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常用直流高压电源的实现方法

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乞力马扎罗的雪
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  • 2012-6-7 14:28:15
随着科技的进步,高压电源在越来越多的领域得到应用。“高压电源”这个名词是依据其输出电压来定义的。具体到多高的电压才叫高压电源,我也不清楚。个人以为输出电压在1000V以上的,可以认为属于高压电源了。直流高压电源所涉及的领域其实非常宽广,大到电力系统的直流高压输变电系统,小到家用的电蚊拍,都可以算是这个领域里的东西。在这里我主要想说说的是属于电子电源领域的高压电源。这个领域的高压电源,主要的应用有:医疗安检无损检测领域应用的X光系统、一些粒子加速器系统、工业烟气除尘、耐压测试仪表、静电装置、气体激光器等。

高压电源最主要的技术特点,就是在于输出电压很高。高的输出电压对很多方面提出了特别的要求——元器件耐压的要求、结构设计的要求、绝缘材料的要求等。与此同时,电路结构上也有异于通常的结构。通常对于输出10KV以下的电源,可以直接采用传统的各种拓扑结构。但是对于电压更高的电源,就要对电路结构作一些修改,以满足更高电压的输出。由于变压器初级部分的功率器件的耐压限制,一般驱动部分依然是传统的开关电源拓扑,对电路结构的修改,主要是集中在变压器以及后面的整流电路上。下面主要对这两部分进行讨论。
一、变压器部分
1,多个变压器串联方式


这种方式的电路示意图如图1所示。特点是,每个变压器的升压比不是很高,磁芯与次级绕组间的压差不大。这种方法的优点是:适合大功率输出。变压器绕组对磁芯的绝缘容易处理。缺点是:每个变压器要传递的功率不一样,最低压端的变压器传递功率最大,最高压端的变压器传递功率最小。每个变压器对地绝缘要求不同。最高压端的变压器对地绝缘要求最高。由于变压器存在漏感,所以越是远离驱动输入的变压器,其回路中等效的漏感就越大。那么变压器实际输出的电压是有差异的,即便匝比都是一致的。
2,单变压器,多组次级级联方式


这种方式的电路示意图如图2所示。特点是,次级的每个绕组对初级的升压比不是很高。优点是:适合较大功率输出。变压器数量少,只需要一副磁芯。缺点是:高压端的绕组对磁芯的电压差很大,绝缘不容易处理。次级绕组如果对磁芯或初级结构不一致,那么漏感会不一致,导致绕组间存在差异。如果保持结构一致,则全部次级都必须按照最高绝缘要求来设计,那么变压器的窗口利用率会大大下降。
3,单变压器,绝缘磁芯多组次级级联方式


这种方式的电路示意图如图3所示。特点是,磁芯是由多段组合而成,每段磁芯之间都用绝缘性能很好的薄膜进行绝缘。每段磁芯都有一个次级绕组。优点是:适合较大功率的输出。变压器数量少,只需要一副磁芯。每段次级绕组与磁芯的电压差小,次级绕组对磁芯的绝缘容易处理。缺点是:磁芯是分段的,结构复杂。磁芯有气隙,分段越多,等效气隙越大,磁芯固定困难。
4,多变压器,共初级,次级级联方式


这种方式的电路示意图如图4所示。为了能看的直观一些,这里画了一张3D的图纸,为了画出这个示意图,画了好长时间,特别是初级的那个线圈,看上去简单,很费了一番力气!这种结构的特点是多个变压器组合,初级为串联结构,次级独立整流以后再串联。优点是:适合大功率的输出,变压器的升压比不大。缺点是:初、次级对磁芯之间总有一个绝缘要求高,需要多个变压器。

二、整流电路
1,半波多倍压电路


半波多倍压电路有两种结构,一种是图5A的结构,这是基本的也是最常见的倍压整流电路了。这种电路的优点是:结构简单,二极管和电容的电压应力都不高,变压器的输出电压也不算高。缺点是:带负载能力较差,倍压阶数越高则电压跌落越多,最终存在一个极限倍压阶数。超过这个阶数,电压不再升高,反而会下降。另一种是图5B的结构,这种电路的带载能力强一些,但是电容的电压应力很高。
2,全波多倍压电路


电路结构见图6,这其实是半波多倍压电路的拓展结构。可以同时的到正负高压。当然,如果把其中端高压接地,把变压器次级悬浮,也是可以的。这样做的好处是,得到同样的高压,只需要有半波多倍压一半的阶数就可以得到了。那么电压跌落和纹波都小很多。缺点是:假如采用某端高压接地,高压变压器次级悬浮的方式,对高压变压器的绝缘要求很高。假如高压变压器次级接地的话,那么得到的是正负高压,使用上不是很方便。
3,抽头式双半波多倍压电路


