高压电源的内部储能-深圳市圣羽翔科技有限公司

高压电源内部储能定义为升压变压器之后整流电路部分的储能，由于这部分能量会在每次电容放电时跟随电容一起放出，当输出电压降低过快时可能会导致高压整流二极管电流过大，限流电阻发热等一系列问题，所以普通的直流源不适用于电容充电，尤其是高频电容充放电场合。

高压直流电源升压整流电路

图2：高压直流电源升压整流电路

下面来简单计算一下消耗在限流电阻上的能量有多大。上图是一个50kV、15kW的普通直流电源的倍压整流部分。这是一个4倍压电路，变压器输出电压U_T经过倍压电路以后会放电四倍，即:

$4 �_{�} = �_{� � �} = 50 � �$

$�_{�} = 12.5 � �$

其中 $�_{1}$ 上的电压为 $�_{�}$ , $�_{2}$ , $�_{3}$ , $�_{4}$ 上的电压为 $2 �_{�}$ 。此时倍压电容的储能为：

$� = \frac{1}{2} �_{1} �_{�}^{2} + \frac{1}{2} (�_{2} + �_{3} + �_{4}) (2 �_{�})^{2}$

得出储能Q=20.3125J，放电时负载电容电压降至0V相当短路状态，电容的储能全部消耗在限流电阻R1 至 R5上，如果按照放电频率50Hz来计算，单单放电时消耗在限流电阻上的功率就达到1kW，显然这样的功率对于体积十分有限的限流电阻来说势必造成损坏。

针对电容充电电源改进后的电路如下：

电容充电电源升压整流电路

图3：电容充电电源升压整流电路

经过工艺的改进将变压器的输出电压提升至额定电压，省去倍压电路。同样50kV，15kW的电源滤波电容减小至680pF，此时储能为：

$� = \frac{1}{2} �_{1} �_{� � �}^{2}$

计算得知储能Q=1.7J，远远小于有倍压电路的普通直流高压电源。同时将限流电阻更换为了谐振电感，进一步减小发热，经过这样的改进，使得电容充电电源的重复放电频率提升至1kHz。

高压直流电源为了降低输出电压纹波，所以会尽量增大电源内部的储能，意外放电时通过输出限流电阻来防止高压二极管损坏，这样的结构导致高压直流电源不适用于高频电容充放电应用。

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