采用IGBT技术设计固态高压电源

1.3   高压脉冲形成电路

　　高压脉冲的形成是利用IGBT构成的全桥拓扑结构对前级产生的高电压进行开关控制从而实现双极性脉冲输出，如图2所示。

　　开关Q5、Q7与开关Q6、Q8分别在正负半周期交替导通，得到双极性的脉冲输出。改变两组开关的切换频率，即可改变输出双极性脉冲的频率，控制开关管的导通时间即可调节输出脉冲的占空比，得到脉宽与频率均可调的双极性高压脉冲波。

1.4   高压脉冲电源的控制

　　整个系统的控制由TMS320F2812DSP芯片和IGBT驱动器来实现，主要通过恒定导通时间-恒频控制的方法实现LCC串并联谐振充电电路的软开关，减少开关损耗，调节输出电压；及利用变频变宽的控制方法实现后级脉冲形成电路的输出脉冲控制和IGBT同步触发等。

　　TMS320F2812开发板，内部集成了16路12位A/D转换器、两个事件管理器模块、一个高性能CPLD器件XC95144XL,可实现过压、过流保护在内的电源系统运行全数字控制，提高输出电压的精度和稳定度。且采用软件编程实现控制算法，使得系统升级、修改更为灵活方便。

　　1）过压保护

　　通过高频降压互感器检测脉冲升压变压器原边电压得到电压信号Ui,将Ui作为过压保护电路的输入电压，将过压保护电路的输出信号接到DSPF2812的引脚，这样迫使系统重新启动，实现过压保护的目的，以达到保护负载的安全。

图3过压保护电路

　2）过流保护

　　当负载电流超过设定值或发生短路时，需对电源本身提供保护，系统的过流保护在系统的安全性方面占有重要的地位。过流保护电路与过压保护电路相似，如图4所示。将转换的电压信号输入到F2812的，启动保护程序，故障锁存器置位，系统复位重新启动。

图4过流保护电路

2、电路的仿真分析

　　令k=Cp/Cs,图5（a）为k=0.25谐振电流和谐振电压波形。选择直流母线电压Vin=300V,开关频率fs=25kHz,脉宽tw=10μs,Lr=50μH,Cs=0.2μF,谐振频率kHz,即满足fs<1/2fr,LCC串并联谐振变换器工作在DCM模式下，高频升压变压器变比为1:4.高压脉冲形成电路中，脉冲升压变压器变比为1:12,双极性脉冲仿真波形如图5（b）所示。
　
　图5仿真波形图

3、结论

　　本文设计了一种基于IGBT的高压脉冲电源，分析了电源的各个组成部分及功能，并由DSP产生控制IGBT的触发信号，实现过压、过流保护，实现电源的数字化控制，可精确控制输出脉冲电压、输出脉冲宽度、频率和输出脉冲数等，且利用LCC串并联谐振充电电路作为对中间储能电容充电的结构，有利于实现装置的快速充电和小型化。