基于压电变压器的高压发生器的研究
第三章 高压发生装置
高压发生器
第一节 高压变压器
• 作用：
产生交流高压，经整流后为X线管提供管电压（直流高 压）。
• 本质：
初、次级线圈匝数比很大的升压变压器。
• 结构：
高压变压器由铁芯、初级线圈、次级线圈及夹持紧固件 等组成。
一.高压变压器的结构
一.高压变压器的结构
一. 灯丝加热变压器
(三)常见故障
1、高压击穿 指次级线圈侧的高电位对低压侧的初级线圈击穿。 2、断路或接触不良 表现为灯丝不能正常加热。 断路时，灯丝不能燃亮，无X线产生。
二、高压整流器
• 高压整流器是一种将高压变压器次级输出的交流高压变为脉 动直流高压的电子元件。 • 性能特点:
体积小、机械强度高、 绝缘性能好、寿命长、 稳定、正向电压降小。
式中，P1为初级输人功率；P2为次级输出功率；U1为初级电压； U2为次级电压；I1为初级电流；I2为次级电流。
• 当变压器功率一定时，初、次级电压与电流呈反比，即输 出电压越高，输出电流越小。
• 当初级电压一定时，变压器的输出功率越高，则初级电流 就越大。
二. 高压变压器的工作原理
3．空载电流
衡量高压变压器质量的标准之一。其值越小越好。
（一）铁芯
给磁通提供通路，多采用闭合式导磁体。选用热轧碳素硅 钢片D41-D44或冷轧碳素硅钢片D310、D320、D330制成。 1. 叠制法 2. 卷制法
一.高压变压器的结构
（二）初级线圈
初级线圈电压低，但负载情况下，初级线圈流过的电流很 大，其导线要求足够线径，机械强度高。 一般采用环氧树脂漆包线、玻璃丝包圆铜线或扁铜线，分 层绕在铁芯上形成线圈线包，层与层之间一般采用电缆纸或电 容器纸作为绝缘介质。
高压皮秒脉冲发生器的设计与实现
高压皮秒脉冲发生器的设计与实现高压皮秒脉冲发生器是一种用于产生高能量、高压、短脉冲的装置。
它在科学研究、工业应用和医疗领域都有重要的应用价值。
本文将介绍高压皮秒脉冲发生器的设计与实现，以及其在不同领域的应用。
高压皮秒脉冲发生器主要由高压电源、充电电路、储能电容、脉冲发生电路和输出负载等组成。
首先，高压电源是整个系统的核心组件，用于提供高压电源稳定可靠的电源。
其次，充电电路将电源输出的直流电压转化为脉冲电压，并通过控制充电时间和电流来实现对储能电容的快速充电。
储能电容是存储电能的装置，其容量越大，蓄能能力越强。
脉冲发生电路控制储能电容的放电过程，使得电容的电能以短脉冲的形式释放出来。
最后，输出负载是将脉冲能量传递给被测对象或其他设备的载体。
高压皮秒脉冲发生器的实现需要考虑以下几个关键问题。
首先，电源的选择和设计是非常重要的，需要满足高压、高能量、高稳定性等要求。
其次，充电电路的设计需要考虑充电速度和充电电流的控制，以保证储能电容能够快速充电并保持稳定。
第三，脉冲发生电路的设计需要考虑脉冲宽度、重复频率和输出电压的控制，以满足不同应用场景的需求。
最后，输出负载的选择和匹配需要根据具体应用来确定，以确保脉冲能量能够有效传递到被测对象或其他设备上。
高压皮秒脉冲发生器在科学研究领域有广泛的应用。
例如，在物理学中，它可以用于产生高能量的电子束或离子束，用于材料表面改性、微纳加工和材料分析等研究。
在化学领域，它可以用于产生高能量的化学反应，用于催化剂的制备和新材料的合成等研究。
在生物医学领域，它可以用于产生高能量的激光脉冲，用于皮肤美容、纹身去除和眼科手术等治疗。
高压皮秒脉冲发生器在工业应用中也有重要的作用。
例如，在电子器件制造中，它可以用于产生高能量的离子束，用于清洗、刻蚀和改性等工艺。
在材料加工中，它可以用于产生高能量的激光脉冲，用于焊接、切割和打孔等加工。
在电力系统中，它可以用于产生高能量的电磁脉冲，用于保护电力设备和系统。
第四章 高压发生装置--2
性能
（ 7 ）凝固点低： 一般要求在 -15 ℃ ~-45 ℃ 之间， 变压器油凝固点温度即为油的标号，如 45 号油其 凝固点为-45℃。
（8）比重：要求在15.5℃时为0.895g/cm3。 （ 9 ）颜色： 一般为浅黄、暗红或水白，透明无 悬浮物。
