脉冲变压器升压高压脉冲电源的设计
高压强脉冲电源的设计
高压强脉冲电源的设计摘要：本文提出了一种强脉冲发生器电源的设计方案，应用此方案设计了高压电源、IGB T控制充电、可控硅控制放电，可以自动运行的脉冲磁场发生设备。
最大直流电压达到3KV且连续可调，放电脉冲电流高达10000A。
该设备由一片AT89C52单片机控制，可实现与计算机的连接。
关键词：高压电源； IGBT ；可控硅The Design of High Voltage Pulsed Power Supply Abstract: This paper presents a strong pulse generator power supply design, applications for this program designedhigh-voltage power supply, IGBT control the charging and SCR controlled discharge, can be run automatically pulse magnetic field equipment. Maximum DC voltage 3KV and continuously adjustable discharge pulse currents up to 10000A. The device is controlled by an AT89C52 microcontroller can be realized with the computer.Key words: high voltage power supply；IGBT；SCR，引言：强脉冲磁场对工业装置及医疗的作用［1］，强脉冲磁场对金属形成时的影响［2］以及脉冲磁场刺激对生物体的效应等已经越来越引起人们的关注。
目前国内的脉冲磁场设备，一般电压较低，频率也较低。
特别是高压充电部分采用调压器调压［3］，这样体积太大也显笨重。
深入学习高频脉冲变压器的设计
深入学习高频脉冲变压器的设计但凡真正的KC人，都有不同程度的偏执，对一个问题不摸到根源绝不罢手—ehco脉冲变压器属于高频变压器的范畴，与普通高频变压器工况有别。
脉冲变压器要求输出波形能严格还原输入波形，前后沿陡峭，平顶斜降小。
在众多的制作实践中，随处可见脉冲变压器的身影。
例如DRSSTC中的全桥驱动GDT（Gate Driving Transformers门极驱动变压器），感应加热电路中的GDT等等，相信KCer对其功能和重要性都有一定了解。
但谈到如何具体设计一个符合规格的脉冲变压器，相信也还有不少人停留在简单的匝比计算或是经验设计层面，没有深入地研究。
每每遇到磁芯的选择，匝数、线材的确定时，都无从下手。
本文针对这些问题，在高压版black、ry7740kptv、山猫等大神的鼓舞下，将本人的学习心得形成图文与大家分享，旨在抛砖引玉。
因本人水平有限，如若存在错漏，望斧正为谢。
下面从一个简易的GDT驱动电路说起上图中，T1为脉冲变压器，当初级（左侧）为上正下负时，右侧输出上正下负信号，该信号通过D3、D4、C23、RG，给IGBT的Cge充电，当充电电压达到VGE（ON）时IGBT的C、E开通，并且C23充电，C23的充电电压被D5钳制在8V。
当T1输入为上负下正时，D3反向截止，T1的输出被阻断。
