一种高压电源制造技术

本发明专利技术公开了一种高压电源，包括隔离变压器组，用于实现电气隔离并将市电压进行升压处理，电源模块为多个串联的电源单元，电源单元设有开关管，开关管用于控制电源单元的输出电压，通过调节开关管的开关状态使电源单元的输出电压在零和单位电平之间转换。高压电源输出电压为所有电源单元输出电压之和，通过调节导通状态电源单元的数量，即可产生所需高压输出。采用两级变压器组驱动电源单元，简化变压器组的结构，两级变压器组变比不同，使得电源单元有不同的输出电压，因此在高压电源工作时，电源单元的开关管主要工作在开关状态，降低了开关管的开关频率和控制信号的复杂度，同时减小电磁干扰，以简单的控制方法实现电源的高精度输出。

High voltage power supply

The invention discloses a high voltage power supply, including the isolation transformer, used to achieve electrical isolation and voltage boost processing, power supply module for multiple series power supply unit, power supply unit is provided with a switch switch for controlling the output voltage of the power supply unit, through adjusting the switch state of the switch tube so that the output voltage of power supply unit conversion between zero and unit level. The output voltage of the high voltage power supply is the sum of the output voltage of all the power units, and the required high voltage output can be generated by adjusting the number of the power supply units on the turn-on state. The two level transformer driving power supply unit, simplify the structure of transformer, transformer two ratio is different, so that the power supply unit output voltage is different, so in the high voltage power supply work, switching power supply unit tube is mainly working in the switch state, reduce the complexity of the switching frequency and the control signal switch, at the same time to reduce electromagnetic interference, high precision output power to achieve a simple control method of the.

