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[摘 要]随着科学技术的深入研究和发展，高压直流电源内容的研究已经涉及到多个方面，并且取得了非常重大的成果，当前各个领域之中对这项技术的应用都反馈良好。高压直流电源技术的研究成果多为国外科研实验室研究出来的，我国虽然对这项技术的研究起步较晚，但是也取得了一定的成绩。本文主要谈谈高压大功率开关电源技术的内容。
[关键词]高压大功率；开关电源；技术
中图分类号：TN86 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）38-0273-01
随着高压直流电源技术的出现和发展，为一些高新技术的研究和应用提供了必要的支持，例如医院中使用X线机数字化成像技术，这一技术中就需要应用到高频、大功率的高压直流开关电源。目前，在高压直流开关电源的设计之中常用的是LC谐振充电法和高工频电压，在使用之中人们渐渐发现这一设计结构仍然存在问题，需要不断的进行当前高压大功率开关电源技术的创新设计。
1、大功率高频开关电源的组成
1.1、电路原理
交流输入电压经过三相桥式普通二极管整流电路滤波后，得到较高直流电压；后经4只IGBT进行“高频逆变”，将高压直流逆变成约18KHz的高频交流；经高频变压器变换到次级，再通过肖特基二极管进行单相全波整流滤波，得到需要的輸出电压。控制电路对输出电压和输出电流取样，闭环反馈后产生脉宽调制（PWM）信号，控制“功率转换”电路，使输出电压或电流保持稳定。
其中，主电路原理图如图1所示。主电路前级部分采用三相桥式二极管整流电路，核心部分采用成熟的PWM控制IGBT逆变技术，后级高频整流部分则采用低损耗肖特基二极管单相全波整流电路。
2、高压高频变压器
传统的研究工作之中，人们主要应用LC谐振充电，其在电源开关的结构设计之中有着简易、便捷的性能，对人们设计电路起到了作用，不过这种变换器体积非常大，而且其稳定性能并不高，有时候出现异常会耽搁开关正常工作。传统高压电源在工作之中会产生较大的噪声，研究人员在后来实现了将高压电源进行高频化的处理，后来出现的高压高频变压器可以支持电源开关长期工作，并且实现了缩小电源开关的目标，进而使得电源开关反应灵敏度极大的提升，令整个电源开关装置可以有效的提高工作效率。
不过，高压高频变压器应用于电源开关电路设计之中还是存在一定不足之处，笔者下面对这些不足之处进行分析并提出能够改进的方法。高压高频变压器在电源装置的设计之中得以缩小变压器自身体积，方便了人们的使用，但是同时这种缩小体积的设置影响了开关电源的安全性能，因为高压高频变压器体积减小使得开关电源处的绝缘性能降低，一旦工作之中出现漏电情况，就会严重危害到工作人员的生命健康。还有，尽管随着高压高频变压器体积的缩小，使得高压大功率开关电源的体积也得以缩小，但是随着这种优势而来的是高压高频变压器中的漏感和分布电容与传统高压变压器相比大幅度的上升了。
根据实验调查的结果，笔者发现在设计的简易电路模型中，如果同时设置了漏感、分布电容、合适的变压器三个组件，在电路工作中会发现，当漏感处于一致时，变压器工作效率会提高，并降低功率的输出；当分布电容一致时，高频之下电容会有所下降，并且使电路中空载电流增加，降低功率，造成开关电源处热量的集中，不易散热，它的组成构件是漏感Lr、分布电容Cp与理想变压器。在漏感相同时，高压高频变压器的工作频率远远高于f，在极大程度上降低了功率输出。分布电容一样时，高频之下电容相对于工频条件下降低到原有的0.02f，致使空载电流增加，功率因数减小，电源开关发热现象严重。
面对以上问题，笔者采取的办法是对高压高频变压器采取真空浸油处理，同时使用大磁芯让变压器有足够的绝缘距离，以此降低分布电容Cp与它会带来的相关影响。因为Cp降低，必将伴随着Lr的增大，笔者在进行相关设计时考虑到高频高压变压器漏感较强的特性，依靠串入谐振电容Cr，形成谐振变化器，并利用先进的软开关技术，让高频高压变压器以此做到能源转换效率提高、电磁干扰低等一系列优点。
