詳細介紹一下直流高壓發生器的工作原理

 詳細介紹一下直流高壓發生器的工作原理：

便攜式直流高壓發生器的工作原理核心是 “低壓工頻電→直流逆變→高頻升壓→倍壓整流→高壓直流電輸出"，結合PWM 調制技術和閉環反饋控制，實現高壓、穩定、精準的直流輸出，同時通過緊湊設計滿足便攜需求。其完整工作流程可拆解為6 個核心環節，各環節協同作用保障輸出性能與安全：

一、 核心架構總覽

整個設備主要由 電源輸入單元、整流濾波單元、中頻逆變單元、高頻升壓單元、倍壓整流單元、反饋控制與保護單元 組成，流程如下：

工頻交流電（220V/380V）→ 低壓直流 → 中頻交流 → 中頻高壓 → 直流高壓 → 穩壓輸出

二、 各環節詳細工作原理

1.  電源輸入與保護（初始環節）

輸入電源：通常支持 單相 220V 或 三相 380V 工頻交流電（50Hz），適配不同作業現場的供電條件。

前置保護：內置空氣開關、熔斷器，防止輸入電壓浪涌或短路損壞設備；同時設置接地保護檢測電路，若接地電阻＞4Ω，會直接鎖定設備啟動，避免高壓漏電風險。

2.  工頻整流濾波（AC→低壓 DC）

核心部件：橋式整流器（由 4 個大功率二極管組成）、大容量電解電容。

直流高壓發生器工作過程：

工頻交流電輸入后，經橋式整流器轉換為脈動直流電（電壓方向不變，但幅值隨時間波動）。

脈動直流電通過大容量電解電容濾波，平滑電壓波動，輸出穩定的低壓直流電（通常為 300V 左右，具體取決于輸入電壓）。

作用：為后續的中頻逆變單元提供平穩的直流電源，避免逆變環節因電壓波動產生失真。

3.  中頻逆變（低壓 DC→中頻 AC）

這是實現便攜化的核心技術環節，也是區別于傳統工頻直流高壓發生器的關鍵。

核心部件：IGBT 功率模塊（絕緣柵雙極型晶體管）、PWM 控制器（脈沖寬度調制器）。

工作過程：

PWM 控制器輸出高頻脈沖信號（頻率通常為 15–20kHz），精準控制 IGBT 模塊的導通與關斷時間。

低壓直流電在 IGBT 的開關作用下，被逆變為中頻交流電（15–20kHz，遠高于工頻 50Hz）。

技術優勢：

傳統工頻直流高壓發生器需配備笨重的工頻變壓器（頻率低，鐵芯體積大），而中頻技術可大幅縮小變壓器體積和重量—— 頻率越高，變壓器鐵芯截面積越小，這是便攜式設備輕量化的核心原因。

4.  高頻變壓器升壓（中頻 AC→中頻高壓 AC）

核心部件：高頻升壓變壓器（鐵芯采用鐵氧體材料，體積小、損耗低）。

工作過程：

中頻交流電輸入高頻變壓器的初級繞組，通過電磁感應，在次級繞組（匝數遠多于初級）上感應出中頻高壓交流電。

舉例：若初級輸入 300V 中頻電，變壓比為 1:400，則次級輸出約 120kV 的中頻高壓電。

關鍵特點：鐵氧體鐵芯適合高頻工況，能量轉換效率＞90%，且體積僅為工頻變壓器的 1/10–1/5，適配便攜需求。

5.  倍壓整流濾波（中頻高壓 AC→直流高壓 DC）

這是產生最終直流高壓的核心環節，也是決定輸出電壓紋波系數的關鍵。

核心部件：多級倍壓整流電路（由高壓二極管、高壓電容組成，常見 2 倍壓、3 倍壓、多級倍壓）。

工作原理（以 2 倍壓電路為例）：

當中頻高壓為正半周時，電流經二極管 D1 對電容 C1 充電，C1 電壓充至峰值 U；

當中頻高壓為負半周時，電容 C1 的電壓與電源電壓疊加，經二極管 D2 對電容 C2 充電，C2 電壓充至 2U；

多級倍壓電路重復此過程，輸出電壓可達到 “電源峰值電壓 × 倍壓級數"。

最后經高壓濾波電容平滑，輸出紋波系數≤0.5% 的平穩直流高壓。

作用：將中頻高壓交流電轉換為試驗所需的直流高壓，同時降低電壓波動，保證試驗數據的準確性。