摘要：研究提出了一種新型的低紋波高壓直流電源電路結構，該電源采用電壓互補的工作原理，將兩路獨立輸出電壓相同、相位相差90°的半橋逆變電路并聯后輸出，使其輸出電壓并聯互補，以達到減小直流輸出電壓脈動的目的。在介紹該電源工作原理和控制方式基礎上，并依據該方案研制了一臺小功率樣機，結合實驗波形，證實了該方案的可行性。

0 引言

高壓直流電源已越來越廣泛的應用于工業、醫學、核物理、檢測等領域。對于X 光機，粒子加速器，電子束焊機，電子束曝光機等一些應用場合，對電壓的水平要求比較高，它們均要求低紋波電壓。文章[5]對幾種用于高壓直流電源的電路拓撲結構分別進行了介紹，并對它們進行了比較，指出了各自的優缺點。

近年來，隨著新的電力電子器件的應用使得高壓直流電源出現了頻率高，效率高，功率密度高，可靠性高等新特性。高頻化可以提高電源性能，減少變壓器的體積和紋波系數，但也帶來了新的技術問題。過高的頻率會導致開關管開斷頻繁，開關損耗增大，影響開關管壽命并使整機效率下降。

鑒于以上問題，本文采用雙路電源并聯輸出的方法得到低紋波直流。在開關管頻率受限的今天，本方法可以在頻率較低的情況下得到低紋波直流。

1 主回路工作原理

電源的系統框圖及主回路原理圖別如圖1 和圖2 所示。

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圖1 系統框圖

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圖2 電源主回路原理圖

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主電路含有兩套完全相同的半橋逆變電路，逆變開關元件選用IGBT.每一路均采用獨立的三相全控整流橋供電，逆變電路采用PWM 方式，工作頻率遠高于諧振頻率， 逆變后的電壓波形為方波。 電路的功率調節通過控制全控整流橋的移相角來實現。IGBT 的觸發脈沖參數：0 kHz~20 kHz、占空比45%,-5 V~+15 V,上下橋臂脈沖相差半個周期如圖3 所示，兩路半橋逆變電路的輸出波形如圖4 所示。將兩路電壓并聯，即可得平直電壓。

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圖3 IGBT 觸發脈沖波形

可見，加大輸出電容值也可以減少紋波，或者采用多個電容并聯的方式減少ESR 值。

2 電壓跟蹤電路

由于采用兩路輸出并聯來獲得平直的直流電壓， 設備正常工作的關鍵問題是兩路并聯電源的電壓平衡問題，即要求兩路輸出的電壓幅值時刻保持相同。為使兩路輸出保持一致，元器件參數應選取一致，還需要一套輸出電壓檢測、比較及自動調節電路，實際設計的電路工作過程如圖5 所示。

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圖5 電壓跟蹤電路結構框圖

在檢測電路中主要包含隔離和離散化兩部分電路，隔離電路可以有效地抑制系統噪聲， 消除接地回路的干擾。把檢測到的輸出電壓離散化是為了解決當相近的模擬量直接比較時運放輸出抖動的問題， 同時可以使后面的比較電路的反應速度調節方便。在離散化電路中具體由鋸齒波來調制經過隔離的輸出電壓來實現。它將檢測到的電壓信號，轉化為脈寬與其電壓成正比的方波信號。

在具體應用中，應根據頻率范圍來設計合理的RC 濾波電路。濾波器的輸出與其輸入之比β 為：

3 實驗結果

應用本方案試制了一套小功率系統，以此來驗證電路的可行性。