高压直流电源工作原理

  华意电力是一家专业研发生产串联谐振的厂家，本公司生产的串联谐振设备在行业内都广受好评，以打造最具权威的“串联谐振“高压设备供应商而努力。

  由于电场用高压电源要求输出电压大范围线性可调，同时为了实现软开关，本文前级采用输出电压大范围可调的 DC/DC 电路，中间级为高频 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，从而实现大范围，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。

  电路主要由整流滤波电路、同步 Buck 大范围可调电压电路、LC 串联谐振逆变电路、正负对称双向倍压电路组成。首先输入交流电压经过整流滤波电路变为平滑的直流电压，然后经同步 Buck 调压电路实现稳压和大范围的可调输出电压，恒频恒占空比的 LC 串联谐振电路，将前级的直流电压变为高频方波电压加于高频高压变压器两端，通过变压器和倍压电路两次升压变为负载所需的高压，产生电场。

  前级同步 Buck 电路原理和仿真 

  由于电路中输出电压大范围可调且电场负载几乎为开路，传统的 Buck电路在轻载大范围调节电压时电路容易工作于断续状态。对于大范围调压电路而言，若整个过程工作于连续状态时电路中要求电感值较大，如图2-2所示。从图中看出负载越轻，电路中所需电感越大。

  加速器用的小功率电源由于电流小负载轻，电路在大范围调压时极易工作于断续状态，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。当电路具有相同输出电压时，工作于连续模式与断续模式相比具有更大的占空比。图中 D<0.2时，工作于 K=0.005时，占空比 D 微小的变化引起输出电压很大变动，而连续导电模式中电路的增益始终保持线性变化。

  综上所述，普通 Buck 电路工作于轻载断续时，输入输出不再具有线性关系，电路中电流峰值高，控制电路设计困难，稳定性差。

系统整体结构和工作原理

  同步 Buck 电路轻载时具有电感电流保持连续的特点，从而保证了输入输出电压的线性关系。轻载时 LC 串联谐振电路工作于开关频率略小于谐振频率的模式，具有自动实现零电流导通和关断的优势，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。正负双向倍压电路可以有效的降低变压器的变比，同时移相 180°可以大大降低输出电压的纹波，综上可得，电路系统结构如图 所示。

  电路具体工作过程为：首先前级同步 Buck 电路产生一大范围可调的输出电压，通过调节前级 Buck 电路的电压可以实现大范围的调节逆变电路的输入电压。

LC 串联谐振电路工作于开关频率略小于谐振频率的模式时，将输入电压逆变为一个高频方波电压加于变压器的原边，之后经变压器初次升压后加于正负双向倍压电路中实现高压输出，加于极板产生电场。

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