在R15偏置电阻提供的偏流下，C23存储的电压构成反偏，迅速抽干Cge 存储的电荷，使IGBT快速关断。
那么，根据实测值或相关厂商数据，有以下已知数据。
1、IGBT型号：IKW50N60T2、开关频率fs：50KHz3、栅极正偏电压+VGE：+15V4、栅极反偏电压-VGE：-8V5、脉冲变压器初级侧驱动电压：+24V6、单个IGBT驱动电压占空比D：0.467、栅极电阻RG：10Ω8、IGBT管内栅极电阻Rg：0Ω9、三极管饱和压降：Vces=0.3V10、二极管压降：VDF=0.55V11、GDT效率η：90%一、计算IGBT驱动所需的峰值电流IGPKIGPK =（+VGE-（-VGE））/RG+Rg=23/5.1=2.3A二、计算次级电流有效值IsrmsI srms =I GPK D^0.5=2.3×0.68=1.56A三、计算次级单个绕组输出功率P sPs=V s I srms =（+V GE +V DF +（R G +R g ）I srms ）I srms=(+15+0.5+(10+0)×1.56)×1.56=48.5W四、计算初级输入功率Pi ，因为该电路中，一个变压器含2个相同的输出绕组，所以 Pi=2Ps/η=2×48.5/0.9=107.8W五、计算脉冲变压器初、次级总功率Pr 。
高压大功率脉冲变压器设计
目录前言 (1)1 脉冲变压器设计要求和原始数据 (3)1.1脉冲变压器计算程序设计要求 (3)1.2计算原始数据： (6)2 脉冲变压器的设计 (8)2.1线路的计算 (8)2.2绝缘的设计 (11)2.3铁心和绕组的选择 (14)2.3.1铁心的设计要求 (14)2.3.2铁心的去磁电路 (16)2.3.3 绕组的选择 (20)2.4脉冲变压器的脉冲的计算 (25)2.4.1 脉冲平顶降落的验算 (25)2.4.2 脉冲的前沿畸变验算 (26)2.4.3 脉冲后沿宽度的检查 (30)2.5脉冲变压器的整体结构 (31)2.6脉冲变压器的温升与经济指标 (34)2.6.1脉冲变压器的温升和经济指标 (34)2.6.2 脉冲变压器的温升和经济指标的验算 (35)3 脉冲变压器的试验 (38)3.1脉冲变压器的初次试验 (38)3.1.1 加压试验 (38)3.1.2 改变回路参数的试验 (39)3.1.3 “+／-极性”的试验 (39)3.2脉冲变压器的负荷试验 (40)3.2.1 脉冲波形的检查 (40)3.2.2 漏感和电容 (41)3.2.3 变比的测量 (42)总结 (43)致谢 (45)参考文献 (46)前言脉冲变压器是电子变压器一种特殊类型，它所变换的不是正弦电压，也不是交流方波，而是接近矩形的单极性脉冲；脉冲变压器现已极其广泛地应用于各种电子设备之中。
脉冲变压器与一般普通变压器的区别所有脉冲变压器其基本原理与一般普通变压器(如音频变压器、电力变压器、电源变压器等)相同，但就磁芯的磁化过程这一点来看是有区别的，分析如下:(1) 脉冲变压器是一个工作在暂态中的变压器，也就是说，脉冲过程在短暂的时间内发生，是一个顶部平滑的方波，而一般普通变压器是工作在连续不变的磁化中的，其交变信号是按正弦波形变化.(2) 脉冲信号是重复周期，一定间隔的，且只有正极或负极的电压，而交变信号是连续重复的，既有正的也有负的电压值。
igbt的固态高压脉冲电源的设计原理
IGBT的固态高压脉冲电源的设计原理由于脉冲电源有断续供电的特性，在很多领域都获得了广泛的应用，其中高压脉冲电源是系统的核心组成部分。
