高压大功率开关电源相关技术研究

李少鹏 费香邦 苏柏豪

摘要：高压大功率电源使用范围涵盖了高功率激光、等离子物理、高功率微波等诸多方面。当下，传统的高压大功率开关使用的是LC谐振充电方法与高工频电压，这种电源开关虽然在电路设计上十分简易，但是往往体积质量庞大，并且稳定性令人堪忧。针对这一现状，我国必须要开发出一款轻便简易的高压大功率开关电源。本文首先解析了高压大功率电源在设计上的难点，并根据这些难点提出相应的解决方案，同时列出相关实验结果作为参考，希望谨以此文，给予相关从业者一些有价值的帮助

关键词：火力发电厂;低压电气供配电设备;安全管理

引言

合理使用高压高频变压器的分布数据能够有效完成高压大功率开关电源的设计，并且所设计的高压大功率开关电源拥有结构简单、方便控制等一系列优点。同时，笔者所探讨的高压大功率开关电源还有零电流自动断开能力，并且在进行运行的过程当中，电流对高压大功率开关电源的损耗极低，同时有更高的安全性与工作效率。

一、高压高频变压器

将高压电源进行高频化处理的好处在于能够将开关电源的体积大大缩小，并且有效提高开关系统反应速度，电源装置的工作效率得以明显提升，杜绝了传统高压大功率开关电源噪声极大的缺点。但是，在进行开关电源的设计时，高压高频变压器的使用仍有一些问题。

虽然高压高频变压器的体积得以极大程度的减小，但随之而来的是电源开关的绝缘性无法得到保证，对相关工作人员人身安全造成威胁。并且，虽然使用变压器可以有效降低高压大功率开关电源的体积，但同时也让变压器的漏感与分布电容大幅度增强，图1就是高压高频变压器的简易化电路模型，它的组成构件是漏感Lr、分布电容Cp与理想变压器。在漏感相同时，高压高频变压器的工作频率远远高于f，在极大程度上降低了功率输出。分布电容一样时，高频之下电容相对于工频条件下降低到原有的0.02f，致使空载电流增加，功率因数减小，电源开关发热现象严重。

面对以上问题，笔者采取的办法是对高压高频变压器采取真空浸油处理，同时使用大磁芯让变压器有足够的绝缘距离，以此降低分布电容Cp与它会带来的相关影响。因为Cp降低，必将伴随着Lr的增大，笔者在进行相关设计时考虑到高频高压变压器漏感较强的特性，依靠串入谐振电容Cr，形成谐振变化器，并利用先进的软开关技术，让高频高压变压器以此做到能源转换效率提高、电磁干扰低等一系列优点。

二、串联谐振变化器

串联谐振变化器的主电路图的设计是由三相交流整流获得Q1-Q4与D1-D4，由此形成全桥逆变器，高压高频变压器将低压转换成高压，并在整流之后针对负载电容C0开展充电工作。

iL是在进行稳定工作过程中的谐电流，uc是Cr两端的电压，串联谐振变化器的一个工作周期为t0-t4四个部分，简单地说就是四个工作状态。模态1（t0≤t

三、相关实验和结果

针对以上的原理所研发的高压大功率开关电源现在已经投入了试用阶段，它的负载核定电容为1200μF，充电电压为20KV，充电功率为20KW。高压大功率开关电源相的磁芯材料是使用TDK公司所出品的PC40铁氧制磁芯，该磁芯呈现4u型结构。同时变压器经过真空浸油处理，变比为1：60，漏感为55μH，用作谐振电感，高频性能好是谐振电容的最基础要求，通流与高耐压能力较高，若Cr为0.5μF，耐压为4KV。f=20KHz，额定电流为200A。通过电路在开始过程中谐振的实验波形可以看出，两者的波形基本相同，再根据充电电压理论波形可以发现，其电压上升较为稳定，与横流充电大体相似。

四、结束语

高压大功率电源包含高功率激光、等离子物理、高功率微波等多环节。综合分析，高压高频变压器有助于进行高压大功率开关电源设计，设计的高压大功率开关电源有着结构简单、便于控制的优势。同时，高压大功率开关具有自动切断功能，有助于系统运行时减少电流对高压大功率开关电源的消耗，提升稳定性与运行水平。经过以上问题可以看出高压高频变压器实现高压大功率开关电源设计，减小了开关电源体积、便于控制，适用范围广泛，有利于优化高压大功率开关电源的设计。

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