电路结构见图7,这种结构的特点是高压变压器的次级带中间抽头。这种结构的优点是:倍压的电压跌落比半波多倍压方式小很多。纹波也小很多。缺点是:变压器的次级需要抽头,输出同样的高压,变压器的次级匝数增加了一倍。元件多,成本高。
4,还有其他拓展或混合式用法
例如抽头式双半波可以拓展为抽头式全波正负多倍压电路,用以得到正负高压。也可以把图5B的结构和图5A的结构混合起来使用。也可以把常规整流方式与倍压整流方式混合使用。正负倍压方式中,也可以正、负阶数不一致。很多场合,我们把变压器和整流电路两种解决手段同时组合使用,例如变压器次级分段,每段分别全波倍压后串联输出等等。
通过二极管和电容组合成电荷泵方式的倍压电路,总的来说不能承受大的输出功率,而且输出电压的上升速率也相对较慢。因为这是一种电荷泵,用牺牲功率的办法来得到高的电压,泵的能力的局限性比较大。
总之,掌握了基本原理,具体到工程案例中,就可以根据实际情况来选择变压器与整流电路的组合方式了。

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世纪电源网-九天
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超级版主
  • 2012-6-7 14:42:46
 
楼主,我现在感觉很纠结啊。。
这么好的帖子,以后要长期霸占我们的置顶区了啊。
这种好帖的出现。就是乞力马扎罗山上的雪也会融化啊~
nuist2005
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LV6
高级工程师
  • 2012-6-7 14:52:43
 
搬个凳子学习
世纪电源网-九天
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超级版主
  • 2012-6-7 14:54:19
 
难道是群里面那位同名的兄台~~欢迎板凳。我是沙发。咱们可以挤挤一起学习。。
long223349
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LV6
高级工程师
  • 2014-11-2 19:26:31
 
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long223349
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LV6
高级工程师
  • 2014-11-2 22:15:16
 
#广告已删除#
Bodoni
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LV10
总工程师
  • 2012-6-8 09:32:24
 
文采真好啊。。
雪版的技术顶呱呱的。。
学习了,
liujuu
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LV6
高级工程师
  • 2012-6-7 14:57:39
 
留个记号 晚上吃完饭 没事的时候看看  感谢楼主
louyu227
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LV4
初级工程师
  • 2012-6-7 15:52:56
 
那个变压器3D图用神马画的
乞力马扎罗的雪
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  • 2012-6-7 16:43:05
 
Solidworks
後會絠萋
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  • 2012-6-7 23:24:02
 
听楼主讲课,
LeerPeng
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副总工程师
  • 2012-6-8 14:33:41
 
画得挺漂亮的!
jklsky
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  • 2012-6-13 22:10:24
 
真挺漂亮的
胡庄主
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  • 2012-6-7 23:17:05
 
多年不看这玩意,看不懂了,不过顶起来先
渔舟唱晚
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  • 2012-6-7 23:19:59
 
搬板凳
eric.wentx
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  • 2012-6-7 23:25:00
 
我看看能为我的小电源上找点思路不,最近也是玩高压输出。。。
晶纲禅诗
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  • 2012-6-7 23:26:00
 

好东西,欢迎啊!
admin
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管理员
  • 2012-6-7 23:32:08
 
占个位子先~~
支持!
nc965
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  • 2012-6-7 23:42:03
 
好贴
liu1875
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LV8
副总工程师
  • 2012-6-8 07:27:29
 
哥哥这个太厉害了


论坛上还有一位也有类似爱好,,,,,,李飞同学,赶快过来取经呀,雪哥亲自授课了
ruoshui136
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LV10
总工程师
  • 2012-6-8 07:53:42
 
不错
蒋江黔
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  • 2012-6-8 08:07:51
 
第一个图,给了俺一些提示
haodeyiwange
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LV6
高级工程师
  • 2012-6-8 09:26:20
 
好帖
特种电源
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LV6
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  • 2012-6-8 10:53:33
 
好东西!真是做高压电源工程师们的福音啊!
世纪电源网-九天
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超级版主
  • 2012-6-8 10:54:43
 
这帖子可是从我们特种电源区里转出来的哦~雪大侠的帖子不错吧~
特种电源
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LV6
高级工程师
  • 2012-6-8 16:08:57
 
不错不错!
九天兄是专门管理“特种兵”的不成?
wuzhonggui
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高级工程师
  • 2012-6-8 16:31:36
 
雪大师
xkw1cn
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  • 2012-6-8 21:50:29
 
雪兄的大作啊!
解决了高压绕组匝数多的问题。但是问题是;变压器等效漏感是否比较大?变压器一/二次间耐压貌似没有优化。还有就是电晕问题。不知雪兄有何高见?
蒋江黔
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  • 2012-7-25 19:31:41
 
电晕,可以浸油解决呀
ericqin
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LV8
副总工程师
  • 2012-6-8 23:24:42
 
雪版的大作。收藏了慢慢看。
jiame2006
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LV6
高级工程师
  • 2012-6-9 08:11:48
 
占个位置,慢慢看。
jpvnui
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  • 2012-6-9 11:55:26
 
好贴 学习学习
htg
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本网技工
  • 2012-6-11 13:04:54
 
这个氙气灯点火,用在医疗设备上的,算是高压电源了吧?不是做广告,之前的公司给代工的,那个高工讲,这是我们公司做的最高端的电源,哈哈。有图有真相,不过这图比真的产品难看多了···