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小结
1. 高压电缆的分类及其各部分的结构（从内到外） 和作用
第四章 高压发生装置
1
回顾
1.高压发生装置的作用及结构 2. 高压变压器的组成及次级绕组中心点接地的原 因
3.突波电压及减少突波电压的措施
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三、高压电缆、高压插头与插座
大、中型 X 线机的高压发生装置和 X 线管是分开组 装的，两者之间通过两根一样的特质电缆线连接 在一起，即高压电缆。
芯线：传送管电压
绝缘层：使芯线与地绝缘 半导体层：防止高压静电场引起的不良影响 金属屏蔽层：一旦高压电缆击穿......安全 保护层：机械保护
2.高压交换闸的工作特点
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3.半导体层
结构： 由具有半导体性能的橡胶制成，紧包在高 压绝缘层外，呈灰黑色，厚度约为1-1.5mm。
作用： 使高压绝缘层与金属屏蔽层接触不良处不 能形成高压静电场，从而防止了高压静电场引起 的不良影响。
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作用原理
当电介质（绝缘体）受到外电场的作用时，其分 子被极化，形成电偶极子，并按外电场排列，从 而使电介质两端外表面上出现等量的正电荷和负 电荷。因这些电荷受原子核的强大束缚，不能离 开电介质，故称为束缚电荷。
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高压插座的底部有三个压铸的铜制接线柱，接线 柱上端钻有约1cm深的圆孔，供高压插头上的插脚 插入。 高压插头的头端铸有三个铜制的插脚，每个插脚 的根部钻有一个小的引线孔，导电芯线由此孔伸 出，并焊接在插脚根部的漕沟内。高压电缆与高 压插头的空隙部分，要用松香和变压器油等配好 的绝缘填充物灌满，以提高绝缘强度。 高压插头的底部镶有铜制喇叭口，以便与高压电 缆金属屏蔽层相焊接，并通过高压电缆固定环和 高压发生器或X线管头的外壳相连接。金属喇叭口 可改善接地处的电场分布，不使电力线过于密集。 19
2.2高压发生装置
第二章 X线机基本装置
（3）半导体层：灰黑色，消除绝缘层与屏蔽层之 间的静电场，防止静电放电，破坏高压绝缘层的 绝缘性能。 非同轴式电缆结构中，芯线外围还有一层半 导体层，称为内半导体层，其主要作用是使芯线 与高压绝缘层见电场分布均匀， （4）金属屏蔽层：镀锡铜丝，接地保护，防高压 电缆击穿造成操作者和患者高压电击。 （5）保护层：加强机械强度。
第二章 X线机基本装置
课堂小结
2、高压变压器的特点主要有：①高压变压器次级 中心点接地。 ②输出电压高、次级输出的交流电 压很高。③设计容量小于最高输出容量。④体积小、 重量轻。灯丝加热变压器的特点主要有：①次级绕 组电位很高。②次级输出电压低。 ③次级电流较 大 。
第二章 X线机基本装置
课堂测评
主要性能包括：电介质强度高(X线管管套和高 压发生器中要求达到40kV，即要求油中不能含有水 分或杂质、密闭防吸潮)、燃烧点和闪燃点高、导 热系数高、化学性能稳定、黏度低、凝固点低、比 重、颜色等。
第二章 X线机基本装置
课堂小结
1、高压发生器由高压变压器、X线管灯丝变压器、 高压整流器、高压交换闸、高压插头和插座等高压 元器件构成。按要求组装后置于方形或圆形钢板制 成的箱体内。其作用主要是给X线管提供直流高压 和灯丝加热电压。
第二章 X线机基本装置
透视时，高压交换闸 线圈J0不得电，高压交 换闸的常闭触点将X线 管XG1接到高压次级电 路和灯丝加热电路。 摄影时，高压交换闸 线圈J0得电，其常开触 点闭合，将X线管XG2接 到高压次级电路和灯 丝加热电路。
第二章 X线机基本装置