为了获取高重复频率、陡前沿高压脉冲电源，文中提出了一种基于IGBT的高压脉冲电源，系统主要由高压直流充电电源和脉冲形成电路两部分组成，由DSP作为主控制芯片，控制IGBT的触发和实现软开关技术，并用仿真软件PSIM对高压脉冲电源进行仿真分析，验证了设计思想的正确性。
由于脉冲电源有断续供电的特性，在很多领域都获得了广泛的应用。
比如说高能量物理、粒子加速器、金属材料的加工处理、食品的杀菌消毒、环境的除尘除菌等方面，都需要这样一种脉冲能量--可靠、高能量、脉宽和频率可调、双极性、平顶的电压波形。
无论将此高功率脉冲电源用于何种用途，高压脉冲电源均是其设计的核心部分。
传统的高功率脉冲电源一般采用工频变压器升压，然后采用磁压缩开关或者旋转火花隙来获取高压脉冲，因而大都比较笨重，且获得的脉冲频率范围有限，其重复频率难以调节，脉冲波形易变化，可靠性较低，控制较困难，成本较高。
文中采用固态电器--IGBT来获取高压脉冲波形。
将IGBT 作为获取高压脉冲的电子开关，利用IGBT构成LCC串并联谐振变换器作为高压脉冲电源的充电电源，同时利用IGBT构成全桥组成脉冲形成电路，输出双极性高压脉冲波形。
文中给出了系统结构、系统各个部分功能说明，通过仿真电力电子仿真软件PSIM对LCC充电过程和脉冲形成电路进行仿真分析。
1 高压脉冲电源系统结构1.1 高压脉冲电源的拓扑结构高压脉冲电源常用的主电路拓扑可以归纳为两类：电容充放电式和高压直流开关电源加脉冲生成的两级式两种。
电容充放电式是通过长时间充电、瞬间放电，即通过控制充放电的时间比例，达到能量压缩、输出高压大功率脉冲的目的。
优点是可以输出的脉冲功率和电压等级较高，脉冲上升沿较陡;但是，输出脉冲的精度难以控制，而且重复频率低，因而应用范围比较有限，主要应用在核电磁物理研究、烟气除尘、污水处理、液体杀菌等场合。
400kV_400A超高压脉冲变压器的设计
R
式中 : E为均压环表面的最大工作场强 ; U 为变压器的
最大工作电压 ; X 为均压环到铁芯的距离 ; R 为均压环
曲率半径 。
根据式 (4)得出 E = 16 kV / cm ,此值较为安全 。 6) 分布参数设计 分布参数设计是关系到脉冲变压器能否实现指标
的关键 。根据脉冲变压器设计相关公式 [ 3 ] ,经计算得 漏感 Ls = 17μH ,均压环分布电容 Cp = 3 519 pF,次级 换算 Cs ′= 1 250 pF,变压器励磁电感 Lm = 4 392μH 。将 分布参数代入模型仿真 ,得到的波形与计算结果相符 。
1 技术指标
超高压脉冲变压器的主要技术指标为 :输出脉冲 电压为 400 kV;输出脉冲电流为 400 A;脉冲调制宽度 为 4μs;输出脉冲前沿 ≤1μs,输出脉冲后沿 ≤1. 5μs; 重复频率 50 Hz;变比为 1∶5。
2 计算机仿真
脉冲变压器的等效电路见图 1[ 1 ] 。图中 , R1 为脉 冲源内阻 , Cp 、Ls、Lm 分别为脉冲变压器的分布电容 、 漏感 、励磁电感 , Cs ′为次级换算到初级电容 。
[ 2 ] 电子变压器手册 [M ]. 沈阳 : 辽宁科学技术出版社 , 1998. [ 3 ] 王瑞华. 脉冲变压器设计 [M ]. 北京 :科学出版社 , 1987. [ 4 ] 连玉英. 变压器油的性能与检验综述 [ J ]. 广东电力 , 1997
(4) : 40243.
