一種用于交流電場(chǎng)下空間電荷測(cè)量的高壓脈沖電源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了高壓脈沖電源控制電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一種用于交流電場(chǎng)下空間電荷測(cè)量的高壓脈沖電源。高壓脈沖電源包括相位控制電路和高壓脈沖形成電路；所述相位控制電路包括電容分壓器、二階低通濾波電路、電壓過零比較電路和信號(hào)發(fā)生器；所述高壓脈沖形成電路包括高壓直流源、充電電阻、同軸電纜、開關(guān)和匹配電阻。本發(fā)明綜合了電子電路仿真與設(shè)計(jì)、功率電子器件MOSFET控制技術(shù)和脈沖功率技術(shù)，設(shè)計(jì)方案中使用高壓直流源模塊，未使用脈沖變壓器，避免了對(duì)變壓器頻率響應(yīng)特性要求高這一技術(shù)難題，同時(shí)降低了增購(gòu)變壓器的經(jīng)濟(jì)成本；通過改變脈沖形成線的長(zhǎng)度和設(shè)定信號(hào)發(fā)生器的脈沖串輸出功能，靈活調(diào)整高壓脈沖電源輸出脈沖的脈寬和頻率。
【專利說明】—種用于交流電場(chǎng)下空間電荷測(cè)量的高壓脈沖電源
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高壓脈沖電源控制電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于交流電場(chǎng)下空間電荷測(cè)量的高壓脈沖電源。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的脈沖電源大都是低壓輸出或低頻輸出，很少有同時(shí)實(shí)現(xiàn)高壓高頻的電源，現(xiàn)有技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)電源輸出脈寬的靈活控制，而且現(xiàn)有技術(shù)不易通過外部電路對(duì)高壓高頻脈沖電源實(shí)現(xiàn)有效控制。
[0003]目前，在專利一種可控高頻高壓電源中采用繼電器控制高頻高壓DC-DC變換器輸出脈沖，其缺點(diǎn)是無法實(shí)現(xiàn)在交流電壓的特定相位控制高壓高頻電源的輸出，而且無法精確控制輸出脈沖的寬度。
[0004]在專利大功率高頻脈沖電源中采用高頻可控硅SCR及IGBT半導(dǎo)體功率模塊等固體器件為開關(guān)元件。雖然可以產(chǎn)生高頻脈沖，但是脈沖的寬度無法精確控制，而且技術(shù)中用到的脈沖變壓器在高頻狀態(tài)下對(duì)頻率響應(yīng)特性要求很高，所以成本很高。此外，該專利技術(shù)也不能實(shí)現(xiàn)外部電路對(duì)高頻高壓脈沖電源的實(shí)時(shí)控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)【背景技術(shù)】中提到的現(xiàn)有的高頻脈沖電源，在輸出脈沖的寬度無法精確控制的問題，本發(fā)明提供了一種用于交流電場(chǎng)下空間電荷測(cè)量的高壓脈沖電源。
[0006]一種用于交流電場(chǎng)下空間電荷測(cè)量的高壓脈沖電源，其特征在于，所述高壓脈沖電源包括相位控制電路和高壓脈沖形成電路；所述相位控制電路包括電容分壓器、二階低通濾波電路、電壓過零比較電路和信號(hào)發(fā)生器；所述高壓脈沖形成電路包括高壓直流源、充電電阻、同軸電纜、開關(guān)和匹配電阻；
[0007]其中，所述電容分壓器、二階低通濾波電路、電壓過零比較電路和信號(hào)發(fā)生器順次連接；所述高壓直流源、充電電阻、同軸電纜、開關(guān)和匹配電阻順次連接；所述信號(hào)發(fā)生器通過脈沖控制開關(guān)；所述高壓脈沖在匹配電阻的高壓端輸出；
[0008]所述電容分壓器的低壓臂從交流試驗(yàn)變壓器引出工頻電壓信號(hào)，經(jīng)過二階低通濾波電路，濾除工頻電壓信號(hào)中的高次諧波；然后經(jīng)過電壓過零比較電路，把工頻電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成方波信號(hào)用于觸發(fā)信號(hào)發(fā)生器；信號(hào)發(fā)生器按照設(shè)定好的脈沖串輸出功能輸出N個(gè)脈沖序列，實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)的開斷控制；所述開關(guān)用于控制高壓脈沖的輸出；所述同軸電纜用于控制高壓脈沖的脈寬。