七、变压器油
又称绝缘油，存在于高压发生器和X线管头中 ，用以增强高压绝缘能力和散热。
第二章 X线机基本装置
探究特高压变压器及调压补偿变压器原理
探究特高压变压器及调压补偿变压器原理一、特高压变压器原理特高压变压器是电力系统中重要的传输和分配设备之一，它在输电中起到了电压变换和功率传输的重要作用。
特高压变压器的主要原理是通过电磁感应产生的变压器原理，将输入电压通过磁场感应引起的电磁感应产生变压比例的输出电压，从而在输电中实现电压的升压和降压。
在特高压变压器中，一般采用高导电性的铜线绕制成线圈，将输入端的电流产生的磁场感应引起电势差，并通过铁芯传递到输出端，从而实现电压的变换。
特高压变压器通常采用油浸式设计，通过绝缘油的散热和冷却来保持设备的稳定运行。
特高压变压器的主要用途是在输电系统中实现电压的升压和降压，从而实现远距离输电和分配电力的功能。
特高压变压器的设计和制造需要考虑到高电压下的绝缘和热量散热等问题，因此其制造过程复杂且工艺要求高。
调压补偿变压器是一种可以自动调节输出电压并补偿电网功率因数的变压器，其主要原理是通过调节变压器的输出电压来实现电网功率因数的调节。
调压补偿变压器通常采用电子控制系统来实现对输出电压的精确控制，使得其可以根据电网需求随时调节输出电压并补偿电网功率因数。
调压补偿变压器的主要用途是在电力系统中实现对电压和功率因数的精确控制，从而提高电力系统的稳定性和效率，减少能源损耗和节约电力资源。
调压补偿变压器的设计和制造需要考虑到电子控制系统的精确性和稳定性，因此其制造过程需要采用先进的电子技术和制造工艺。
结语通过了解特高压变压器和调压补偿变压器的工作原理，可以更好地理解电力系统中的传输和分配过程，从而更好地保障电力系统的稳定运行和高效利用。
在未来的发展中，特高压变压器和调压补偿变压器将继续发挥重要作用，为电力系统的发展和进步贡献力量。
脉冲变压器升压高压脉冲电源的设计
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。
变压器绕组的匝间、层间、段间及相间绝缘的绝缘感应耐压试验
变压器绕组的匝间、层间、段间及相间绝缘的绝缘感应耐压试验1.引言1.1 概述本文旨在探讨变压器绕组的匝间、层间、段间及相间绝缘的绝缘感应耐压试验。
作为电力系统中重要的电气设备，变压器的绝缘系统必须保证其正常运行和安全性能。
而变压器绕组中的绝缘部分，包括匝间、层间、段间及相间绝缘的性能评估对于确保变压器的可靠性和安全性至关重要。
本文将分别针对变压器绕组中的四种绝缘部分进行绝缘感应耐压试验的背景介绍和相关测试方法的阐述。
首先，将对匝间绝缘的绝缘感应耐压试验进行描述，该部分旨在评估绕组中相邻绕组之间的绝缘性能。
其次，将探讨层间绝缘的绝缘感应耐压试验，该部分用于评估绕组内相同层上不同导线之间的绝缘性能。
然后，将对段间绝缘的绝缘感应耐压试验进行介绍，该部分应用于评估绕组内不同段之间的绝缘性能。
最后，将详细讨论相间绝缘的绝缘感应耐压试验，该部分用于评估绕组间不同相之间的绝缘性能。
本文的研究意义在于深化对变压器绕组绝缘的理解，为变压器绕组的绝缘设计和工程实践提供指导。
通过合理的绝缘感应耐压试验，可以全面评估和验证绕组中不同绝缘部分的绝缘性能，进一步保证变压器的运行安全和可靠性。
因此，本文的研究对于提高电力系统的稳定性和可靠性，具有一定的实际应用价值。
在下一节中，我们将详细介绍本文的结构和各部分的内容安排。
1.2文章结构本文主要讨论了变压器绕组的匝间、层间、段间及相间绝缘的绝缘感应耐压试验。
文章结构如下所述。
第一部分为引言，具体包括以下几个方面：概述、文章结构和目的。
在概述部分，会简要介绍变压器绕组的重要性以及绝缘感应耐压试验的必要性。
文章结构部分将会概述本文的大致组织结构，让读者可以更好地了解文章的逻辑顺序。
目的部分将明确本文的研究目标和意义，以便读者了解本文的研究价值和重要性。
第二部分为正文，分为四个小节：匝间绝缘的绝缘感应耐压试验、层间绝缘的绝缘感应耐压试验、段间绝缘的绝缘感应耐压试验和相间绝缘的绝缘感应耐压试验。
