直流高压发生器的工作原理与拓扑结构解析

　　一、工作原理

　　整流与逆变

　　输入工频交流电（如220V/380V）经整流滤波后转换为直流电，再通过IGBT（绝缘栅双极型晶体管）构成的全桥或半桥逆变电路，将直流电逆变为高频交流电（频率通常为30-100kHz）。高频化可显著减小变压器体积，提升功率密度。

　　高压升压与整流

　　高频交流电通过中频变压器升压至数千伏至数百千伏，再经多级硅堆倍压整流电路（如Cockcroft-Walton电路）转换为直流高压。倍压电路通过电容串联充电、并联放电的原理实现电压倍增，同时利用硅堆的单向导电性完成整流。

　　电压稳定与反馈控制

　　采用闭环反馈控制技术，通过电压传感器实时监测输出电压，并与设定值比较。误差信号经PWM（脉宽调制）控制器调整IGBT的导通占空比，动态调节输出电压，确保稳定性优于0.1%。部分设备还引入0.75倍电压锁定功能，便于氧化锌避雷器试验。

　　二、拓扑结构

　　半桥隔离变换器

　　由两个IGBT、两个电容和变压器构成。通过交替导通IGBT，在变压器原边产生交变电压，副边经倍压整流输出高压。该结构成本低、抗不平衡能力强，但输出功率受限（通常≤700W），适用于中小功率场景。

　　全桥变换电路

　　采用四个IGBT构成H桥，变压器原边电压为输入直流电压，输出功率可达2000W以上。全桥结构驱动复杂，但开关管耐压要求低，适合高功率需求（如电力电缆耐压试验）。

　　串级倍压电路

　　将多级倍压整流单元串联，空载输出电压可达2nUm（n为级数，Um为交流峰值电压）。受电压降落和脉动系数限制，级数通常不超过5级，最高输出电压约2MV，适用于特高压试验。

　　三、技术优势

　　高频化：提升功率密度，减小设备体积。

　　模块化设计：支持分节式结构，兼容高低电压等级（如单节100kV/4mA，两节200kV/2mA）。

　　多重保护：集成过压、过流、零位合闸、断线保护及接地不良报警功能，确保操作安全。

　　智能化控制：采用单片机或DSP实现参数显示、故障诊断及远程通讯，提升用户体验。