基于软开关的电子辐照高压电源设计

统电路中固有的扰动尖峰电流。

整个变换器电路依然采用PFM的工作模式，当前级预稳电源输出0～500V直流电压时，变换器以固定的脉冲宽度驱动桥臂的功率开关管。为了保证电源在电子枪束流产生时能稳定工作，设计了取样闭环控制功能，当输出偏离电压设定值时，变换器通过脉冲频率调节得到稳定的输出，电子枪高压电源实际工作频率为3～25kHz。改进后的串联谐振变换器如图5所示，变换器的实际工作电流波形如图6所示。


2.3 高压变压器的设计

电源输出电压较高，高频高压变压器的次级采用了多级倍压电路的方式，以降低高频开关变压器的变比。但高压变压器仍然是高压电源中关键的部件。高压变压器的设计重点是如何减少分布电容和保证高压绝缘，基于上述考虑，初级绕组排列分布如下。

为了减少高压绕组和低压绕组之间的分布电容，确保高压绕组和低压绕组之间的绝缘，需要将原边绕组绕制在矩形铁心的一边，副边绕组绕制在矩形铁心的另一边，并留足原、副边间的距离，最后用环氧树脂灌注作为主绝缘。

为了减少高压绕组的分布电容，需要采用副边绕组分段绕制方法，由多个绕组串接而成。

为确保副边绕组和铁心间的高压绝缘和次级绕组层间绝缘，均采用杜邦公司生产的聚芳纤维纸和环氧树脂注料的复合介质绝缘。

副边绕组起端为低电位，离铁心端空距离较小，而副边绕组末端为高电位，需留足铁心端的绝缘距离，最后用环氧树脂灌注作绝缘。

绕组排列分布示意图如图7所示。


2.4 变换器控制电路和电源控显电路

变换器控制电路主要为电源的两路开关功率变换器提供控制信号和保护信号。其主要特点为，前级的BUCK预稳变换电路需要的PWM脉宽，与后级串联谐振变换的PFM的频率相关，在同一个电压设置信号基础上生成各自的所需信号。这样就保证了输出电压连续可调的要求，同时保证在额定负载工作条件下，两级变换器都处于最佳的工程设计值，减少了变换器不应有的电压、电流应力，有利于电源的稳定工作。

在变换器的保护功能方面增加了一次过压、二次过压、变换器过流等故障检测。当一次过压发生时电源处于间断工作状态，过压故障消失后，电源自动恢复工作。当二次过压发生时，电源直接停止工作，锁定故障状态，给出故障指示，直到电源复位后重新开机方可正常工作。

电源控显电路主要是完成整个电源的工作时序的控制、输出电压检测指示以及高压电源必要的人身安全性的保护措施。电路采用了单片机作为核心控制器件。通过高精度的A/D变换器将输出电源取样信号转换成数字量，通过四位数码显示器作为本地指示。面板按钮信号通过单片机控制的程序实现本地的电源开、关机时序控制和本地的电源输出电压的设定。

3 结语

整个电源经调试后目前已交付，与整个生物辐照工程装置运行使用。输出电压特性满足了加速管的工作需求。