高压静电发生器设备工艺原理
高压静电发生器设备工艺原理前言静电发电是指在力的作用下, 电荷(一般是电子)从一个物体转移到另一个物体中, 转移时伴随着电场的变化而产生的一种能量转换方式。
静电发电在宇宙、天文、自然界、现代工业等领域中都有应用。
高压静电发生器是一种能够将低电压/电流转化为高电压的装置，主要应用于静电纺丝、离子喷涂、静电吸附等工艺中。
工艺原理高压静电发生器设备是由变压器、整流器、滤波器等电学元件组成的，主要通过以下工艺原理来产生高压静电：1. 高压变压器提高电压高压变压器是高压静电发生器的核心部件，主要通过变压器的电感性将低电压(如12V等)转化为高电压(数千伏、数十千伏甚至数百千伏)。
高压变压器一般由高压绕组、低压绕组、铁芯等组成。
生产高压变压器时, 绝缘层应选用高压绝缘材料，以防止因绝缘破裂而短路。
2. 整流器将交流电转换为直流电高压变压器得到的电压是交流电，需要经过整流器将交流电转换为直流电。
整流器一般由整流管组成，整流管能将交流电的正向部分导通，而将反向部分隔断。
通常采用半波整流、全波整流等方式。
3. 滤波器消除高频干扰高压静电发生器产生的高压电场会产生较强的干扰信号，这些信号可能影响到设备的工作。
滤波器可用于降低高频噪声干扰。
滤波器一般由电容、电感等电学元件组成，通常是低通滤波器或高通滤波器。
4. 放电管释放电能高压静电发生器产生的高压电需要通过放电管释放出来。
放电管一般由几个并联的电感线圈和一根中间绕制的高压导线构成。
放电管只有在电场达到一定程度时才能导电，否则它就是一个绝缘体。
5. 设备控制模块控制输出电流高压静电发生器需要额外增加控制模块来控制其输出电压/电流。
控制模块可以实现高压静电发生器输出电压、电流大小的调节。
而且在纺绸、印染、喷涂等工艺中, 还需要实现对喷涂颜料、纳米溶胶等粒子(或液滴)的电荷控制。
该控制方式需要在高压静电发生器的控制模块上，增加一组电荷输出接口。
应用领域高压静电发生器设备主要应用于静电降温、静电吸尘、静电助力、静电除尘、静电过滤、离子束治疗、静电植树、静电喷涂、静电纺丝、离子探测、核物理学、粉尘脱附等领域。
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收稿日期：２０１１－０５－３０ 作者简介：龚旭（１９８６－），男，四川成都人，硕士生，主要从事电磁伺服驱动及控制技术的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｌａｚｙｌｏｌｉｌｙ＠ｙ
ａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ
文章编号
：１００４－２４７４（２０１２）
０３－０４１１－０３
基于压电变压器的高压发生器的研究龚 旭，王丛岭，常 波（电子科技大学电力电子系，四川成都６１１１７３１） 摘 要：该文提出了一种用于离子风枪的基于压电变压器实现高压发生器的设计方法，此法有利于高压发生器的小型化。描述了压电变压器相关特性，并给出了压电变压器外围电路（输入驱动电路、输出倍压电路、反馈电路）相关设计的理论基础和设计方法。利用软件仿真验证此法的可行性。关键词：高压发生器；压电变压器；驱动电路；反馈控制电路；脉宽调制和锁相环控制联合控制中图分类号：ＴＭ５１ 文献标识码：Ａ