[0009]所述高壓脈沖電源還包括驅(qū)動(dòng)電路；安裝于信號(hào)發(fā)生器和開關(guān)中間；所述驅(qū)動(dòng)電路用于控制脈沖序列的電壓。
[0010]所述開關(guān)采用MOSFET開關(guān)。
[0011]本發(fā)明綜合了電子電路仿真與設(shè)計(jì)、功率電子器件MOSFET控制技術(shù)和脈沖功率技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種可以用于交流電場(chǎng)下空間電荷測(cè)量的高壓脈沖電源，方案中使用高壓直流源模塊，未使用脈沖變壓器，避免了對(duì)變壓器頻率響應(yīng)特性要求高這一技術(shù)難題，同時(shí)降低了增購(gòu)變壓器的經(jīng)濟(jì)成本；通過改變脈沖形成線的長(zhǎng)度和設(shè)定信號(hào)發(fā)生器的脈沖串輸出功能，靈活調(diào)整高壓脈沖電源輸出脈沖的脈寬和頻率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明提供的一種用于交流電場(chǎng)下空間電荷測(cè)量的高壓脈沖電源的結(jié)構(gòu)圖；
[0013]圖2是本發(fā)明提供的高壓脈沖電源的相位控制電路圖；
[0014]圖3是本發(fā)明提供的高壓脈沖電源相位控制電路的二階低通濾波電路圖；
[0015]圖4是本發(fā)明提供的濾波前后得到的電容分壓器低壓臂輸出的工頻信號(hào)圖；
[0016]圖5是本發(fā)明提供的高壓脈沖電源相位控制電路的電壓過零比較電路圖；
[0017]圖6是本發(fā)明提供的電壓過零比較電路的性能測(cè)試圖；
[0018]圖7是本發(fā)明提供的高壓脈沖形成電路的電路圖及仿真結(jié)果；
[0019]其中，1-相位控制電路；2_高壓脈沖形成電路；3-開關(guān)；4_高壓直流源；5_充電電阻；6-同軸電纜；7_匹配電阻；8_電容分壓器；9_電容分壓器的低壓臂；10_電容分壓器的高壓臂；11_保護(hù)電阻；12_高壓試驗(yàn)變壓器；13_正弦信號(hào)輸入端；14_方波信號(hào)輸出端。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖，對(duì)優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
[0021]圖1是本發(fā)明提供的一種用于交流電場(chǎng)下空間電荷測(cè)量的高壓脈沖電源的結(jié)構(gòu)圖。圖1中包括相位控制電路1、高壓脈沖形成電路2和空間電荷測(cè)量電路PEA。其中，本發(fā)明所提供的高壓脈沖電源包括相位控制電路I和高壓脈沖形成電路2 ;所述相位控制電路I包括電容分壓器、二階低通濾波電路、電壓過零比較電路和信號(hào)發(fā)生器；所述高壓脈沖形成電路包括高壓直流源4、充電電阻5、同軸電纜6、開關(guān)3和匹配電阻7 ；
[0022]所述電容分壓器8、二階低通濾波電路、電壓過零比較電路和信號(hào)發(fā)生器順次連接；所述高壓直流源4、充電電阻5、同軸電纜6、開關(guān)3和匹配電阻7順次連接；所述信號(hào)發(fā)生器通過脈沖控制開關(guān)3 ;所述高壓脈沖在匹配電阻7的高壓端輸出。
[0023]空間電荷測(cè)量電路PEA用于測(cè)量交流電場(chǎng)下空間電荷，并通過高壓試驗(yàn)變壓器與相位控制電路的電容分壓器連接，同時(shí)還與匹配電阻的高壓端連接。
