一種用于交流電場下空間電荷測量的高壓脈沖電源的制作方法
【專利摘要】本發明公開了高壓脈沖電源控制電路設計領域的一種用于交流電場下空間電荷測量的高壓脈沖電源。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發生器；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、開關和匹配電阻。本發明綜合了電子電路仿真與設計、功率電子器件MOSFET控制技術和脈沖功率技術，設計方案中使用高壓直流源模塊，未使用脈沖變壓器，避免了對變壓器頻率響應特性要求高這一技術難題，同時降低了增購變壓器的經濟成本；通過改變脈沖形成線的長度和設定信號發生器的脈沖串輸出功能，靈活調整高壓脈沖電源輸出脈沖的脈寬和頻率。
【專利說明】—種用于交流電場下空間電荷測量的高壓脈沖電源
【技術領域】
[0001]本發明屬于高壓脈沖電源控制電路設計領域，尤其涉及一種用于交流電場下空間電荷測量的高壓脈沖電源。
【背景技術】
[0002]現有的脈沖電源大都是低壓輸出或低頻輸出，很少有同時實現高壓高頻的電源，現有技術無法實現電源輸出脈寬的靈活控制，而且現有技術不易通過外部電路對高壓高頻脈沖電源實現有效控制。
[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，其缺點是無法實現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半導體功率模塊等固體器件為開關元件。雖然可以產生高頻脈沖，但是脈沖的寬度無法精確控制，而且技術中用到的脈沖變壓器在高頻狀態下對頻率響應特性要求很高，所以成本很高。此外，該專利技術也不能實現外部電路對高頻高壓脈沖電源的實時控制。
【發明內容】
[0005]針對【背景技術】中提到的現有的高頻脈沖電源，在輸出脈沖的寬度無法精確控制的問題，本發明提供了一種用于交流電場下空間電荷測量的高壓脈沖電源。
[0006]一種用于交流電場下空間電荷測量的高壓脈沖電源，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發生器；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發生器順次連接；所述高壓直流源、充電電阻、同軸電纜、開關和匹配電阻順次連接；所述信號發生器通過脈沖控制開關；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變壓器引出工頻電壓信號，經過二階低通濾波電路，濾除工頻電壓信號中的高次諧波；然后經過電壓過零比較電路，把工頻電壓信號轉換成方波信號用于觸發信號發生器；信號發生器按照設定好的脈沖串輸出功能輸出N個脈沖序列，實現對開關的開斷控制；所述開關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動電路；安裝于信號發生器和開關中間；所述驅動電路用于控制脈沖序列的電壓。
[0010]所述開關采用MOSFET開關。
[0011]本發明綜合了電子電路仿真與設計、功率電子器件MOSFET控制技術和脈沖功率技術，設計了一種可以用于交流電場下空間電荷測量的高壓脈沖電源，方案中使用高壓直流源模塊，未使用脈沖變壓器，避免了對變壓器頻率響應特性要求高這一技術難題，同時降低了增購變壓器的經濟成本；通過改變脈沖形成線的長度和設定信號發生器的脈沖串輸出功能，靈活調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是本發明提供的一種用于交流電場下空間電荷測量的高壓脈沖電源的結構圖；
[0013]圖2是本發明提供的高壓脈沖電源的相位控制電路圖；
[0014]圖3是本發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圖；
[0016]圖5是本發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是本發明提供的電壓過零比較電路的性能測試圖；
[0018]圖7是本發明提供的高壓脈沖形成電路的電路圖及仿真結果；
[0019]其中，1-相位控制電路；2_高壓脈沖形成電路；3-開關；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_保護電阻；12_高壓試驗變壓器；13_正弦信號輸入端；14_方波信號輸出端。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖，對優選實施例作詳細說明。應該強調的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發明的范圍及其應用。
[0021]圖1是本發明提供的一種用于交流電場下空間電荷測量的高壓脈沖電源的結構圖。圖1中包括相位控制電路1、高壓脈沖形成電路2和空間電荷測量電路PEA。其中，本發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發生器；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發生器順次連接；所述高壓直流源4、充電電阻5、同軸電纜6、開關3和匹配電阻7順次連接；所述信號發生器通過脈沖控制開關3 ;所述高壓脈沖在匹配電阻7的高壓端輸出。
[0023]空間電荷測量電路PEA用于測量交流電場下空間電荷，并通過高壓試驗變壓器與相位控制電路的電容分壓器連接，同時還與匹配電阻的高壓端連接。
[0024]圖2是本發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從高壓試驗變壓器12引出工頻電壓信號；經過二階低通濾波電路(如圖3)，濾除工頻電壓信號中的高次諧波(主要是三次和五次諧波)，濾除諧波前后的工頻電壓信號對比(如圖4)，其中，虛線部分表示濾波前的工頻電壓信號；然后經過電壓過零比較電路(如圖5)，把工頻電壓信號轉換成方波信號(如圖6)用于觸發信號發生器；且方波的上升沿對應工頻電壓信號的0°相位，方波的下降沿對應工頻電壓信號的180°相位。所得的方波信號用于觸發驅動信號發生器，信號發生器按照設定好的脈沖串輸出功能(Burst)將輸出N (N可以設定)個脈沖序列，實現對開關3的開斷控制；這里需要指出，低壓臂引出的工頻電壓信號與交流空間電荷測量時從高壓臂引出的工頻電壓信號相位一致；而低壓臂引出信號經過二階低通濾波電路和電壓過零比較電路后，所得到的方波信號相比于原先的工頻信號相位有所滯后，在得到脈沖序列時需要調整信號發生器使得輸出的脈沖序列與原工頻信號相位匹配。脈沖序列經過驅動電路驅動MOSFET開關器件HTS50-08-UF，實現對高壓高頻開關的開斷控制。高壓高頻脈沖電源工作頻率的計算方法為f=50*N。其中，第一個輸出的脈沖對應
的工頻相位是0°，第二個輸出的脈沖對應的工頻相位是
【權利要求】
1.一種用于交流電場下空間電荷測量的高壓脈沖電源，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發生器；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發生器順次連接；所述高壓直流源、充電電阻、同軸電纜、開關和匹配電阻順次連接；所述信號發生器通過脈沖控制開關；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變壓器引出工頻電壓信號，經過二階低通濾波電路，濾除工頻電壓信號中的高次諧波；然后經過電壓過零比較電路，把工頻電壓信號轉換成方波信號用于觸發信號發生器；信號發生器按照設定好的脈沖串輸出功能輸出N個脈沖序列，實現對開關的開斷控制；所述開關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.根據權利要求1所述的電源，其特征在于，所述高壓脈沖電源還包括驅動電路；安裝于信號發生器和開關中間；所述驅動電路用于控制脈沖序列的電壓。
3.根據權利要求1所述的電源，其特征在于，所述開關采用MOSFET開關。
【文檔編號】G01R1/28GK103529255SQ201310421479
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月16日 優先權日:2013年9月16日
【發明者】王偉, 陳廣輝, 顧杰峰, 何東欣, 陳勝科 申請人:華北電力大學