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ＨＶ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒＧＯＮＧ Ｘｕ，ＷＡＮＧ Ｃｏｎｇｌｉｎｇ，ＣＨＡＮＧ Ｂｏ（Ｄｅｐｔ．ｏｆ Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ，Ｃｈｅｎｄｕ ６１１７３１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ＨＶ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｆｏｒ ｔｈｅ ｉｏｎｉｚｅｒ ｇｕｎ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓｗｏｒｋ．Ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｆａｖｏｒａｂｌｅ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ＨＶ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ．Ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｃｉｒｃｕｉｔ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｄｒｉｖｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ，ｏｕｔｐｕｔ ｄｏｕｂｌｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｎｄ ｆｅｅｄ－ｂａｃｋ ｃｉｒｃｕｉｔ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｂｙ
ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＨＶ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ；ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；ｄｒｉｖｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ；ｆｅｅｄ－ｂａｃｋ ｃｉｒｃｕｉｔ；ｃｏｍｂｉｎ ＰＷＭ ａｎｄ ＰＬＬｃｏｎｔｒｏｌ
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引言
一直以来，人们在各种高压发生器中大量采用传统的电磁变压器。随着电子系统的小型化和集成化发展，高压发生器也面临着小型化的要求，而传统变压器的体积大，笨重，易受干扰等缺点开始限制其在此领域的发展。压电变压器的出现为高压发生器的小型化提供了条件。压电变压器是一种利用压电材料的正逆压电效应实现电能到机械能再到电能的转换的固体电子器件。现传统的铁芯线绕电磁变压器相比，压电变压器具有体积小，质量轻，使用时不击穿，变压器本身耐高温，不怕燃烧，无电磁干扰且结构简单，制作工艺简便，易批量生产等优点［１－２］。目前，压电变压器已在冷阴极萤光灯管（ＣＣＦＬ）、负离子发生器、小功率激光管电源等领域得到应用。本文将提供一种在离子风枪中利用压电变压器实现高压发生器的方法。
１
压电变压器特性［３］
压电变压器与传统变压器不同，它一般工作频率范围在１０４～１０７ Ｈｚ。其等效电路图如图１（ａ）所示。图中，Ｃ０和Ｃｉｎ为等效输入输出电容，Ｌｒ和Ｃ
ｒ
为等效串联电感和电容，Ｒｍ为机械等效电阻，Ｒ０为
负载电阻，ｎ为变比，Ｔ为等效输出变压器。若将二次侧电路等效转换到一次侧，如图１（ｂ）所示；进一步简化，如图１（ｃ）所示。
图１ 压电变压器等效电路图
第３４卷第３期压 电 与 声 光Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．３
