设计应用

一种新型超高压直流等离子体变换器研究

作者:张 迪1,2,张东来3,王子才1,张 华2,张 莹4
发布日期:2020-08-03
来源:2020年电子技术应用第7期

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    等离子体的应用已经扩展到航空领域。美国、俄罗斯、欧盟等航天大国对等离子体在航空中的应用进行了广泛深入的研究,等离子体在航空中的应用主要集中在飞机减阻、隐身和提高发动机性能上[1-4]

    等离子体电源系统主要由等离子体发生器、电源系统、储供系统和控制系统组成。目前,等离子体在航空应用中的研究主要集中在等离子体产生机理、等离子体特征参数诊断与控制、等离子体发生器和等离子体电源系统小型化等方面。等离子体电源系统将一次电源转换为超高压直流电源和等离子体发生器所需的其他负偏置电源。与传统工业等离子电源不同,航空等离子电源对效率和功率密度提出了极高的要求。面向超高压变换需求,高升压比所需的变压器结构,需要同时兼顾体积和绝缘强度[5-8]

    在超高压等离子体电源系统中,当等离子体电压达到几千伏以上时,受到变压器绝缘绕组过程、半导体器件和整流电源电压应力的限制,电压主要通过倍压整流方式实现,利用增加串联倍压的级数来补偿元件的电压应力[9-12]

    电压倍增技术广泛应用于激光、离子加速器、超高压电子显微镜以及医用X射线等高压小电流的应用场合。在变换器内部充入SF6实现高压绝缘,利用单相Cockroft Walton电压倍增器可实现600 kV/10 mA的超高压直流输出,而随着输出功率的进一步提高,容易导致输出电压纹波和输出电压跌落,而改进型全波Cockroft Walton电压倍增器实现了600 kV/15 mA的超高压直流输出,实现了极高的电压稳定度与极低的输出电压纹波[13]

    为了提高电源的输出功率并降低系统的体积,本文提出了一种带有多倍压整流的新型超高压谐振功率变换器。




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作者信息:

张  迪1,2,张东来3,王子才1,张  华2,张  莹4

(1.哈尔滨工业大学 航天学院,黑龙江 哈尔滨150001;

2.深圳航天科技创新研究院 电力电子所,广东 深圳518057;

3.哈尔滨工业大学(深圳) 机电工程与自动化学院,广东 深圳518055;

4.深圳航天东方红海特卫星有限公司,广东 深圳518057)

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超高压直流电源 多倍压整流 LCC 等离子体电源