詳細(xì)介紹一下直流高壓發(fā)生器的工作原理

 詳細(xì)介紹一下直流高壓發(fā)生器的工作原理：

便攜式直流高壓發(fā)生器的工作原理核心是 “低壓工頻電→直流逆變→高頻升壓→倍壓整流→高壓直流電輸出"，結(jié)合PWM 調(diào)制技術(shù)和閉環(huán)反饋控制，實(shí)現(xiàn)高壓、穩(wěn)定、精準(zhǔn)的直流輸出，同時(shí)通過緊湊設(shè)計(jì)滿足便攜需求。其完整工作流程可拆解為6 個(gè)核心環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)協(xié)同作用保障輸出性能與安全：

一、 核心架構(gòu)總覽

整個(gè)設(shè)備主要由 電源輸入單元、整流濾波單元、中頻逆變單元、高頻升壓單元、倍壓整流單元、反饋控制與保護(hù)單元 組成，流程如下：

工頻交流電（220V/380V）→ 低壓直流 → 中頻交流 → 中頻高壓 → 直流高壓 → 穩(wěn)壓輸出

二、 各環(huán)節(jié)詳細(xì)工作原理

1.  電源輸入與保護(hù)（初始環(huán)節(jié)）

輸入電源：通常支持 單相 220V 或 三相 380V 工頻交流電（50Hz），適配不同作業(yè)現(xiàn)場的供電條件。

前置保護(hù)：內(nèi)置空氣開關(guān)、熔斷器，防止輸入電壓浪涌或短路損壞設(shè)備；同時(shí)設(shè)置接地保護(hù)檢測電路，若接地電阻＞4Ω，會(huì)直接鎖定設(shè)備啟動(dòng)，避免高壓漏電風(fēng)險(xiǎn)。

2.  工頻整流濾波（AC→低壓 DC）

核心部件：橋式整流器（由 4 個(gè)大功率二極管組成）、大容量電解電容。

直流高壓發(fā)生器工作過程：

工頻交流電輸入后，經(jīng)橋式整流器轉(zhuǎn)換為脈動(dòng)直流電（電壓方向不變，但幅值隨時(shí)間波動(dòng)）。

脈動(dòng)直流電通過大容量電解電容濾波，平滑電壓波動(dòng)，輸出穩(wěn)定的低壓直流電（通常為 300V 左右，具體取決于輸入電壓）。

作用：為后續(xù)的中頻逆變單元提供平穩(wěn)的直流電源，避免逆變環(huán)節(jié)因電壓波動(dòng)產(chǎn)生失真。

3.  中頻逆變（低壓 DC→中頻 AC）

這是實(shí)現(xiàn)便攜化的核心技術(shù)環(huán)節(jié)，也是區(qū)別于傳統(tǒng)工頻直流高壓發(fā)生器的關(guān)鍵。

核心部件：IGBT 功率模塊（絕緣柵雙極型晶體管）、PWM 控制器（脈沖寬度調(diào)制器）。

工作過程：

PWM 控制器輸出高頻脈沖信號（頻率通常為 15–20kHz），精準(zhǔn)控制 IGBT 模塊的導(dǎo)通與關(guān)斷時(shí)間。

低壓直流電在 IGBT 的開關(guān)作用下，被逆變?yōu)橹蓄l交流電（15–20kHz，遠(yuǎn)高于工頻 50Hz）。

技術(shù)優(yōu)勢：

傳統(tǒng)工頻直流高壓發(fā)生器需配備笨重的工頻變壓器（頻率低，鐵芯體積大），而中頻技術(shù)可大幅縮小變壓器體積和重量—— 頻率越高，變壓器鐵芯截面積越小，這是便攜式設(shè)備輕量化的核心原因。

4.  高頻變壓器升壓（中頻 AC→中頻高壓 AC）

核心部件：高頻升壓變壓器（鐵芯采用鐵氧體材料，體積小、損耗低）。

工作過程：

中頻交流電輸入高頻變壓器的初級繞組，通過電磁感應(yīng)，在次級繞組（匝數(shù)遠(yuǎn)多于初級）上感應(yīng)出中頻高壓交流電。

舉例：若初級輸入 300V 中頻電，變壓比為 1:400，則次級輸出約 120kV 的中頻高壓電。

關(guān)鍵特點(diǎn)：鐵氧體鐵芯適合高頻工況，能量轉(zhuǎn)換效率＞90%，且體積僅為工頻變壓器的 1/10–1/5，適配便攜需求。

5.  倍壓整流濾波（中頻高壓 AC→直流高壓 DC）

這是產(chǎn)生最終直流高壓的核心環(huán)節(jié)，也是決定輸出電壓紋波系數(shù)的關(guān)鍵。

核心部件：多級倍壓整流電路（由高壓二極管、高壓電容組成，常見 2 倍壓、3 倍壓、多級倍壓）。

工作原理（以 2 倍壓電路為例）：

當(dāng)中頻高壓為正半周時(shí)，電流經(jīng)二極管 D1 對電容 C1 充電，C1 電壓充至峰值 U；

當(dāng)中頻高壓為負(fù)半周時(shí)，電容 C1 的電壓與電源電壓疊加，經(jīng)二極管 D2 對電容 C2 充電，C2 電壓充至 2U；

多級倍壓電路重復(fù)此過程，輸出電壓可達(dá)到 “電源峰值電壓 × 倍壓級數(shù)"。

最后經(jīng)高壓濾波電容平滑，輸出紋波系數(shù)≤0.5% 的平穩(wěn)直流高壓。

作用：將中頻高壓交流電轉(zhuǎn)換為試驗(yàn)所需的直流高壓，同時(shí)降低電壓波動(dòng)，保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。