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高压直流电源在工程应用和实验研究中有着广泛的应用,如电气设备直流耐压试验,环境处理中的静电除尘,医学应用上的X光机。CT机,军事上的雷达发射器等。传统的高压直流电源通过工频变压器直接升压再整流滤波得到,存在体积大,效率低,纹波系数大,操作麻烦等缺点。本文自行设计了一台主要用于耐压实验的高压直流电源,将开关电源和谐振技术引入高压直流电源设计中,同时将控制完全数字化,使得输出电压的幅值,上升沿下降沿和电压维持时间可以任意调节,给耐压实验带来很大的便利。
为达到以上设计目标,本文首先在比较了几种常用谐振变换器的特点和应用场合的基础上,提出了本电源系统的主电路拓扑,即采用全桥并联谐振结构,用移相控制的方法来对输出电压进行控制。通过理论计算和仿真分析,给出了电路的工作原理,优缺点以及电路参数的选择方法。为得到直流高压,设计了变压器和倍压电路结构,并将其封装在一个油箱中。
结合主电路拓扑的移相控制方法和系统需要实现的功能,独立完成了以DSP为控制核心的系统硬件设计和软件架构:详细分析了各硬件单元的功能,原理和参数,以及各软件模块的设计思想和相互配合关系。然后,针对系统设计中需要重点考虑的绝缘问题和抗干扰问题进行了分析,并采取了相应的措施,使系统具有良好的绝缘强度和抗干扰特性。
实验研究证明,移相式并联谐振结构在高电压小电流应用领域具有很好的调压特性,同时闭环控制和数字PI算法使得输出电压更加稳定,用上位机作为控制和显示界面,给系统操作带来很大方便,系统达到了预期的设计要求。