5kV重复频率高压脉冲电源设计

文章摘要： 对于工频高压变压器，需确定其输出电压和功率等主要参数。主电路最大输出频率为200 Hz，每次电容器要放出约10 J的能量，而对电容器的充电时间必须小于5 ms，所以可求出变压器的平均功率为2 kW。考虑工频高压变压器输出电压经过全桥整流后，脉动频率为100 Hz，小于主电路的最大输出频率为200 Hz，所以实际工频高压变压器输出峰值功率会大于2 kW，可以选取5 kW的变压器。高压变压器输出电压实际选取1．5 kV(峰值)。5 控制系统设计 控制系统原理框图如图3所示。通过计算机控制AO卡 (模拟量输出)输出0～10 V的模拟量，用来控制调压系统中 的可控硅调压器的输出。储能电容

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    对于工频高压变压器，需确定其输出电压和功率等主要参数。主电路最大输出频率为200 Hz，每次电容器要放出约10 J的能量，而对电容器的充电时间必须小于5 ms，所以可求出变压器的平均功率为2 kW。考虑工频高压变压器输出电压经过全桥整流后，脉动频率为100 Hz，小于主电路的最大输出频率为200 Hz，所以实际工频高压变压器输出峰值功率会大于2 kW，可以选取5 kW的变压器。高压变压器输出电压实际选取1．5 kV(峰值)。

5 控制系统设计
    控制系统原理框图如图3所示。通过计算机控制AO卡 (模拟量输出)输出0～10 V的模拟量，用来控制调压系统中 的可控硅调压器的输出。储能电容器上的电压经过高压采样和AI卡(模拟量输入)，由计算机采集。计算机控制DO卡(数字量输出)输出控制信号控制各类启动开关和IGBT驱动板输出触发信号。各类手动面板的开关信号经过DI卡(数字量输入)，由计算机采集。

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6 实验结果
    对系统各部分进行调试。用高压探头测试电压波形，用罗果夫斯基线圈测试电流波形。测试的实验波形如图4、图5和图6所示。

    图4中，纵坐标为电压幅度值(2通道2 kV／格，4通道200 mV／格)。通道2为电压波形，电压约为5 kV，脉冲宽度为10μs，上升沿小于lμs。通道4为电流波形，电流值约85 A(波形图中比例为l：500)。图5中，脉冲周期为5 ms，重复频率为200 Hz。图6中，纵坐标为电压幅度值(1通道5 kV／格，2通道2V／格)。l通道为放电电压波形，2通道为放电电流波形。从波形图中可以看出，脉冲当电压加在气体上时，大约经过几微秒时间后，气体发生电离。此时由于分压原因，电压幅值略有下降，电流波形开始出现。在脉冲电压加载期间，气体维持了电离状态。

7 结束语
    以可调直流高压电源、高压IGBT、高压脉冲变压器、工控计算机和数据采集控制卡为核心部件的5 kV重复频率高压脉冲电源，具备脉冲电压、脉冲频率和脉冲宽度等参数可以同时调节的特点，为开展其他指标的脉冲电源研制提供了一种可行的技术途径。从测试结果来看，整个系统完全达到了指标要求，为开展毛细管放电x线激光的研究提供了必要的研究条件。

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