[发明专利]一种用于交流电场下空间电荷测量的高压脉冲电源

说明书

技术领域

本发明属于高压脉冲电源控制电路设计领域，尤其涉及一种用于交流电场下空间电荷测量的高压脉冲电源。

背景技术

现有的脉冲电源大都是低压输出或低频输出，很少有同时实现高压高频的电源，现有技术无法实现电源输出脉宽的灵活控制，而且现有技术不易通过外部电路对高压高频脉冲电源实现有效控制。

目前，在专利一种可控高频高压电源中采用继电器控制高频高压DC-DC变换器输出脉冲，其缺点是无法实现在交流电压的特定相位控制高压高频电源的输出，而且无法精确控制输出脉冲的宽度。

在专利大功率高频脉冲电源中采用高频可控硅SCR及IGBT半导体功率模块等固体器件为开关元件。虽然可以产生高频脉冲，但是脉冲的宽度无法精确控制，而且技术中用到的脉冲变压器在高频状态下对频率响应特性要求很高，所以成本很高。此外，该专利技术也不能实现外部电路对高频高压脉冲电源的实时控制。

发明内容

针对背景技术中提到的现有的高频脉冲电源，在输出脉冲的宽度无法精确控制的问题，本发明提供了一种用于交流电场下空间电荷测量的高压脉冲电源。

一种用于交流电场下空间电荷测量的高压脉冲电源，其特征在于，所述高压脉冲电源包括相位控制电路和高压脉冲形成电路；所述相位控制电路包括电容分压器、二阶低通滤波电路、电压过零比较电路和信号发生器；所述高压脉冲形成电路包括高压直流源、充电电阻、同轴电缆、开关和匹配电阻；

其中，所述电容分压器、二阶低通滤波电路、电压过零比较电路和信号发生器顺次连接；所述高压直流源、充电电阻、同轴电缆、开关和匹配电阻顺次连接；所述信号发生器通过脉冲控制开关；所述高压脉冲在匹配电阻的高压端输出；

所述电容分压器的低压臂从交流试验变压器引出工频电压信号，经过二阶低通滤波电路，滤除工频电压信号中的高次谐波；然后经过电压过零比较电路，把工频电压信号转换成方波信号用于触发信号发生器；信号发生器按照设定好的脉冲串输出功能输出N个脉冲序列，实现对开关的开断控制；所述开关用于控制高压脉冲的输出；所述同轴电缆用于控制高压脉冲的脉宽。

所述高压脉冲电源还包括驱动电路；安装于信号发生器和开关中间；所述驱动电路用于控制脉冲序列的电压。

所述开关采用MOSFET开关。

本发明综合了电子电路仿真与设计、功率电子器件MOSFET控制技术和脉冲功率技术，设计了一种可以用于交流电场下空间电荷测量的高压脉冲电源，方案中使用高压直流源模块，未使用脉冲变压器，避免了对变压器频率响应特性要求高这一技术难题，同时降低了增购变压器的经济成本；通过改变脉冲形成线的长度和设定信号发生器的脉冲串输出功能，灵活调整高压脉冲电源输出脉冲的脉宽和频率。

附图说明

图1是本发明提供的一种用于交流电场下空间电荷测量的高压脉冲电源的结构图；

图2是本发明提供的高压脉冲电源的相位控制电路图；

图3是本发明提供的高压脉冲电源相位控制电路的二阶低通滤波电路图；

图4是本发明提供的滤波前后得到的电容分压器低压臂输出的工频信号图；

图5是本发明提供的高压脉冲电源相位控制电路的电压过零比较电路图；

图6是本发明提供的电压过零比较电路的性能测试图；

图7是本发明提供的高压脉冲形成电路的电路图及仿真结果；

其中，1-相位控制电路；2-高压脉冲形成电路；3-开关；4-高压直流源；5-充电电阻；6-同轴电缆；7-匹配电阻；8-电容分压器；9-电容分压器的低压臂；10-电容分压器的高压臂；11-保护电阻；12-高压试验变压器；13-正弦信号输入端；14-方波信号输出端。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

图1是本发明提供的一种用于交流电场下空间电荷测量的高压脉冲电源的结构图。图1中包括相位控制电路1、高压脉冲形成电路2和空间电荷测量电路PEA。其中，本发明所提供的高压脉冲电源包括相位控制电路1和高压脉冲形成电路2；所述相位控制电路1包括电容分压器、二阶低通滤波电路、电压过零比较电路和信号发生器；所述高压脉冲形成电路包括高压直流源4、充电电阻5、同轴电缆6、开关3和匹配电阻7；