0 引言

　　高壓直流電源已越來越廣泛的應(yīng)用于工業(yè),、醫(yī)學(xué)、核物理,、檢測等領(lǐng)域。對于X 光機(jī),，粒子加速器,，電子束焊機(jī)，電子束曝光機(jī)等一些應(yīng)用場合,，對電壓的水平要求比較高,，它們均要求低紋波電壓。文章對幾種用于高壓直流電源的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分別進(jìn)行了介紹,，并對它們進(jìn)行了比較,，指出了各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

　　近年來,，隨著新的電力電子器件的應(yīng)用使得高壓直流電源出現(xiàn)了頻率高,，效率高，功率密度高,，可靠性高等新特性,。高頻化可以提高電源性能，減少變壓器的體積和紋波系數(shù),，但也帶來了新的技術(shù)問題,。過高的頻率會導(dǎo)致開關(guān)管開斷頻繁,，開關(guān)損耗增大,，影響開關(guān)管壽命并使整機(jī)效率下降。

　　鑒于以上問題，本文采用雙路電源并聯(lián)輸出的方法得到低紋波直流,。在開關(guān)管頻率受限的今天,，本方法可以在頻率較低的情況下得到低紋波直流。

　　1 主回路工作原理

　　電源的系統(tǒng)框圖及主回路原理圖別如圖1 和圖2 所示,。

電源的系統(tǒng)框圖及主回路原理圖

　　主電路含有兩套完全相同的半橋逆變電路,，逆變開關(guān)元件選用IGBT.每一路均采用獨(dú)立的三相全控整流橋供電，逆變電路采用PWM 方式,，工作頻率遠(yuǎn)高于諧振頻率,， 逆變后的電壓波形為方波。 電路的功率調(diào)節(jié)通過控制全控整流橋的移相角來實(shí)現(xiàn),。IGBT 的觸發(fā)脈沖參數(shù)：0 kHz~20 kHz,、占空比45%，-5 V~+15 V,，上下橋臂脈沖相差半個(gè)周期如圖3 所示,，兩路半橋逆變電路的輸出波形如圖4 所示。將兩路電壓并聯(lián),，即可得平直電壓,。

　　可見，加大輸出電容值也可以減少紋波,，或者采用多個(gè)電容并聯(lián)的方式減少ESR 值,。

　　2 電壓跟蹤電路

　　由于采用兩路輸出并聯(lián)來獲得平直的直流電壓， 設(shè)備正常工作的關(guān)鍵問題是兩路并聯(lián)電源的電壓平衡問題,，即要求兩路輸出的電壓幅值時(shí)刻保持相同,。為使兩路輸出保持一致，元器件參數(shù)應(yīng)選取一致,，還需要一套輸出電壓檢測,、比較及自動(dòng)調(diào)節(jié)電路，實(shí)際設(shè)計(jì)的電路工作過程如圖5 所示,。

圖5 電壓跟蹤電路結(jié)構(gòu)框圖

　　在檢測電路中主要包含隔離和離散化兩部分電路,，隔離電路可以有效地抑制系統(tǒng)噪聲， 消除接地回路的干擾,。把檢測到的輸出電壓離散化是為了解決當(dāng)相近的模擬量直接比較時(shí)運(yùn)放輸出抖動(dòng)的問題,， 同時(shí)可以使后面的比較電路的反應(yīng)速度調(diào)節(jié)方便。在離散化電路中具體由鋸齒波來調(diào)制經(jīng)過隔離的輸出電壓來實(shí)現(xiàn),。它將檢測到的電壓信號,，轉(zhuǎn)化為脈寬與其電壓成正比的方波信號。

　　在具體應(yīng)用中,，應(yīng)根據(jù)頻率范圍來設(shè)計(jì)合理的RC 濾波電路,。濾波器的輸出與其輸入之比β 為：

　　3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　應(yīng)用本方案試制了一套小功率系統(tǒng),，以此來驗(yàn)證電路的可行性。

　　為了方便調(diào)試,，樣機(jī)采用晶閘管整流,，本樣機(jī)選用西安電力電子技術(shù)研究所生產(chǎn)的KK200 整流晶閘管。三相電經(jīng)過一個(gè)降壓變壓器（變比10∶1）接到2 個(gè)整流橋,。

　　三相全控整流橋輸出直流平均電壓為：Ud=1.35U1cosα式中,，U1-輸入三相線電壓有效值；α-三相橋式全控整流控制角,。

　　本樣機(jī)整流橋進(jìn)線線電壓有效值為380 V,，采用三相橋式全控整流，所以整流橋輸出最大直流平均電壓為380*1.35 / 10=51.3 V 左右,。

　　T1,、T2 變壓器變比1:40，負(fù)載阻抗100 kΩ,。下面給出了各路逆變頻率為13 kHz 時(shí)的相關(guān)波形圖：

圖6 實(shí)驗(yàn)波形

　　圖6 中所標(biāo)的電壓值為乘以分壓器變比以后的值,。圖6（a） 為沒有經(jīng)過并聯(lián)的兩路分別輸出時(shí)的電壓波形，可以看到,，單路電壓輸出存在缺口,，而且缺口處脈動(dòng)較大，并有一定的毛刺,。圖中6（b）為兩路并聯(lián)后輸出的電壓波形（未經(jīng)電容濾波）,，與圖6（a）相比較，可以清楚地看到兩路并聯(lián)后,，大的缺口在輸出波形中消失,，輸出電壓脈動(dòng)明顯減小，紋波變低,，達(dá)到了實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，?yàn)證了設(shè)計(jì)思想的正確性。

　　4 結(jié)論

　　通過小功率試驗(yàn)的驗(yàn)證,，證明了該方案的可行性,，采用本方案可以在較低的工作頻率下達(dá)到輸出低紋波直流電壓的目的，可以減小半導(dǎo)體開關(guān)元件的損耗,，提高元器件使用壽命和設(shè)備的穩(wěn)定性,，同時(shí)對控制等輔助電路的要求也降低；另外并聯(lián)后輸出電壓的脈動(dòng)頻率高且幅值小,，容易濾波,，所以可以減小輸出端的濾波電容。由于電路是兩路電源并聯(lián)的結(jié)構(gòu),，可以提高電源的輸出容量,。