基于DSP的高压电源的设计原理分析

1引言

早期的高压直流电源通常采用220V工频交流经变压器升压，整流滤波获得，电源的体积和重量很大，并且纹波较大，稳定性不高，效率低。目前的高压电源重要采用开关电源技术，pWM波的出现芯片重要用SG3525(集成pWM控制芯片)或者UC3875(移相谐振全桥软开关控制器)做成高频高压电源，大大减小了电源体积和重量，提高了电源的稳定性和效率。但SG3525功能单一、出现的pWM波形也没有DSp出现的pWM波形稳定性好，并不能实现与上位机通讯及智能调压等功能。此处设计以DSp为控制核心，DSp出现的死区可调的pWM波完全可代替SG3525或UC3875所出现的pWM波，还可实现电源输出调压和过压过流保护等功能。

高压电源的重要特点就是快速可靠保护。例如过流保护、过压保护、击穿短路保护等，这里在新型直流高压电源研制上尝试应用新的技术手段，提出新的设计思路来解决这些问题。

2设计原理

高压电源的总体框图如图1所示，电路重要分为主电路和控制保护电路两部分。

该系统的工作原理：先将市电220V/50Hz通过全桥整流滤波后，变成300V左右直流电压，将其通过pWM的Buck变换得到0～300V可调直流电压。然后直流电经过DC/AC逆变成高频电压，经过谐振电路和高频变压器后电压变为10kV左右，再经倍压整流得到所需的电压。DSp系统为DC/DC供应电压输出幅值的给定信号，同时接收DC/DC环节来的反馈信号，并实时地做出反应，控制DC/DC环节输出电压的大小。关于DC/AC环节，DSp系统通过输出4路脉宽可调的pWM信号控制逆变环节4个IGBT的通断，并且接收反馈动作信号，控制4路pWM的脉宽来达到控制逆变环节输出电压的目的。DSp系统还可进行输出电压测量，并且供应一个良好的人机接口，实时地显示各个参数值，并供应操作控制。

3硬件设计

3.1高压电源主电路

高压电源主电路见图2，重要由整流滤波、直流Buck变换和高频逆变3部分组成。工频二相交流电经整流桥滤波得到低压直流电，通过直流Buck变换。使DC/DC变换输出的电压控制在0～300V左右，然后经相控谐振逆变电路，通过对前后桥臂的相位控制，实现对电压的变频和调压，再经高频变压器和8倍压整流电路得到直流高压。该设计采用将高频变压器接在倍压电路中间，组成正负双向倍压整流的方式，并使正负两端一端接地，另一端输出高压，能够大大减小电压纹波。

正负双向十倍压整流电路的基本原理为：在ui的正半周时，C9通过VD9被iVD9充电到ui的峰值;在ui的负半周时，ui的峰值加上C9对C10充电，通过VD10被电流iVD10充电，C10的电压达到2ui，同时ui通过VD1向C1充电;当ui再次为正半周时，C11通过VD11被电流iVD11充电到两倍的ui峰值，同时ui的峰值加上C1的电压对C2充电，通过VD2被电流iVD2充电，C2电压达到2ui。如此正负反复下去，充电的最终结果是C2～C8两端电压几乎达到2ui，极性为左负右正;C10～C16两端电压也达到2ui，极性为左正右负。该设计将C16右端接地，将C7右端做为高压输出端，输出电压为正负倍压的绝对值之和，得到80kV高压。而脉动系数为其矢量之和，正负脉动值相互抵消因而系统输出纹波很小。

3.2高压电源的控制电路