3、串联谐振变换器
在电路中以串联形式接入的谐振变换器，我们称之为串联谐振变换器。串联谐振变换器能够保证电路正常运行，降低分布电容，提高高压高频变压器工作效率，因此在电路设计过程中，接入串联谐振变换器的电路结构可以用于全桥逆变器中，能够有效保护电路的平衡。但是在使用串联谐振变换器的过程中，也发现了一些缺点，当电路中缺少负载时，串联谐振变换器就会失去电压调节能力，这种情况下对电路的整体调控功能都极度缺乏，此时串联谐振变换器的作用就发挥不出。而且，如果设计的电路结构属于整流滤波电路，电路中产生的电流波纹相比其他电路中的电流波纹会更大，尤其是在低压大电流环境中，这个缺陷之处尤为明显，所以，应用串联谐振变换器的电路设计结构更适用于高压小电流环境。
4、并联谐振变换器
在电路中以并联形式接入的谐振变换器，我们称之为并联谐振变换器。并联结构的电路拓扑结构在电路中的主要功能是可以将变压器内的分布参数涵盖在谐振回路中，如果使用的高压高频变压器的设计与装置在标准之中，能够节省谐振电容部分及漏感部分的设计，得到更加简便的电路设计。并联谐振变换器与串联谐振变换器相比具有的优势是可以对电路中的电压进行调节；并联谐振变换器结构的电路缺点是当负载变轻时，也就是电路中负载电阻值增大时，电路会通过提高频率调整电压，但是随着电压的调节，整体电路中的电流并不会适当的减小，反而会出现相反的情况，也就是电流可能反而增加，电流增加后给开关电源造成了过度的负荷，继而使开关电源的损耗有所增加。为了保持良好的工作效率，采用并联谐振变换器的电路拓扑结构更适用于固定负载电路，或者是电路中的负载变化不明显的电流环境中。
结束语
综上所述，能够了解到使用高压高频变压器完成高压大功率开关电源设计可以实现缩小开关电源体积、方便控制的设计标准。并且笔者介绍了串联谐振变换器和并联谐振变换器两种拓扑结构电路的优缺点，在不同的电流环境中可以采用更加适合的电路结构，以便完善高压大功率开关电源的设计。
参考文献
[1] 田志伟.大功率开关磁阻电机控制的硬件及驱动设计[D].济南大学，2016.
[关键词]高压大功率；开关电源；技术
中图分类号：TN86 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）38-0273-01
随着高压直流电源技术的出现和发展，为一些高新技术的研究和应用提供了必要的支持，例如医院中使用X线机数字化成像技术，这一技术中就需要应用到高频、大功率的高压直流开关电源。目前，在高压直流开关电源的设计之中常用的是LC谐振充电法和高工频电压，在使用之中人们渐渐发现这一设计结构仍然存在问题，需要不断的进行当前高压大功率开关电源技术的创新设计。
1、大功率高频开关电源的组成
1.1、电路原理
交流输入电压经过三相桥式普通二极管整流电路滤波后，得到较高直流电压；后经4只IGBT进行“高频逆变”，将高压直流逆变成约18KHz的高频交流；经高频变压器变换到次级，再通过肖特基二极管进行单相全波整流滤波，得到需要的輸出电压。控制电路对输出电压和输出电流取样，闭环反馈后产生脉宽调制（PWM）信号，控制“功率转换”电路，使输出电压或电流保持稳定。
其中，主电路原理图如图1所示。主电路前级部分采用三相桥式二极管整流电路，核心部分采用成熟的PWM控制IGBT逆变技术，后级高频整流部分则采用低损耗肖特基二极管单相全波整流电路。
2、高压高频变压器
传统的研究工作之中，人们主要应用LC谐振充电，其在电源开关的结构设计之中有着简易、便捷的性能，对人们设计电路起到了作用，不过这种变换器体积非常大，而且其稳定性能并不高，有时候出现异常会耽搁开关正常工作。传统高压电源在工作之中会产生较大的噪声，研究人员在后来实现了将高压电源进行高频化的处理，后来出现的高压高频变压器可以支持电源开关长期工作，并且实现了缩小电源开关的目标，进而使得电源开关反应灵敏度极大的提升，令整个电源开关装置可以有效的提高工作效率。