钱 锰 (19642) ,男 ,高级工程师 ,主要研究方向为雷达发 射机和高功率设备 。
关键词 :发射机 ;脉冲变压器 ;场强分布 ;铁芯 ;液体绝缘介质 中图分类号 : TM417
0 引 言
脉冲调制器和高压脉冲变压器是超大功率速调管 发射机的关键技术 ,其输出波形质量将直接影响到发 射机的整机性能指标 。脉冲变压器具有能量传输 、阻 抗变换和隔离的功能 ,还有固定速调管和聚焦线圈 ,为 速调管灯丝供电等作用 。其主要特点是 :超高电压 、超 大功率和超高的绝缘设计 。
基于超导脉冲变压器的脉冲电源的设计
基于超导脉冲变压器的脉冲电源的设计摘要随着电子科技的不断发展，脉冲电源在电子领域中的应用越来越广泛。
然而，传统的脉冲电源设计存在很多问题，例如类型单一、效率低下、质量差等。
本文研究了一种基于超导脉冲变压器的脉冲电源。
首先介绍了传统脉冲电源的缺点，然后阐述了超导脉冲变压器的优点以及其应用于脉冲电源中的可行性。
接着分析了超导脉冲变压器的结构和运行原理，设计了一种符合实际应用的超导脉冲变压器电路，并通过数值模拟验证了其性能。
最后对该脉冲电源进行实验验证，结果表明该脉冲电源具有输出稳定、精度高等优点关键词：超导脉冲变压器脉冲电源数值模拟1.研究背景与意义目前，最先进的超导脉冲功率设备可以实现数千安培的电流输出和10微秒以下的脉冲宽度，其电能密度可达到数十兆焦/立方米。
美国、欧洲和日本是当前超导脉冲功率技术的主要研究地区。
这些国家的研究机构和企业都在积极探索新的超导材料和应用领域，并将该技术推向新的高峰。
超导脉冲功率技术在医学成像方面有着广泛应用，市场调研公司Global Market Insights预测，到2025年，全球医疗超导脉冲功率设备市场规模将达到40亿美元。
超导脉冲功率技术还被应用于大型科学实验装置，近年来，超导脉冲功率技术也被引入到通信行业，用于实现高速数据传输和保障网络安全。
超导脉冲功率技术不仅在大型装置和系统中得到了应用，还可以被集成到小型设备中目前，各国的研究机构均在探索新型超导材料的合成和性能优化。
例如，中国科学院近年来就取得了多项超导材料研究的重要进展。
2超导混合储能脉冲功率电源模式分析发现电感电容混合型的储能脉冲电源的放电电路作为脉冲功率电源是最好的选择。
放电方式：超导储能脉冲功率电源放电可以采用多种方式，如串联放电、并联放电和混合放电等方式。
其中，混合放电方式是最为常见的一种方式，可充分发挥各种放电方式的优点，同时避免其缺点，从而得到更好的放电效果。
放电参数：超导储能脉冲功率电源的放电参数设计包括放电电流、放电时间和放电模式等。
脉冲变压器设计
1 1 Bm = ( ~ ) B s 3 2 2 Bm 双向磁化 B = Bm Br 单向磁化 B m - 工作最大磁感应 B s 磁芯饱和磁感应 B r 剩余磁感应
脉冲变压器设计(续)
Step2,确定磁芯型号或尺寸 Step2,确定磁芯型号或尺寸
2TO N PO 8 SQ= × 10( cm 4) Bη K cK u j S 磁芯几何截面积 Q- 磁 芯 窗 口 面 积 PO 输 出 功 率 Kc 铁的填充系数 Ku 磁芯窗口利用系数 j 导 线 允 许 的 电 流 密 度 K c K u ≈ 0.3 j = 300 ~ 500 A / cm
K c = 0.3 ~ 0.5 j=3~5A/mm 2
电感设计(续)
step2, step2,
0 N S L= δ
2
∫
N = 所需匝数 Bm δ = 气隙长度 Hl = N I m = δ 0
step3, step3,
NS Cu Kc = < 0.3 ? Q
脉冲变压器设计
Step1,选取磁芯材料,确定工作磁密 Step1,选取磁芯材料,确定工作磁密
2
单位: PO W S cm
2 2
Q cm Bm Gs f Hz j A / cm
2
工程常用磁芯尺寸估算
脉冲变压器设计(续)
Step3,绕组匝数计算 Step3,绕组匝数计算
U iTON 原边:N1 = BSc U1 N1 其余: = U2 N2 Sc 磁芯有效截面积