【技术实现步骤摘要】
一种高压电源
本专利技术属于高压
，更具体地，涉及一种高压电源。
技术介绍
电子回旋共振加热(ElectronCyclotronResonanceHeating,ECRH)系统可用于等离子体的加热。ECRH系统一般的主要构成包括波源系统，超导磁体，传输线及天线，水系统及控制系统等。波源系统是ECRH系统的核心，由回旋管和电源系统(阴极高压电源、阳极高压电源)构成，回旋管高功率微波的产生需要电源系统的协同作用，需要研制直流高压电源为回旋管供电。应用在几十千伏至百千伏级的高压电源方案有以下三个方案。方案一：市电电压先通过第一级升压变压器进行升压，然后经过晶闸管变流器实现交流调压，再通过第二级升压变压器升压，再次整流得到所需高压。然而此类方案的高压电源存在着以下明显缺点：晶闸管需要串联，而且晶闸管不能够可控关断，关断延时长，电源保护难度大；电源的快速响应难以实现且过大的储能会危害负载安全。方案二：市电电压经升压隔离变压器升压，然后经整流单元变换为直流高压，再经过软开关电阻和高压开关对储能电容器充电，充电完成后，切除高压开关。需要高压输出时，控制四极管输出设定的电压。然而此类高压电源输出脉宽短，最长只能实现数秒的输出脉宽。且四极管自身的功耗非常大，降低电源的效率，产生的大量热量也给冷却带来困难。方案三：运用脉冲阶梯调制(PulseStepModulation)技术，由多个电源模块级联形成高压输出，市电经过隔离变压器给多个电源模块，其中部分模块工作在开关模式(StepModulation)，另一部分模块工作在脉宽调制模式(PulseWidthModulation)，只要调整两种电源的模块数量并对输出进行平波处理便能得到期望的电压输出。但此种方案有这以下不足：两种工作模式的电源设计使得控制策略较为复杂，该种电源设计方案，电源输出侧必须添加平波电抗器，为了提高平波效果，一般要求有多个PWM电源模块，且需要对PWM模块进行移相控制，这样一方面会提高控制策略的复杂度，同时越多的PWM电源模块会带来更强的电磁干扰，增加电磁兼容处理难度。另一方面，平波电抗器的使用也会使电源的动态响应变慢，如故障关断时间增大。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种高压电源，目的在于解决现有的高压电源由于电源模块工作于脉冲阶梯调制模式和开关模式两种模式导致无法兼顾高电压精度和电源控制信号简化的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种高压电源，包括：隔离变压器组，其设有N个输入端与M个输出端，用于电气隔离并将市电压进行升压处理；电源模块，包括M个电源单元，记为第1个电源单元、…、第i个电源单元、…、第M个电源单元，第i个电源单元的输出端负极与第i个电源单元的输出端正极连接，其中，1≤i≤M-1，所述第i个电源单元的输出端负极与所述第i+1个电源单元的输出端正极连接，第1个电源的正极作为高压电源输出端正极，第M个电源的负极作为高压电源输出端负极，一个电源单元的输入端与一个所述输出端连接；所述电源单元设有开关管，开关管用于控制电源单元的输出电压，开关管工作于开关状态使电源单元输出电压为零或者单位电平，电源单元的电压输出与电源单元输入端电压有关；以及控制单元，用于根据指令电压信号输出控制信号，控制信号用于控制开关管。优选地，隔离变压器组包括：一级隔离变压器组，设有N个输入端和K个输出端，包括N个第一级隔离变压器，第一级隔离变压器有一个主边和L个副边，N个第一级隔离变压器的N个主边为隔离变压器组的N个输入端，N个第一级隔离变压器的N×L副边作为一级隔离变压器组的K个输出端；以及二级隔离变压器组，设有K个输入端和M个输出端，其一个输入端与一级隔离变压器组的一个输出端连接；包括P个第二级A型隔离变压器和Q个第二级B型隔离变压器，所述第二级A型隔离变压器有一个主边和S个副边，所述第二级B型隔离变压器有一个主边和T个副边，P个第二级A型隔离变压器的P个主边和Q个第二级B型隔离变压器的Q个主边作为二级隔离变压器组的K个输入端，P个第二级A型隔离变压器的S×P个副边和Q个第二级B型隔离变压器的T×Q个副边作为隔离变压器组的M个输出端；第二级A型隔离变压器的变压比大于第二级B型隔离变压器的变压比；使得连接第二级A型隔离变压器副边的电源单元输出单位电平大于连接第二级B型隔离变压器副边的电源单元输出单位电平。优选地，高压电源还包括U个升压模块，且U＜M，一个升压模块的输入端与所述隔离变压器组的一个输出端连接，该升压模块的输出端与一个电源单元的输入端连接，使得连接升压模块的电源单元输出单位电平大于连接隔离变压器组输出端的电源单元输出单位电平。优选地，高压电源还包括绝缘支撑单元，绝缘支撑单元置于电源模块下方，用于使电源模块与大地电气隔离。优选地，隔离变压器为移相多绕组隔离变压器。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得以下有益效果：1、本专利技术提供的高压电源，电源单元的开关管工作于开关状态，减少了电源单元中开关管的操作频率，降低了控制信号的复杂度，高压电源输出电压为所有电源单元输出电压之和，通过调节电源单元的输出单位电平数值，可以实现提高高压电源输出电压的精度，因此，本专利技术的高压电源拓扑简洁、控制策略简单，能够以更简单的控制达到同样的精度。2、本专利技术提供的高压电源，电源单元的开关管工作于开关状态，提高核心开关器件的使用寿命，同时因开关器件的操作频率显著减低，高压电源所带来的电磁干扰明显降低。3、本专利技术提供的高压电源中，隔离变压器组采用两级隔离变压器组，当高压电源的输出电压较高要求更多电源单元时，第一级隔离变的绕线数量不会急剧增加，降低第一级隔离变设计难度，而第二级隔离变的要求则大于所供电电源模块的所有电压之和加安全裕量即可，使得第二级隔离变的设计要求及建造成本都得以降低。4、本专利技术提供的高压电源中，采用两个变比不同的第二级A型隔离变压器和第二级B型隔离变压器，使连接第二级A型隔离变压器的电源模块单位电平和连接第二级B型隔离变压器的电源模块单位电平不同，而高压电源输出电压为所有电源单元输出电压之和，从而能够提高高压电源输出电压的精度。5、本专利技术提供的高压电源中，通过降压模块对隔离变压器组部分输出端电压进行降压处理，使得高压电源中存在两种单位电平的电源单元，能够提高高压电源输出电压的精度。6、电源模块均为模块化设计、结构简单，便于工业化大批量生产。所构成的高压电源可以实现百千伏等级的高压输出，输出电压及输出波形控制简单，精度高。附图说明图1为本专利技术提供的高压电源实施例的结构示意图；图2为本专利技术提供的实施例的高压电源拓扑图；图3为本专利技术提供的实施例中高压电源架构图；图4为本专利技术提供的实施例输出电压波形图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术提供的高压电源包括隔离变压器组、电源模块和控制模块，隔离变压器设有N个输入端与M个输出端，其中，N和M均为正整数，隔离变压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压电源，其特征在于，包括：隔离变压器组，其设有N个输入端与M个输出端，用于电气隔离并将市电压进行升压处理；电源模块，包括M个电源单元，记为第1个电源单元、…、第i个电源单元、…、第M个电源单元，其中，1≤i≤M‑1，所述第i个电源单元的输出端负极与所述第i+1个电源单元的输出端正极连接，所述第1个电源的正极作为所述高压电源输出端正极，所述第M个电源的负极作为所述高压电源输出端负极，一个所述电源单元的输入端与一个所述变压器输出端连接；所述电源单元设有开关管，所述开关管用于控制电源单元的输出电压，所述开关管工作于开关状态使所述电源单元输出电压为零或者单位电平，所述电源单元的电压输出与所述电源单元输入端电压有关；以及控制单元，用于根据指令电压信号输出控制信号，控制信号用于控制开关管。

【技术特征摘要】
1.一种高压电源，其特征在于，包括：隔离变压器组，其设有N个输入端与M个输出端，用于电气隔离并将市电压进行升压处理；电源模块，包括M个电源单元，记为第1个电源单元、…、第i个电源单元、…、第M个电源单元，其中，1≤i≤M-1，所述第i个电源单元的输出端负极与所述第i+1个电源单元的输出端正极连接，所述第1个电源的正极作为所述高压电源输出端正极，所述第M个电源的负极作为所述高压电源输出端负极，一个所述电源单元的输入端与一个所述变压器输出端连接；所述电源单元设有开关管，所述开关管用于控制电源单元的输出电压，所述开关管工作于开关状态使所述电源单元输出电压为零或者单位电平，所述电源单元的电压输出与所述电源单元输入端电压有关；以及控制单元，用于根据指令电压信号输出控制信号，控制信号用于控制开关管。2.如权利要求1所述的高压电源，其特征在于，所述隔离变压器组包括：一级隔离变压器组，设有N个输入端和K个输出端，包括N个第一级隔离变压器，第一级隔离变压器有一个主边和L个副边，N个第一级隔离变压器的N个主边为隔离变压器组的N个输入端，N个第一级隔离变压器的N×L副边作为一级隔离变压器组的K个输出端；以及二级隔离变压器组，设有K个输入端和M个输出端，其一个输入端与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏冬辉，崔芳泰，刘昌海，王之江，余振雄，马海燕，金易坤，孙道磊，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42