２０１２年０６月ＰＩＥＺＯＥＬＥＣＴＲＩＣＳ ＆ＡＣＯＵＳＴＯＯＰＴＩＣＳ Ｊｕｎｅ ２０１２Ｒ′０＝Ｒ０／ｎ２（１）Ｃ′０＝ｎ２ Ｃ０（２）Ｖ′ｏｕｔ＝Ｖｏｕｔ／ｎ（３）Ｒ″０＝Ｒ′０／［１＋（ωＣ′０Ｒ′０）２］（４）Ｃ″０＝Ｃ′０１＋（ωＣ′０Ｒ′０）２（ωＣ′０Ｒ′０）２（５）则电压变比Ｋ＝Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ＝ｎ／槡Ｙ（６） Ｙ＝１－ｃωω（）ｒｓ２［］－１＋ＲｍＲ′｛｝０２＋ ωｒｓｃωＱωω（）ｒｓ２［］－１＋ωｃωｒｓＱ｛｝ｍ２（７）ｃ＝Ｃ′０／Ｃｒ（８）ωｒｓ＝１／ＬｒＣ槡ｒ（９）Ｒ０＝０（１０）Ｑ＝ωｒｓＣ０Ｒ０（１１）Ｑｍ＝１／（ωｒｓＣｒＲｍ）（１２）由此可以看出，对于任意一个负载来说，当压电变压器工作在其谐振频率时，负载能得到最大的输出电压，即得到最大的电压变比；而压电变压器的谐振频率还会受负载大小的影响产生变化。２ 电路设计由于压电变压器这些特性，整个电路设计如图２所示。图２ 高压发生器电路２．１ 输入驱动电路在实际应用过程中，因为电源工作频率与压电变压器的工作频率相差很大，直流或交流电源都不能直接驱动压电变压器工作。因此输入驱动电路主要作用是将外界输入的电压转化成压电变压器工作需要的电压，整个电路如图３所示。图３ 输入驱动电路滤波整流电路将外部输入电压变成较纯净的直流，送入逆变电路，再由逆变电路将直流变成压电变压器工作所需的高频交流电。目前几种典型的逆变电路［４］有回扫型逆变电路、推挽型逆变电路、半桥型逆变电路、全桥型逆变电路。其中全桥逆变无需使
用大电感，有利于整个电路的小型化，因此这里使用全桥逆变电路［５］。其工作原理如图４所示。由图可知，其基本工作原理：当Ｖ１和Ｖ４同时导通时，Ｖ２和Ｖ３关闭，此时压电变压器上的电压为上正下负，设
此时的电压为正；当Ｖ２和Ｖ３同时导通，Ｖ１和Ｖ４关断时，则压电变压器得到负电压。通过控制Ｖ１～Ｖ
４
的通断，就能在压电变压器得到交流电压。
图４ 全桥逆变电路２．２
输出倍压电路
当压电变压器工作在最大升压比的条件下，其输出为高频交流电，且此频率由其谐振频率决定，不能随意改变。将压电变压器输出与一路倍压整流电路相连，如图５（ａ）所示，则在负载上可得到一个稳定的高压直流。若将压电变压器输出与两路倍压整流电路相连，一路正倍压整流电路，一路负倍压整流电路，如图５（ｂ）所示。
图５ 倍压整流电路两路电路轮流导通工作，当正倍压整流电路工作时，负载得到正电压；当负倍压整流电路工作时，负载得到负电压。这样在负载上得到交流电压，并可通过对正负倍压整流电路轮流导通频率的调整，来改变负载上交流电压的频率。２．３
反馈控制电路
压电变压器除受负载的影响外，还受温度、湿度等其他因素的影响，其输出电压会出现变化。为能让压电变压器一直工作在最佳状态并得到一个稳定的输出，需对其进行反馈控制。目前主要的控制方
４１２压 电 与 声 光２０１２年 式［４］有量子控制、锁相环控制（ＰＬＬ）、脉宽调制（ＰＷＭ）与脉冲频率调制（ＰＦＭ）混合调制、相频检测（ＰＦＤ）与ＰＷＭ联合控制。本文提出一种新的联合控制方法，即ＰＬＬ与ＰＷＭ的联合控制，原理图如图６所示。由于当压电变压器的输出端采用了倍压整流电路，则无论负载如何变化，只要压电变压器的驱动输入电压和输入倍压整流电路的电流相位差为０，压电变压器都会得到最大升压比［６］。将Ｖｉｎ和Ｉｉｎ的相位频率信息送入ＰＬＬ，ＰＬＬ对输入信号进行比较，并将结果送入控制器，由控制器对驱动电路进行控制。当ＰＬＬ锁定频率后，利用ＰＷＭ来控制压电变压器输入电压的幅值，从而控制压电变压器的输出电压。图６ 反馈控制电路３ 电路仿真利用软件搭建仿真电路进行仿真，其结果如图７所示。输入电压为２４Ｖ的直流电（如图７上图所示），让电路在不同的负载下工作，观察其输出波形，由图可见，对于不同的负载，电路都能在一定周期之后得到稳定的输出电压，且基本保持一致。图中Ｒ１～Ｒ５表示不同的负载。图７ 不同负载下电路输出仿真结果４ 结束语压电变压器因其突出的特点而应用前景广，在具体的应用环境中因自身特性，其外围电路的设计是重点。对于不同的应用环境采用不同的外围电路和控制方式，本文中的外围电路和控制方式主要针对离子风枪应用环境，在相似的环境中，可对其作适当的修改并加以应用。
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