[0024]圖2是本發(fā)明提供的高壓脈沖電源的相位控制電路圖。圖2中，電容分壓器的低壓臂9從高壓試驗(yàn)變壓器12引出工頻電壓信號(hào)；經(jīng)過二階低通濾波電路(如圖3)，濾除工頻電壓信號(hào)中的高次諧波(主要是三次和五次諧波)，濾除諧波前后的工頻電壓信號(hào)對(duì)比(如圖4)，其中，虛線部分表示濾波前的工頻電壓信號(hào)；然后經(jīng)過電壓過零比較電路(如圖5)，把工頻電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成方波信號(hào)(如圖6)用于觸發(fā)信號(hào)發(fā)生器；且方波的上升沿對(duì)應(yīng)工頻電壓信號(hào)的0°相位，方波的下降沿對(duì)應(yīng)工頻電壓信號(hào)的180°相位。所得的方波信號(hào)用于觸發(fā)驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器，信號(hào)發(fā)生器按照設(shè)定好的脈沖串輸出功能(Burst)將輸出N (N可以設(shè)定)個(gè)脈沖序列，實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)3的開斷控制；這里需要指出，低壓臂引出的工頻電壓信號(hào)與交流空間電荷測(cè)量時(shí)從高壓臂引出的工頻電壓信號(hào)相位一致；而低壓臂引出信號(hào)經(jīng)過二階低通濾波電路和電壓過零比較電路后，所得到的方波信號(hào)相比于原先的工頻信號(hào)相位有所滯后，在得到脈沖序列時(shí)需要調(diào)整信號(hào)發(fā)生器使得輸出的脈沖序列與原工頻信號(hào)相位匹配。脈沖序列經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)MOSFET開關(guān)器件HTS50-08-UF，實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓高頻開關(guān)的開斷控制。高壓高頻脈沖電源工作頻率的計(jì)算方法為f=50*N。其中，第一個(gè)輸出的脈沖對(duì)應(yīng)
的工頻相位是0°，第二個(gè)輸出的脈沖對(duì)應(yīng)的工頻相位是
【權(quán)利要求】
1.一種用于交流電場(chǎng)下空間電荷測(cè)量的高壓脈沖電源，其特征在于，所述高壓脈沖電源包括相位控制電路和高壓脈沖形成電路；所述相位控制電路包括電容分壓器、二階低通濾波電路、電壓過零比較電路和信號(hào)發(fā)生器；所述高壓脈沖形成電路包括高壓直流源、充電電阻、同軸電纜、開關(guān)和匹配電阻； 其中，所述電容分壓器、二階低通濾波電路、電壓過零比較電路和信號(hào)發(fā)生器順次連接；所述高壓直流源、充電電阻、同軸電纜、開關(guān)和匹配電阻順次連接；所述信號(hào)發(fā)生器通過脈沖控制開關(guān)；所述高壓脈沖在匹配電阻的高壓端輸出； 所述電容分壓器的低壓臂從交流試驗(yàn)變壓器引出工頻電壓信號(hào)，經(jīng)過二階低通濾波電路，濾除工頻電壓信號(hào)中的高次諧波；然后經(jīng)過電壓過零比較電路，把工頻電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成方波信號(hào)用于觸發(fā)信號(hào)發(fā)生器；信號(hào)發(fā)生器按照設(shè)定好的脈沖串輸出功能輸出N個(gè)脈沖序列，實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)的開斷控制；所述開關(guān)用于控制高壓脈沖的輸出；所述同軸電纜用于控制高壓脈沖的脈寬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源，其特征在于，所述高壓脈沖電源還包括驅(qū)動(dòng)電路；安裝于信號(hào)發(fā)生器和開關(guān)中間；所述驅(qū)動(dòng)電路用于控制脈沖序列的電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源，其特征在于，所述開關(guān)采用MOSFET開關(guān)。
【文檔編號(hào)】G01R1/28GK103529255SQ201310421479
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月16日
【發(fā)明者】王偉, 陳廣輝, 顧杰峰, 何東欣, 陳勝科 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)