高壓直流電源的變壓器及整流部分的詳細講解

高壓直流電源的主要技術(shù)特征是輸出電壓非常高。高輸出電壓在許多方面提出了特殊要求，包括組件耐壓要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計要求和絕緣材料要求。同時，電路結(jié)構(gòu)也與常規(guī)結(jié)構(gòu)不同。通常，對于10KV以下的電源，可以直接采用各種傳統(tǒng)拓撲。但是，對于高壓直流電源，必須對電路結(jié)構(gòu)進行一些更改以適應(yīng)高壓輸出。由于變壓器主要部分的功率器件的耐壓極限，通用驅(qū)動部分仍然是傳統(tǒng)的開關(guān)電源拓撲，電路結(jié)構(gòu)的變化主要集中在變壓器和后面的整流電路上，我將主要解釋以下兩個部分。

一、高壓直流電源的變壓器部分

1、串聯(lián)多臺變壓器

換句話說，如果您掌握了基本原理，則可以根據(jù)特定工程案例的實際情況選擇變壓器和整流器電路的組合。

此方法的示意圖如圖1所示。其特點是每個變壓器的升壓比不是很高，并且磁芯和次級繞組之間的電壓差也不大。這種方法的優(yōu)點是：適用于高產(chǎn)量。變壓器繞組與磁芯的絕緣易于處理。缺點是每個變壓器都提供不同的功率，最低電壓端的變壓器提供最高功率，最高電壓端的變壓器提供最高功率。每個變壓器對地面絕緣都有不同的要求。最高電壓側(cè)的變壓器應(yīng)具有最佳的接地絕緣。由于變壓器具有漏感，因此電路的等效漏感會隨著距驅(qū)動器輸入變壓器的距離增加而增加。在這種情況下，即使匝數(shù)比相同，變壓器的實際輸出電壓也會有所不同。

2、單變壓器，多組次級級聯(lián)模式

此方法的示意圖如圖2所示。其特征在于，次級繞組和初級繞組的每個繞組的升壓比都不太高。優(yōu)點是：適用于大功率的輸出。變壓器的數(shù)量很少，只需要一對磁芯。缺點是高壓繞組與磁芯之間的電壓差非常大，并且絕緣笨拙。如果次級繞組與磁芯或初級結(jié)構(gòu)不一致，則漏感將不一致，并且繞組之間將存在差異。如果結(jié)構(gòu)一致，則應(yīng)根據(jù)最高絕緣要求設(shè)計所有次級側(cè)，這將大大降低變壓器窗口的利用率。

3、單變壓器，絕緣磁芯多組二次級聯(lián)方式

該方法的示意圖如圖3所示。磁芯由多個部分組成，磁芯的每個部分的特征是用具有優(yōu)異絕緣性能的薄膜絕緣，每個鐵心段都有一個次級繞組。優(yōu)點是：適用于更高的輸出。變壓器的數(shù)量很少，只需要一對磁芯。每個次級繞組與磁芯之間的電壓差很小，并且次級繞組與磁芯的絕緣易于處理。缺點是磁芯被分段并且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。磁芯具有氣隙，并且分段越多，等效氣隙就越大，這使得固定磁芯變得困難。

二、高壓直流電源的整流電路

1、半波多路復(fù)用電壓電路

半波多路復(fù)用電壓電路具有兩種結(jié)構(gòu)。一種是圖5B所示的結(jié)構(gòu)，它是基本且最常見的倍壓整流電路。該電路的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，二極管和電容器的電壓應(yīng)力不高，變壓器的輸出電壓不高。缺點是負載電容不足，倍壓器階數(shù)越高，電壓降越大，最終倍壓器階數(shù)受到限制。超過此順序，電壓將不會增加，而是會降低。另一個是圖5B所示的結(jié)構(gòu)。該電路具有更強的負載電容，但是電容器上的電壓應(yīng)力非常高。

2、全波多電壓電路

電路結(jié)構(gòu)如圖6所示。這實際上是半波多電壓電路的擴展。它可以同時達到正高壓和負高壓。當(dāng)然，如果高壓中端接地并且變壓器的次級側(cè)懸空，這也是可能的。這樣做的好處是，您只需要一個半波乘法器和一半的階數(shù)即可獲得相同的高壓。這樣，電壓降和紋波將小得多。缺點是，如果使用高壓接地系統(tǒng)的一端并且懸掛高壓變壓器的次級側(cè)，則高壓變壓器的絕緣要求將非常高。如果高壓變壓器的次級側(cè)接地，則可以獲得較高的正負電壓，這是不方便的。

3、帶抽頭的雙半波多電壓電路

電路結(jié)構(gòu)如圖7所示。這種結(jié)構(gòu)的特點是在高壓變壓器的次級側(cè)有一個中間抽頭。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于，倍壓器的電壓降比半波多路復(fù)用電壓法的電壓降小得多。波紋也小得多。缺點是必須分接變壓器的次級側(cè)，對于相同的高壓輸出，變壓器的次級側(cè)的匝數(shù)將增加一倍。它具有許多組件且成本很高。

4、還有其他擴展或混合用法

例如，可以將抽頭的雙半波擴展到抽頭的全波正負多電壓電路，以獲得高正負電壓。也可以混合使用圖2的結(jié)構(gòu)。圖5B是圖5B的結(jié)構(gòu)的示意圖。 5A。也可以將常規(guī)的整流方法和倍壓器整流方法混合。在正負壓倍頻器模式下，正負順序也可能不一致。在許多情況下，變壓器和整流器電路這兩種解決方案會同時組合在一起，例如變壓器的次級部分，并且在全波電壓倍增之后，每個部分都會串聯(lián)輸出。

將二極管和電容器組合成電荷泵模式的倍壓電路通常不能承受較大的輸出功率，并且輸出電壓的上升速度相對較慢。由于它是電荷泵，因此會以功率為代價產(chǎn)生高電壓，并且泵的容量相對有限。

換句話說，如果您掌握了基本原理，則可以根據(jù)特定工程案例的實際情況選擇變壓器和整流器電路的組合。

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