高壓電源反峰防護

前言

反峰電壓是高壓電源在作為儲能電容充電機應用中最常見的損壞原因之一，本文結合放電電路討論反峰產生的原因以及相應類型的反峰如何應對。

更新歷史

2019年11月3日 - 初稿

作者：海伏科技——小濤（轉載注明出處）
閱讀原文 - http://www.sztoxda.net/class/51

什么是反峰

高壓電源一般為單極性輸出的，在電容充電、功率脈沖領域儲能電容在放電的過程中常見的是LRC諧振電路，電容上的電壓波形是類似阻尼震蕩不斷衰減的正弦波。在負半周的電壓是和電容初始的充電電壓相反的，此時的電壓就稱之為反峰電壓。電壓在0以下持續的時間稱之為反峰電壓持續時間。

反峰電壓仿真

首先建立LRC仿真電路圖，其中C1為儲能電容初始電壓4kV、L1為電感電感量1mH、R1為電阻阻值1Ω、VF1為電壓測量點、AM1為電流測量點。

圖1：LRC仿真電路圖

運行瞬態分析0-10ms得到電壓和電流如下：

圖2：高壓電源反峰仿真結果

為什么反峰會導致電源損壞

正極性高壓電源和負極性高壓電源的損壞機理相同，本文以正極性高壓電源舉例說明。正電源是輸出正電壓即電荷在電源內部從地流向正極輸出。高壓電源的次級（二次側）允許電荷在電源內部從負極流向正極。而在反峰過程中由于高壓電源輸出端電壓低于0V，所以電源內部整流二極管導通，電荷不受控制的從地流向輸出端導致次級（二次側）整流二極管損壞。

各種反峰類型以及應對措施

正如前言中提到的，反峰是導致高壓電源損壞的最主要原因之一，可以說做好反峰的防護及應對那么整個脈沖功率系統就成功了一半。由于脈沖功率系統輸出電流和驅動負載各有不同，沒有一套萬能的防反峰方案，只能根據具體的反峰類型制定合適的防反峰方案。不同的防反峰措施有不同的適應范圍和不同的優缺點，可以根據實際工程中的側重點決定使用哪種防反峰方案，有時可以多種防反峰措施組合使用來達到理想的防反峰效果。

由于篇幅的限制下面將根據不同的反峰類型，闡述對應的反峰防護措施：海伏課堂將陸續更新請持續關注。

措施1：高壓電源自身的基礎防護；
措施2：高壓電源反峰保險絲——防反峰二極管的使用；
措施3：高壓充電機防反峰電阻的設計計算；
措施4：針對高頻反峰的抗沖擊電感設計計算；
措施5：直覺防反峰——高壓繼電器
措施6：放電環路優化，降低反峰電壓；
措施7：被“鎖定”的反峰，晶閘管反峰的利用；
措施8：……暫未公開；

總結

反峰雖然可怕，但只要有相應的應對措施以及各種防反峰預案那么反峰造成的損失是可以避免的。海伏科技的工程師在脈沖功率領域多年來持續深耕，開發出一系列應對惡劣電磁環境的高壓電源及相關配件。 我們認真分析每一次客戶“炸機”，不推卸責任，免費維修，并給出改進建議。目前通過充分的售前溝通即可給出系統的參考連接方式，避免不必要的損失，海伏科技不止對我們的電源負責，更對您的整個系統負責，期待與您的合作。