高压直流电源的变压器及整流部分详解

　　高压直流电源的主要技术特征是输出电压非常高。高输出电压在许多方面提出了特殊要求，包括组件耐压要求，结构设计要求和绝缘材料要求。同时，电路结构也与常规结构不同。通常，对于10KV以下的电源，可以直接采用各种传统拓扑。但是，对于高压直流电源，必须对电路结构进行一些更改以适应高压输出。由于变压器主要部分的功率器件的耐压极限，通用驱动部分仍然是传统的开关电源拓扑，电路结构的变化主要集中在变压器和后面的整流电路上，我将主要解释以下两个部分。

　　一、高压直流电源的变压器部分

　　1、串联多台变压器

　　换句话说，如果您掌握了基本原理，则可以根据特定工程案例的实际情况选择变压器和整流器电路的组合。

　　此方法的示意图如图1所示。其特点是每个变压器的升压比不是很高，并且磁芯和次级绕组之间的电压差也不大。这种方法的优点是：适用于高产量。变压器绕组与磁芯的绝缘易于处理。缺点是每个变压器都提供不同的功率，最低电压端的变压器提供最高功率，最高电压端的变压器提供最高功率。每个变压器对地面绝缘都有不同的要求。最高电压侧的变压器应具有最佳的接地绝缘。由于变压器具有漏感，因此电路的等效漏感会随着距驱动器输入变压器的距离增加而增加。在这种情况下，即使匝数比相同，变压器的实际输出电压也会有所不同。

　　2、单变压器，多组次级级联模式

　　此方法的示意图如图2所示。其特征在于，次级绕组和初级绕组的每个绕组的升压比都不太高。优点是：适用于大功率的输出。变压器的数量很少，只需要一对磁芯。缺点是高压绕组与磁芯之间的电压差非常大，并且绝缘笨拙。如果次级绕组与磁芯或初级结构不一致，则漏感将不一致，并且绕组之间将存在差异。如果结构一致，则应根据最高绝缘要求设计所有次级侧，这将大大降低变压器窗口的利用率。

　　3、单变压器，绝缘磁芯多组二次级联方式

　　该方法的示意图如图3所示。磁芯由多个部分组成，磁芯的每个部分的特征是用具有优异绝缘性能的薄膜绝缘，每个铁心段都有一个次级绕组。优点是：适用于更高的输出。变压器的数量很少，只需要一对磁芯。每个次级绕组与磁芯之间的电压差很小，并且次级绕组与磁芯的绝缘易于处理。缺点是磁芯被分段并且结构复杂。磁芯具有气隙，并且分段越多，等效气隙就越大，这使得固定磁芯变得困难。

　　二、高压直流电源的整流电路

　　1、半波多路复用电压电路

　　半波多路复用电压电路具有两种结构。一种是图5B所示的结构，它是基本且最常见的倍压整流电路。该电路的优点是结构简单，二极管和电容器的电压应力不高，变压器的输出电压不高。缺点是负载电容不足，倍压器阶数越高，电压降越大，最终倍压器阶数受到限制。超过此顺序，电压将不会增加，而是会降低。另一个是图5B所示的结构。该电路具有更强的负载电容，但是电容器上的电压应力非常高。

　　2、全波多电压电路

　　电路结构如图6所示。这实际上是半波多电压电路的扩展。它可以同时达到正高压和负高压。当然，如果高压中端接地并且变压器的次级侧悬空，这也是可能的。这样做的好处是，您只需要一个半波乘法器和一半的阶数即可获得相同的高压。这样，电压降和纹波将小得多。缺点是，如果使用高压接地系统的一端并且悬挂高压变压器的次级侧，则高压变压器的绝缘要求将非常高。如果高压变压器的次级侧接地，则可以获得较高的正负电压，这是不方便的。

　　3、带抽头的双半波多电压电路

　　电路结构如图7所示。这种结构的特点是在高压变压器的次级侧有一个中间抽头。这种结构的优点在于，倍压器的电压降比半波多路复用电压法的电压降小得多。波纹也小得多。缺点是必须分接变压器的次级侧，对于相同的高压输出，变压器的次级侧的匝数将增加一倍。它具有许多组件且成本很高。

　　4、还有其他扩展或混合用法

　　例如，可以将抽头的双半波扩展到抽头的全波正负多电压电路，以获得高正负电压。也可以混合使用图2的结构。图5B是图5B的结构的示意图。 5A。也可以将常规的整流方法和倍压器整流方法混合。在正负压倍频器模式下，正负顺序也可能不一致。在许多情况下，变压器和整流器电路这两种解决方案会同时组合在一起，例如变压器的次级部分，并且在全波电压倍增之后，每个部分都会串联输出。

　　将二极管和电容器组合成电荷泵模式的倍压电路通常不能承受较大的输出功率，并且输出电压的上升速度相对较慢。由于它是电荷泵，因此会以功率为代价产生高电压，并且泵的容量相对有限。

　　换句话说，如果您掌握了基本原理，则可以根据特定工程案例的实际情况选择变压器和整流器电路的组合。