用新型设计了谐振变换器控制器；还设计了五倍压的倍压整流电路，根据所需电压的高低，把不同级数的倍压电路串接起来组成串级发生器，以能够获得更高的输出直流电压，并且能够有效地控制波纹系数；

28、本实用新型的直流高压电源用于将市电(即220v民用电)进行降压、整流、稳压、逆变、振荡、升压、倍压整流等环节变换成0～50kv范围内连续可调的高压直流电源，高压直流电源输出电压的纹波系数≤5％；本实用新型设计的直流高压电源体积小、重量轻、绝缘性好、性能稳定，可用于为高压储能网络充电，也可单独作为一种直流高压电源使用。

技术特征：

1.一种输出连续可调的直流高压电源，其特征在于，包括：低压直流电路、振荡逆变电路、升压电路、倍压整流电路、输出电路和谐振变换器控制器电路；谐振变换器控制器电路电连接低压直流电路、振荡逆变电路、升压电路、倍压整流电路和输出电路；

2.根据权利要求1所述输出连续可调的直流高压电源，其特征在于：低压直流电路中的稳压电路为具有放大环节的串联型稳压电路；稳压电路包括稳压芯片lm338和电容。

3.根据权利要求1所述输出连续可调的直流高压电源，其特征在于：低压直流电路中的整流电路为桥式整流电路。

4.根据权利要求1所述输出连续可调的直流高压电源，其特征在于：半桥式变压型逆变电路选用半桥式电路拓扑结构；选用igbt作为主控功率开关器件。

5.根据权利要求1所述输出连续可调的直流高压电源，其特征在于：倍压整流电路采用五倍压整流电路；五倍压整流电路设有专用的连接结构，该连接结构内电容器和硅堆刚性联结，在连接结构内填充有高压硅脂，在连接结构与器件、导线交接处涂覆有绝缘硅橡胶。

6.根据权利要求1所述输出连续可调的直流高压电源，其特征在于：

7.根据权利要求1所述输出连续可调的直流高压电源，其特征在于，振荡逆变电路中的脉冲变压器结构为：在由硅钢片叠成的铁心柱上套设有主绕组，在由坡莫合金制成的铁心柱上套设有副绕组，主绕组和副绕组之间设有磁分路。

8.根据权利要求1所述输出连续可调的直流高压电源，其特征在于：倍压整流电路为三相及以上整流电路。

9.根据权利要求1所述输出连续可调的直流高压电源，其特征在于：直流高压电源的输出电压为0～50kv。

10.根据权利要求1所述输出连续可调的直流高压电源，其特征在于：整个直流高压电源电路封装在有机玻璃盒中。

技术总结
本技术涉及一种输出连续可调的直流高压电源，包括低压直流电路、振荡逆变电路、升压电路、倍压整流电路、输出电路和谐振变换器控制器电路。本技术的有益效果是：选用半桥式电路拓扑结构，克服了电路设计与调试的困难，降低对开关管的耐压需求；选用IGBT作为半桥式变压型逆变电路的主控功率开关器件，IGBT的电流等级己达到1800A，电压等级己达到400OV，关断时间已缩短至40ns，能够作为大功率开关电源、逆变器等电力电子装置的理想功率器件；本技术设计了谐振变换器控制器；还设计了五倍压的倍压整流电路，根据所需电压的高低，把不同级数的倍压电路串接起来组成串级发生器，以能够获得更高的输出直流电压，并且能够有效地控制波纹系数。

技术研发人员：何聪
受保护的技术使用者：苏州早稻电源科技有限公司
技术研发日：20221209
技术公布日：2024/1/12