1引言

早期的高壓直流電源通常采用220V工頻交流經(jīng)變壓器升壓，整流濾波獲得，電源的體積和重量很大，并且紋波較大，穩(wěn)定性不高，效率低。目前的高壓電源重要采用開關電源技術，pWM波的出現(xiàn)芯片重要用SG3525(集成pWM控制芯片)或者UC3875(移相諧振全橋軟開關控制器)做成高頻高壓電源，大大減小了電源體積和重量，提高了電源的穩(wěn)定性和效率。但SG3525功能單一、出現(xiàn)的pWM波形也沒有DSp出現(xiàn)的pWM波形穩(wěn)定性好，并不能實現(xiàn)與上位機通訊及智能調(diào)壓等功能。此處設計以DSp為控制核心，DSp出現(xiàn)的死區(qū)可調(diào)的pWM波完全可代替SG3525或UC3875所出現(xiàn)的pWM波，還可實現(xiàn)電源輸出調(diào)壓和過壓過流保護等功能。

高壓電源的重要特點就是快速可靠保護。例如過流保護、過壓保護、擊穿短路保護等，這里在新型直流高壓電源研制上嘗試應用新的技術手段，提出新的設計思路來解決這些問題。

2設計原理

高壓電源的總體框圖如圖1所示，電路重要分為主電路和控制保護電路兩部分。

該系統(tǒng)的工作原理：先將市電220V/50Hz通過全橋整流濾波后，變成300V左右直流電壓，將其通過pWM的Buck變換得到0～300V可調(diào)直流電壓。然后直流電經(jīng)過DC/AC逆變成高頻電壓，經(jīng)過諧振電路和高頻變壓器后電壓變?yōu)?0kV左右，再經(jīng)倍壓整流得到所需的電壓。DSp系統(tǒng)為DC/DC供應電壓輸出幅值的給定信號，同時接收DC/DC環(huán)節(jié)來的反饋信號，并實時地做出反應，控制DC/DC環(huán)節(jié)輸出電壓的大小。關于DC/AC環(huán)節(jié)，DSp系統(tǒng)通過輸出4路脈寬可調(diào)的pWM信號控制逆變環(huán)節(jié)4個IGBT的通斷，并且接收反饋動作信號，控制4路pWM的脈寬來達到控制逆變環(huán)節(jié)輸出電壓的目的。DSp系統(tǒng)還可進行輸出電壓測量，并且供應一個良好的人機接口，實時地顯示各個參數(shù)值，并供應操作控制。

3硬件設計

3.1高壓電源主電路

高壓電源主電路見圖2，重要由整流濾波、直流Buck變換和高頻逆變3部分組成。工頻二相交流電經(jīng)整流橋濾波得到低壓直流電，通過直流Buck變換。使DC/DC變換輸出的電壓控制在0～300V左右，然后經(jīng)相控諧振逆變電路，通過對前后橋臂的相位控制，實現(xiàn)對電壓的變頻和調(diào)壓，再經(jīng)高頻變壓器和8倍壓整流電路得到直流高壓。該設計采用將高頻變壓器接在倍壓電路中間，組成正負雙向倍壓整流的方式，并使正負兩端一端接地，另一端輸出高壓，能夠大大減小電壓紋波。

正負雙向十倍壓整流電路的基本原理為：在ui的正半周時，C9通過VD9被iVD9充電到ui的峰值;在ui的負半周時，ui的峰值加上C9對C10充電，通過VD10被電流iVD10充電，C10的電壓達到2ui，同時ui通過VD1向C1充電;當ui再次為正半周時，C11通過VD11被電流iVD11充電到兩倍的ui峰值，同時ui的峰值加上C1的電壓對C2充電，通過VD2被電流iVD2充電，C2電壓達到2ui。如此正負反復下去，充電的最終結(jié)果是C2～C8兩端電壓幾乎達到2ui，極性為左負右正;C10～C16兩端電壓也達到2ui，極性為左正右負。該設計將C16右端接地，將C7右端做為高壓輸出端，輸出電壓為正負倍壓的絕對值之和，得到80kV高壓。而脈動系數(shù)為其矢量之和，正負脈動值相互抵消因而系統(tǒng)輸出紋波很小。

3.2高壓電源的控制電路