高压脉冲电源模拟实验

　　每个SPS 模块都由多绕组变压器的一个二次侧独立供电。一台变压器为一个PSM 单元供电，其中二次侧的一半为星形联结，另一半为三角形联结。

　　这样可以在二次侧得到30°的相位偏移，能够使三相整流桥之后的直流电压源经串联之后得到12脉波，以此减小直流侧的纹波，并可以削减交流侧的电网波形畸变。PSM 多绕组变压器的主要技术问题是绝缘电压水平和系统的寄生电容。寄生电容由变压器二次侧之间的耦合电容、变压器一二次侧之间的耦合电容以及它们对地之间的耦合电容组成。由于耦合电容的存在，在变压器和SPS模块之间会引起电流的振荡，这会对IGBT 的开关产生影响。通过Matlab 仿真分析可知道，当二次侧对地电容越大，IGBT 在工作这种工作方式中就越不稳定。

　　4 基于PSM技术高压脉冲电源的模拟实验

　　对6 个SPS 模块进行PSM电源模拟试验。为此设计并加工了一台实验用七绕组整流变压器(1个一次侧，6 个二次侧)，其容量为330kVA。6 个二次绕组中3 个为星形联结，3 个为三角形联结，分别给6 个SPS 模块供电，且二次绕组对地、对一次绕组的分布电容小于1000pF。因为每个SPS 模块的输出参数为850V/100A，考虑到两倍安全裕量，选用赛米控公司生产的专门用于Buck 电路的SKM200GAL173D，其额定参数为1700V/200A，本身带有快恢复二极管的额定参数为200A。控制部分采用单片机来实现，通过光纤传输各种信号，驱动部分是采用TTL 推挽电路来实现。

　　当SPS 模块的工作频率为5.4kHz，开通脉宽为50μs，各模块之间依次延时时间约为30 μs 时，在SPS 模块交流侧输入电压为50V，其输出电压波形如图3 所示。忽略控制信号和驱动板的差异性，以及测量误差， 可知叠加部分的工作频率约为32.4kHz，占空比约为65%。由f =N fs 计算出的输出纹波脉动频率为32.4kHz，由f、开通脉宽50 μs、延时时间30 μs ，可计算出脉动占空比为64.8%。由此可知实际测量值与理论分析值基本一致。

　　当SPS 模块交流侧输入线电压为620V，负载为48Ω时，通过改变程序来观察步进效果和整个电源的关断时间，如图4a、图4b 所示。测得的电压为4900V，电流为107A，关断时间约为4.2 μs。图4b 所示为Vce 波形，通过观测IGBT 的Vce 波形可以看到在工作过程中，IGBT 在导通时有尖刺，通过与输出波形比较，在Vce 减小的时刻，对应的输出电压波形并未发生变化，因而此尖刺为干扰信号。

　　5 结论

　　由于本试验的规模相对较小，变压器的耦合电容对整个系统的影响尚不明显，但是耦合电容是基于PSM 技术的高压直流脉冲电源的一个技术难点，随着绕组增多，输出功率变大，其影响将会越来越突出。