电压互补技术实现低纹波高压直流电源

"新型低纹波高压直流电源设计方案旨在通过电压互补技术降低直流输出电压的脉动，采用两路半桥逆变电路并联输出，相位相差90°，以达到纹波抑制的效果。该电源适用于对电压稳定性和低纹波有严格要求的领域，如工业、医学和科研设备。设计中考虑了高频化带来的挑战，如开关损耗和效率问题，通过优化电路结构和采用电压跟踪电路来保证输出电压的平衡与稳定性。" 正文: 在电力电子技术的发展中，新型低纹波高压直流电源的设计是解决高电压应用中稳定性和效率问题的关键。该电源设计基于电压互补的工作原理，通过并联两个独立的半桥逆变电路，确保输出电压相位相差90度，从而实现输出电压的互补，显著减小直流电压的脉动。这一方法提高了电源的纹波抑制能力，对于需要高压、低纹波的设备，如X光机、粒子加速器等，具有重要的应用价值。 电源的主回路由两套完全相同的半桥逆变电路构成，每路电路的输出电压可调且相位差90度，这两路输出在并联后形成一个几乎无脉动的直流电压。为了进一步降低纹波，可以通过增加输出电容的值或并联多个电容来减少等效串联电阻（ESR），从而提高电源的稳定性。 电压跟踪电路是设计中的核心部分，其作用是确保两路并联电源的电压保持平衡。通过实时检测和比较两路输出电压，然后进行自动调节，以保持电压幅值的一致性。这需要精确的检测电路，包括隔离电路以减少噪声干扰，以及离散化电路以解决比较过程中可能出现的运算放大器输出抖动问题。离散化电路通常利用锯齿波调制隔离后的输出电压，生成与电压成比例的脉宽调制（PWM）信号，然后通过适当的RC滤波器来平滑信号，以实现精确的电压控制。 在实际应用中，设计者制造了一个小功率的试验系统来验证方案的可行性。样机采用了晶闸管整流，并选择了西安电力电子技术研究所的KK200整流晶闸管。三相交流电经过降压变压器和整流桥，转换为直流电压。通过调整控制角α，可以控制三相全控整流桥的输出直流平均电压，从而实现对输出电压的精细调节。 这种新型低纹波高压直流电源设计结合了电压互补和电压跟踪技术，有效地解决了高压电源中的纹波问题，提升了电源的稳定性和效率。其在各种高电压应用场景中的成功应用，证明了设计的有效性和实用性。未来的研究可能将进一步优化这种设计，例如通过采用更先进的电力电子器件和控制策略，以实现更高效率和更低的纹波。