详细介绍一下直流高压发生器的工作原理

 详细介绍一下直流高压发生器的工作原理：

便携式直流高压发生器的工作原理核心是 “低压工频电→直流逆变→高频升压→倍压整流→高压直流电输出"，结合PWM 调制技术和闭环反馈控制，实现高压、稳定、精准的直流输出，同时通过紧凑设计满足便携需求。其完整工作流程可拆解为6 个核心环节，各环节协同作用保障输出性能与安全：

一、 核心架构总览

整个设备主要由 电源输入单元、整流滤波单元、中频逆变单元、高频升压单元、倍压整流单元、反馈控制与保护单元 组成，流程如下：

工频交流电（220V/380V）→ 低压直流 → 中频交流 → 中频高压 → 直流高压 → 稳压输出

二、 各环节详细工作原理

1.  电源输入与保护（初始环节）

输入电源：通常支持 单相 220V 或 三相 380V 工频交流电（50Hz），适配不同作业现场的供电条件。

前置保护：内置空气开关、熔断器，防止输入电压浪涌或短路损坏设备；同时设置接地保护检测电路，若接地电阻＞4Ω，会直接锁定设备启动，避免高压漏电风险。

2.  工频整流滤波（AC→低压 DC）

核心部件：桥式整流器（由 4 个大功率二极管组成）、大容量电解电容。

直流高压发生器工作过程：

工频交流电输入后，经桥式整流器转换为脉动直流电（电压方向不变，但幅值随时间波动）。

脉动直流电通过大容量电解电容滤波，平滑电压波动，输出稳定的低压直流电（通常为 300V 左右，具体取决于输入电压）。

作用：为后续的中频逆变单元提供平稳的直流电源，避免逆变环节因电压波动产生失真。

3.  中频逆变（低压 DC→中频 AC）

这是实现便携化的核心技术环节，也是区别于传统工频直流高压发生器的关键。

核心部件：IGBT 功率模块（绝缘栅双极型晶体管）、PWM 控制器（脉冲宽度调制器）。

工作过程：

PWM 控制器输出高频脉冲信号（频率通常为 15–20kHz），精准控制 IGBT 模块的导通与关断时间。

低压直流电在 IGBT 的开关作用下，被逆变为中频交流电（15–20kHz，远高于工频 50Hz）。

技术优势：

传统工频直流高压发生器需配备笨重的工频变压器（频率低，铁芯体积大），而中频技术可大幅缩小变压器体积和重量—— 频率越高，变压器铁芯截面积越小，这是便携式设备轻量化的核心原因。

4.  高频变压器升压（中频 AC→中频高压 AC）

核心部件：高频升压变压器（铁芯采用铁氧体材料，体积小、损耗低）。

工作过程：

中频交流电输入高频变压器的初级绕组，通过电磁感应，在次级绕组（匝数远多于初级）上感应出中频高压交流电。

举例：若初级输入 300V 中频电，变压比为 1:400，则次级输出约 120kV 的中频高压电。

关键特点：铁氧体铁芯适合高频工况，能量转换效率＞90%，且体积仅为工频变压器的 1/10–1/5，适配便携需求。

5.  倍压整流滤波（中频高压 AC→直流高压 DC）

这是产生最终直流高压的核心环节，也是决定输出电压纹波系数的关键。

核心部件：多级倍压整流电路（由高压二极管、高压电容组成，常见 2 倍压、3 倍压、多级倍压）。

工作原理（以 2 倍压电路为例）：

当中频高压为正半周时，电流经二极管 D1 对电容 C1 充电，C1 电压充至峰值 U；

当中频高压为负半周时，电容 C1 的电压与电源电压叠加，经二极管 D2 对电容 C2 充电，C2 电压充至 2U；

多级倍压电路重复此过程，输出电压可达到 “电源峰值电压 × 倍压级数"。

最后经高压滤波电容平滑，输出纹波系数≤0.5% 的平稳直流高压。

作用：将中频高压交流电转换为试验所需的直流高压，同时降低电压波动，保证试验数据的准确性。