电源技术中的基于电源技术中的基于IGBT的固态高压脉冲电源的研究与设计的固态高压脉冲电源的研究与设计
摘要：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
摘要：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。两级式结构为高压直流开关电源级加上脉冲形成级
的结构。文中采用这种两级式拓扑结构，电源系统结构框图如图1所示。两级式有脉冲稳定、可控性好、精度高、重复频率变
化范围大等特点，因而适用范围较广，通用性较好。
图1 高压脉冲电源系统结构框图
1.2 电源主电路结构和工作原理电源主电路结构和工作原理
电源主电路原理图如图2所示，电路由工频交流输入、整流滤波、LCC串并联谐振变换器、电容充电储能、电感的缓冲隔
离、IGBT全桥逆变、脉冲升压变压器等单元构成。电路工作过程：220 V交流通过整流滤波后得到低压直流输出，通过LCC串
并联谐振逆变经高频升压后向储能电容C充电，经过IGBT全桥逆变拓扑结构实现双极性脉冲输出。
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