200kV高压开关电源研制.pdf

第23卷第3期 强 激 光 与 粒 子 束 V01．23，No．3 LASERANDPARTICLEBEAMS 2011年3月 HIGHPOWER Mar．。2011 文章编号： 1001—4322(2011)03一076l—04 200 kV高压开关电源研制。 周长庚， 李 彦， 娄本超， 伍春雷， 胡永宏 (中国工程物理研究院核物理与化学研究所，四川绵阳621900) 摘 要： 采用软开关电源技术和叠层式倍压器方法，研制成一台200kV高压发生器，介绍了其工作原理 和结构。高压开关电源主要由功率变换器、中频升压变压器和高压倍压器组成。其主要技术指标为：高压200 kV。输出电流10mA，工作频率20 kHz，电压稳定度1％，纹波系数2％，连续工作时间为8h。测试结果表明。 该高压开关电源的性能指标达了设计要求。 关键词： 功率变换；倍压； 高压； 中频； 连续工作时间 中图分类号： TL503．5 文献标志码： A doi：lO．3788／HPLP0761 200 kV以上的高压电源是氘离子加速器的关键设备之一。与线形高压电源相比，高压开关电源(也称高 压发生器)[1≈]，采用中频逆变技术，具有体积小、重量轻、稳定度高等特点。但目前国内许多科研单位研制生产 的高压开关电源主要应用于医疗设备、高压材料和设备的绝缘性能检测等领域，工作连续时间一般不超过1 h，由于工作频率只有7kHz左右，整体体积偏大，满负载运行时噪音较大[4{]，不适合在专用氘离子加速器方 面的应用和发展。为此，我们采用软开关电源技术和叠层式倍压器方法，研制成一台200kV高压发生器，采 用空气绝缘，其高压部分不必放置在绝缘油内，维修方便。 1 高压开关电源的原理和结构 如图1所示，高压开关电源主要由功率变换器、中频升压变压器和高压倍压器组成。高压开关电源工作过 程为：AC／DC电路把交流220V电压转换成直流电压，功率变换器中的桥式开关电路将直流电压变换成幅值 约为220V的中频脉冲电压信号，中频变压器把脉冲电压转换成正弦波，并将正弦波峰值升至9kV，经过中频 高压整流、中频滤波和12级倍压，形成大于200kV直流高压，当加满负载时，保证输出电压为200kV。 r……………………‘、1…………………………………………‘ recti脑and Ac，Dctrrv一 卜 -1 ni曲V。-tase mu—ti一衙 transro珊er卜l t叩utT T一一一 n曲vo姆m出脚 卜。唧ut con仃I)n盯 pow盯supply l si鲫mV咖卜—一洲州鸣 block of200kV switch Fig．1Principlediagram highvoltage powersupply 200 图l kV高压开关电源原理方框图 2功率变换器 功率变换器是高压开关电源关键部件。如图2所示，功率变换器是由整流器、滤波器、过流保护电路、全桥 V电压经整流、滤波后形成+220V和 开关、取样电路、电源控制器和驱动器等组成。其工作原理是：交流220 一220 V的直流电压，通过过流保护电路加到全桥开关。电源