不过，高压高频变压器应用于电源开关电路设计之中还是存在一定不足之处，笔者下面对这些不足之处进行分析并提出能够改进的方法。高压高频变压器在电源装置的设计之中得以缩小变压器自身体积，方便了人们的使用，但是同时这种缩小体积的设置影响了开关电源的安全性能，因为高压高频变压器体积减小使得开关电源处的绝缘性能降低，一旦工作之中出现漏电情况，就会严重危害到工作人员的生命健康。还有，尽管随着高压高频变压器体积的缩小，使得高压大功率开关电源的体积也得以缩小，但是随着这种优势而来的是高压高频变压器中的漏感和分布电容与传统高压变压器相比大幅度的上升了。
根据实验调查的结果，笔者发现在设计的简易电路模型中，如果同时设置了漏感、分布电容、合适的变压器三个组件，在电路工作中会发现，当漏感处于一致时，变压器工作效率会提高，并降低功率的输出；当分布电容一致时，高频之下电容会有所下降，并且使电路中空载电流增加，降低功率，造成开关电源处热量的集中，不易散热，它的组成构件是漏感Lr、分布电容Cp与理想变压器。在漏感相同时，高压高频变压器的工作频率远远高于f，在极大程度上降低了功率输出。分布电容一样时，高频之下电容相对于工频条件下降低到原有的0.02f，致使空载电流增加，功率因数减小，电源开关发热现象严重。
面对以上问题，笔者采取的办法是对高压高频变压器采取真空浸油处理，同时使用大磁芯让变压器有足够的绝缘距离，以此降低分布电容Cp与它会带来的相关影响。因为Cp降低，必将伴随着Lr的增大，笔者在进行相关设计时考虑到高频高压变压器漏感较强的特性，依靠串入谐振电容Cr，形成谐振变化器，并利用先进的软开关技术，让高频高压变压器以此做到能源转换效率提高、电磁干扰低等一系列优点。
3、串联谐振变换器
在电路中以串联形式接入的谐振变换器，我们称之为串联谐振变换器。串联谐振变换器能够保证电路正常运行，降低分布电容，提高高压高频变压器工作效率，因此在电路设计过程中，接入串联谐振变换器的电路结构可以用于全桥逆变器中，能够有效保护电路的平衡。但是在使用串联谐振变换器的过程中，也发现了一些缺点，当电路中缺少负载时，串联谐振变换器就会失去电压调节能力，这种情况下对电路的整体调控功能都极度缺乏，此时串联谐振变换器的作用就发挥不出。而且，如果设计的电路结构属于整流滤波电路，电路中产生的电流波纹相比其他电路中的电流波纹会更大，尤其是在低压大电流环境中，这个缺陷之处尤为明显，所以，应用串联谐振变换器的电路设计结构更适用于高压小电流环境。
4、并联谐振变换器
在电路中以并联形式接入的谐振变换器，我们称之为并联谐振变换器。并联结构的电路拓扑结构在电路中的主要功能是可以将变压器内的分布参数涵盖在谐振回路中，如果使用的高压高频变压器的设计与装置在标准之中，能够节省谐振电容部分及漏感部分的设计，得到更加简便的电路设计。并联谐振变换器与串联谐振变换器相比具有的优势是可以对电路中的电压进行调节；并联谐振变换器结构的电路缺点是当负载变轻时，也就是电路中负载电阻值增大时，电路会通过提高频率调整电压，但是随着电压的调节，整体电路中的电流并不会适当的减小，反而会出现相反的情况，也就是电流可能反而增加，电流增加后给开关电源造成了过度的负荷，继而使开关电源的损耗有所增加。为了保持良好的工作效率，采用并联谐振变换器的电路拓扑结构更适用于固定负载电路，或者是电路中的负载变化不明显的电流环境中。
结束语
综上所述，能够了解到使用高压高频变压器完成高压大功率开关电源设计可以实现缩小开关电源体积、方便控制的设计标准。并且笔者介绍了串联谐振变换器和并联谐振变换器两种拓扑结构电路的优缺点，在不同的电流环境中可以采用更加适合的电路结构，以便完善高压大功率开关电源的设计。
参考文献
[1] 田志伟.大功率开关磁阻电机控制的硬件及驱动设计[D].济南大学，2016.