低频长脉宽高压脉冲电源设计.pdf

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1、第51卷第5期真空VACUUMV01．51。No．52014年9月Sep．2014低频长脉宽高压脉冲电源设计毛振宇，蒲世豪，陈东来，陈稳(核工业西南物理研究院，四川成都610041)摘要：本文针对离子注入工艺的特定要求，采用buck拓扑结构，以IGBT为斩波器件，并结合单片机与CPLD技术，研制了一种低频长脉宽的高压脉冲数字电源。通过离子注入试验并结合工艺研究验证了该电源的实用性和稳定性。关键词：buck拓扑；单片机；CPLD；SG3525；脉冲变压器中图分类号：TN86文献标识码：A文章编号：1002—

2、0322(2014)05—0022—03Designofal0w—frequencylong-pulsehigh-voltagepowersupplyMAOZhen—yu，PUShi-hao，CHENDong-lai，CHENWen(SouthwesternInstituteofPhysics，Chengdu610041，China)Abstract：Aimingatthespecificrequirementsofvoltageinionimplantationtechnology．alow-~eque

3、ncylong—pulsehigh—volt—agedigitalpowersupplyisdeveloped．Inthispowersupply，anIGBTisusedaschopper，Bucktopologicalstructureisconstructed．Andinthecontrollingsystem，thetechnologyofthesingle-chipmicrocomputeriscombinedwithCPLD．Asaconclusion，thepracticabilityand

4、stabilityofthepowersupplyhavealreadybeenverifiedbytheexperimentconsistedofionimplantationandin—dustrialresearch．Keywords：longpulse；bucktopology；complexprogrammablelogicdevice；SG3525；pulsetransformer传统的高压脉冲电源多采用高压电子管作能量经过储存、压缩、形成脉冲或转化等复杂过程为斩波器件，其稳定工作状态在6kV

5、以上61，而之后，获得高压脉冲。电子管也存在体积大、功耗大、发热严重、寿命3电源方案设计短、电源利用效率低、结构脆弱l2J等缺陷，所以它的绝大部分用途已经被固体器件晶体管所取3．1电源主回路设计代。综上考虑，本文以IGBT为斩波器件设计了一该电源采用的主回路原理图如图1所示，由套l0kV以下的高压脉冲电源，弥补了该领域的工频整流、电压调制、频率脉宽调制和升压四部分空白。组成。其电能形式变化依次分为为：220V单相交流源、310V恒压直流源、30V一280V可调直流电1电源指标要求压源、280V以下可调脉冲

6、源、10kv，4A／1．5ms脉输入电压为单相交流220V；输出脉冲峰值电冲五个环节。压范围为1kV～10kV；输出最大峰值电流为4A；脉冲频率为1Hz～20Hz；脉冲宽度为1．5ms；脉冲上升时间小于5US。220VR2输入：t-jJlC2D1C32电源设计原理介绍工频整流：电压调制：频率脉宽调制升压i该脉冲电源工作于低频长脉宽高压状态，它一一一一一一一一一一一一一一一一一一一j一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一j的基本工作原理是：首先经过慢储能，使初级有足图1脉冲电源主回路原理图够

7、的能量，然后向中间储能和脉冲成型系统放电，Fig．1Schematicdiagramofthepulsepowersupplycircuit收稿日期：2014—03—21作者简介：毛振宇(1988-)，男，山东省泰安市人，硕士生。通讯作者：蒲世豪，研究员，硕士生导师。第5期毛振宇，等：低频长脉宽高压脉冲电源设计·23·在电压调制回路中采用的是buck降压斩波时刻导通后，交流电压通过Rl为Cl和C2充电，电路[2]，而频率脉宽调制回路中采用硬斩波方式，而SCR2需在c1、c2充电完成后导通，即SCR2导二者

8、均以IGBT作为斩波器件。变压器的连接采用通时刻T2需满足：，I12≥T1+R1×(C1+C2)。导通的是三台变压器原边并联副边串联的方式，这样时序的配合控制如图2所示，由MCU和TLC5615有效的减小了单台变压器的变比，防止因变比过共同完成。大而导致产生较大寄生参数等问题，同时实验也3．4电压可调原理设计证明，这种方式有效的缩短了脉冲上升时间【4J。图2所示，MCU输出0～5V的可变基准电3．2电源控制系统原理平，经TLC