CEP300.pdf
summer
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  • 2012-6-11 13:34:51
 
占座慢慢学习,顶起来先.
luojiamm
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LV6
高级工程师
  • 2012-6-13 09:27:34
 
学习
154342957
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LV4
初级工程师
  • 2012-6-14 10:24:35
 
搬个凳子 继续学习ing
lk_jeo
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LV6
高级工程师
  • 2012-6-15 14:43:26
 
顶大师!
司马仲达
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  • 2012-9-7 20:33:41
 
有每种倍压管子和电容耐压过电流参数吗,总输出是多少倍的呢
6678924
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LV4
初级工程师
  • 2012-9-12 22:08:52
 
好帖
静心
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高级工程师
  • 2012-9-13 11:04:54
 
牛人牛贴!顶!
厚劲薄发
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LV8
副总工程师
  • 2012-12-12 17:45:44
 
借宝地问个问题,这说的是工频隔离整流级联成高压。那如果是高频呢,比如全桥电路,几十K频率的那种,可以这样级联吗?
Marymeng2008
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LV3
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  • 2012-12-13 13:39:11
 
乞力马扎罗的雪
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  • 2012-12-17 09:45:16
 
能说说具体是上面哪个电路的问题吗?有了具体的电路结构才好分析。
司马仲达
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总工程师
  • 2013-12-4 10:44:10
 
例如抽头式双半波可以拓展为抽头式全波正负多倍压电路,用以得到正负高压
请问这个怎么弄,次级是四个绕组吗?还是依然两个绕组?
乞力马扎罗的雪
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  • 2014-1-10 22:33:53
 
可以的。四绕组或两绕组都可以。
司马仲达
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总工程师
  • 2014-1-11 09:38:52
 
例如抽头式双半波可以拓展为抽头式全波正负多倍压电路,用以得到正负高压
可以的。四绕组或两绕组都可以。
能随便画个几倍压的图传上来吗,实在不会画啊。而且实测半波与全波纹波差好多,几倍以上,所以想用全波的,求指点
司马仲达
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总工程师
  • 2013-12-4 13:34:15
 
倍压电路可以工作在连续模式和临界模式吗
乞力马扎罗的雪
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  • 2014-1-10 22:34:27
 
可以。只要输入信号是交流就可以。无所谓连续与否。
司马仲达
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总工程师
  • 2014-1-11 09:36:18
 
我觉得LLC或LCC应该也能用倍压,向大师求证下
司马仲达
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总工程师
  • 2013-12-10 16:10:02
 
雪哥,有空回我贴不,大约指点下啊,完全没有头绪
乞力马扎罗的雪
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版主
  • 2014-1-10 22:34:49
 
刚看见,不好意思,回复晚了点。
mandy2
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高级工程师
  • 2014-1-11 21:15:13
 
很好!
司马仲达
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总工程师
  • 2014-1-13 17:33:53
 
雪哥
司马仲达
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总工程师
  • 2014-1-13 17:34:12
 
somebody help me
司马仲达
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总工程师
  • 2014-1-14 15:32:53
 
例如抽头式双半波可以拓展为抽头式全波正负多倍压电路,用以得到正负高压
可以的。四绕组或两绕组都可以。
可以画个图吗,正负多倍压的全波整流,不要漂亮,能看得清就行,真的不会画啊。谢谢
Stephon
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副总工程师
  • 2019-4-1 09:50:11
  • 倒数8
 
十分受用万分感谢!!!
hwx-555
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总工程师
  • 2014-1-14 09:05:10
 
不错,顶
iSusana
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LV2
本网技师
  • 2014-9-9 15:56:40
 
如果是小功率的也适用吗?比如说10w,5kv
小胜
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高级工程师
  • 2015-12-21 11:12:25
 
理论上这样做是可以的,感谢楼主了,但感觉实现起来比较难呀
fxacfiko
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LV4
初级工程师
  • 2015-12-29 17:25:15
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版主威武,这么好的帖子受益良多
LH7786
  • LH7786
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LV6
高级工程师
  • 2015-12-30 13:16:03
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好东西
tini1234
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LV8
副总工程师
  • 2019-4-6 19:06:28
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电蚊拍如果用上很不错,高大上
马power
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LV6
高级工程师
  • 2019-6-4 18:47:56
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倍压带载能力不行    初级并次级串   我现在用两个PQ50     每个三路输出   共六路桥式整流后串起来  精确度还不错
adobepdf
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LV10
总工程师
  • 2019-6-13 09:43:51
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不错,学习了
xiangyi
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LV6
高级工程师
  • 2021-5-24 05:08:14
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不错,学习了
my770809
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LV8
副总工程师
  • 2021-8-16 11:37:33
  • 倒数3
 
很实用的一个问题,我也来学习一下。
iloveu1234
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LV3
助理工程师
  • 2021-12-1 14:02:33
  • 倒数2
 
看不到图
XIELIDIANZI
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LV6
高级工程师
最新回复
  • 2023-8-4 16:30:29
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虽然是多看以前的东西了。但现在看起来还是受益匪浅!谢谢!
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