脉冲变压器设计(续) 1 2 I rms Step4,线径计算 Step4,线径计算 S= π d = 4 j
集肤深度:
= 2
ωγ
20度和100度铜导线分别为
脉冲驱动变压器设计指南
脉冲驱动变压器设计指南脉冲驱动变压器（Pulse driven transformer）是一种将电压和电流转换为脉冲信号的器件，常用于电子设备和电源系统中。
它的设计和制造需要考虑多个因素，包括电压、电流、功率、频率以及电气和磁性特性等。
本文将为您提供一份脉冲驱动变压器设计的指南，详细介绍设计过程中需要注意的关键要素。
第一步是确定设计参数。
首先，需要确定变压器的输入和输出电压，并计算电压转换比。
输入电压是指输入信号的电压，即驱动信号的电压。
输出电压是期望在变压器的输出端点上获得的电压。
通过计算电压比，可以确定变压器的匝数比例。
其次，需要确定变压器的额定电流和功率。
额定电流是指变压器在额定工作条件下允许通过的电流。
功率则与额定电流和额定电压相关，可以通过计算得出。
第二步是选择磁性材料。
磁性材料是变压器的核心部分，决定了变压器的功率和效率。
最常用的磁性材料是铁氧体和磁性硅钢片。
铁氧体适用于高频应用，而磁性硅钢片适用于低频应用。
选择合适的材料要考虑到频率、损耗、热量产生和可行性等因素。
第三步是计算和设计变压器的参数。
这包括匝数、线径、磁芯尺寸等。
匝数的计算是基于电压转换比、输入电压和输出电压进行的。
根据材料的选择和预期功率损耗，可以计算合适的线径。
磁芯尺寸可以根据所需功率和电流计算得出，进而确定变压器的尺寸。
第四步是绕线设计。
绕线是将导线绕在磁芯上的过程，需要根据变压器的参数和设计要求进行合理的布局。
绕线的设计要考虑到电流密度、线圈层数、绕线方式以及绝缘等。
对于高频应用，绕线的布局也会影响到变压器的电磁干扰和噪声。
第五步是制造和测试。
在制造变压器之前，需要先制作样品并进行测试以验证设计的准确性。
测试可以包括电压、电流和功率等参数的测量，以及温度和效率的评估。
根据测试结果，可以进行适当的修改和调整。
最后，还需要考虑变压器的保护和冷却。
保护电路可以防止过电压、过电流和短路等故障产生。
冷却系统则可用于散热，确保变压器在工作时不过热。
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脉冲变压器升压高压脉冲电源的设计首先确定输入电压和输出电压。
根据实际需求和应用场景，确定输入电压和输出电压的范围。
输入电压可以是低电压稳定的直流或交流电源，输出电压则是需要升压的高电压脉冲。
其次考虑功率和效率。
功率是指电源能够输出的电流和电压的乘积，而效率则是输出功率与输入功率之间的比值。
通过合理的设计和选型，可以提高脉冲变压器的功率和效率，以满足实际需求。
接下来需要考虑保护措施。
高压脉冲电源在使用过程中需要特别注意安全问题。
设计中应该考虑过流、过压、短路等故障保护电路，并采取防护措施防止对人和设备造成伤害。
在设计脉冲变压器时，可以采用以下步骤：
1.确定输入电压和输出电压范围，根据实际需求选取合适的变压器。
2.选择合适的电源转换器。
根据输入电压和输出电压的差异，选择合适的电源转换器，如DC-DC转换器或AC-DC转换器。
3.计算变压比。
根据输入电压和输出电压的范围，计算变压比。
变压器的变比可以通过变压器的线圈匝数比例来实现。
4.设计变压器。
根据变压比和功率需求，设计变压器的线圈匝数和磁芯尺寸。
5.调整参数。
根据实际测量和测试结果，调整变压器的参数以达到预期的输出电压。
6.添加保护电路。
设计过流、过压、短路等故障保护电路，保证电源的安全可靠性。
7.进行实验和测试。
在设计完成后，进行实验和测试，验证设计的性能和稳定性。
8.进行优化。
根据实验和测试结果，调整设计参数，进一步优化脉冲变压器的性能。
总之，设计脉冲变压器升压高压脉冲电源需要充分考虑输入电压、输出电压、功率、效率、保护等因素，并根据实际需求进行合理的选型和设计。
通过合理的设计和优化，可以得到满足需求的高压脉冲电源。