高压电源反峰防护

前言

反峰电压是高压电源在作为储能电容充电机应用中最常见的损坏原因之一，本文结合放电电路讨论反峰产生的原因以及相应类型的反峰如何应对。

更新历史

2019年11月3日 - 初稿

作者：海伏科技——小涛（转载注明出处）
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什么是反峰

高压电源一般为单极性输出的，在电容充电、功率脉冲领域储能电容在放电的过程中常见的是LRC谐振电路，电容上的电压波形是类似阻尼震荡不断衰减的正弦波。在负半周的电压是和电容初始的充电电压相反的，此时的电压就称之为反峰电压。电压在0以下持续的时间称之为反峰电压持续时间。

反峰电压仿真

首先建立LRC仿真电路图，其中C1为储能电容初始电压4kV、L1为电感电感量1mH、R1为电阻阻值1Ω、VF1为电压测量点、AM1为电流测量点。

图1：LRC仿真电路图

运行瞬态分析0-10ms得到电压和电流如下：

图2：高压电源反峰仿真结果

为什么反峰会导致电源损坏

正极性高压电源和负极性高压电源的损坏机理相同，本文以正极性高压电源举例说明。正电源是输出正电压即电荷在电源内部从地流向正极输出。高压电源的次级（二次侧）允许电荷在电源内部从负极流向正极。而在反峰过程中由于高压电源输出端电压低于0V，所以电源内部整流二极管导通，电荷不受控制的从地流向输出端导致次级（二次侧）整流二极管损坏。

各种反峰类型以及应对措施

正如前言中提到的，反峰是导致高压电源损坏的最主要原因之一，可以说做好反峰的防护及应对那么整个脉冲功率系统就成功了一半。由于脉冲功率系统输出电流和驱动负载各有不同，没有一套万能的防反峰方案，只能根据具体的反峰类型制定合适的防反峰方案。不同的防反峰措施有不同的适应范围和不同的优缺点，可以根据实际工程中的侧重点决定使用哪种防反峰方案，有时可以多种防反峰措施组合使用来达到理想的防反峰效果。

由于篇幅的限制下面将根据不同的反峰类型，阐述对应的反峰防护措施：海伏课堂将陆续更新请持续关注。

措施1：高压电源自身的基础防护；
措施2：高压电源反峰保险丝——防反峰二极管的使用；
措施3：高压充电机防反峰电阻的设计计算；
措施4：针对高频反峰的抗冲击电感设计计算；
措施5：直觉防反峰——高压继电器
措施6：放电环路优化，降低反峰电压；
措施7：被“锁定”的反峰，晶闸管反峰的利用；
措施8：……暂未公开；

总结

反峰虽然可怕，但只要有相应的应对措施以及各种防反峰预案那么反峰造成的损失是可以避免的。海伏科技的工程师在脉冲功率领域多年来持续深耕，开发出一系列应对恶劣电磁环境的高压电源及相关配件。 我们认真分析每一次客户“炸机”，不推卸责任，免费维修，并给出改进建议。目前通过充分的售前沟通即可给出系统的参考连接方式，避免不必要的损失，海伏科技不止对我们的电源负责，更对您的整个系统负责，期待与您的合作。