适合高功率应用的高压电源

Glassman的公司名称已成为高可靠性,致力于技术开发,精益生产原则和客户支持的同义词,在电源行业中是首屈一指的。随着Glassman加入XP Power的高压产品线,对所有电源需求的产品选择已经变得更广泛。

无论是从行业内最大标准范围内的高压电源,或者确实通过调整,修改或完全定制的设计和制造,XP Glassman可以为绝大多数的高压DC电源需求提供解决方案。标准模块包括输出电压高达500 kVDC输出功率额定值高达200 kW,产品保质期为3年。


应用

DC电源被广泛应用于商业、国防和调研市场。XP Glassman提供了超过40年的电源技术,以领导原设备制造商,工业服务供应商,以及私人和公共研究机构。DC电源技术被广泛应用于改善社会和人民日常生活的程序和仪器中。XP Glassman为其在DC电源领域的领导地位而自豪,并期待着在二十一世纪提供支持工业和科学发展的尖端技术。


XP Glassman提供技术的典型应用包括:(点击放大)


  • 离子注入
  • 物理气相沉积
  • 电子束光刻

  • 离子束沉积
  • 离子束辅助沉积
  • 电子束蒸发
  • 电子束焊接
  • 离子源
  • 直流溅射
  • 玻璃/卷材涂布机
  • 辉光放电
  • C偏压
  • 冰冻过程

  • 毛细管电泳
  • 质谱仪
  • X射线荧光
  • 微流体
  • 电动力学

  • PET扫描仪
  • 产生FDG的回旋加速器
  • 伽玛相机
  • 放射治疗系统

  • 电容测试
  • 阴极射线管显示测试
  • 电缆线路故障测试
  • DC电机测试
  • 行波管测试
  • 高压测试

  • 粒子加速器
  • 自由电子激光
  • 中子源
  • 回旋加速器电源
  • 脉冲形成网络
  • 马克思发生器
  • 电容器充电器
  • MIT减重力水过滤研究项目

  • 飞行模拟器
  • 用于微波加热和射频放大器的速调管/磁控管
  • 纳米技术应用
  • 静电应用
  • 静电纺丝


定制能力


多年来在电气和机械设计方面注重灵活性,因此我们可以为客户提供定制的产品设计,这些产品的设计是专门针对标准产品无法满足需求的应用要求。如您想与我们讨论定制电源以满足您的需求, 请与我们联系.


高压电源技术

XP Glassman开发和使用的技术和拓扑使我们能够提供紧凑和可靠的高压电源,具有容易适应大多数应用的能力,同时也是行业中最易于维护的。几乎所有的XP Glassman电源都采用空气作为主要绝缘介质,并利用高频PWM离线转换器。


当超小型化模块不适用于在恶劣环境条件下运行时,空气绝缘提供了一种轻质可修复结构,其最大限度地减少了大多数应用的寄生电容损失。我们已经开发了高压结构,其中包括敏感元件的等电位分级和静电屏蔽,从而达到优异的稳定性和准确性。我们所有的高压组件都是基于众所周知的Cockcroft Walton电压倍增器概念(或其变化),以实现高直流输出,同时最大限度地降低峰值变压器次级电压。空气的使用允许在需要时强制冷却高压部件。强制空气冷却使我们能够将串联保护电阻的增加值(实用的)结合起来,从而在电弧或过载发生时最大限度地降低峰值放电电流。(注意:一些型号或应用需要外部串联保护电阻。)这不仅保护了高压元件和用户的负载,而且还减少了电弧期间发生的放电能量,并最小化了损坏或破坏敏感控制和微控制器的电磁干扰(EMI)脉冲。所有这些技术提高了整个高压组件的可靠性,以及整个电源结构的控制和功率元件


在150 kV以上,我们的设计采用了一个开放的“堆栈”,在这些电压条件下消除了高压连接器和电缆将是巨大的。环形终端和等电位表面被用来最小化静电场。对于150 kV及以下的产品,我们将高压组件安装在一个专有的高压绝缘外壳,其外壳可以承受全电压。这个外壳由阻燃材料制成,并被设计用来提供均匀的表面梯度以最小化电晕。这将被安装在接地机板上。


增加高压电源中的转换频率的问题之一是反射寄生电容。这是由表面接近地面形成的。在大的高压结构中,反射寄生电容可以是相当大的。如果采用固体或液体封装,由于空气的介电常数为1,而大多数密封材料为3-4.5,此电容远高于在空气中。电容与绝缘介电常数成正比。


我们的高压变压器通常在次级线圈上具有6kV或更低的峰值电压,并采用特殊的通用绕组技术来产生具有适当电压梯度的自我支撑大直径绕组。此外,我们通常采用大窗口U型核,为适当的梯度提供足够的空间。


XP Glassman高压电源采用我们的专有PWM转换器技术作为主要电源转换。通常,无需变压器,交流电源线电压被整流并直接过滤到直流线路上。在许多情况下,采用功率因数校正升压转换器来提供可调节的400 VDC轨道母线。这提供了非常接近于单位的功率因数,这实际上消除了线路谐波电流,并且减少了从电源引出的VA。直流轨道电压被施加到转换器,并通过提供线路对地隔离的高压变压器耦合到高压组件。转换器驱动信号通过隔离变压器耦合到转换器开关器件,隔离变压器也提供线对地隔离。


我们的大部分电源使用开关频率在30kHz和70kHz之间运行的转换器,采用FET或IGBTs作为开关元件。转换效率大于90%。转换器拓扑非常适合于驱动大比例升压变压器,因为它使用存储在杂散绕组和互感变压器电容中的能量来切换次级电压,而不是在缓冲或开关损耗中耗散它。


转换器是脉冲宽度调制,并利用集成磁体来存储转换能量。这是一个零电流开启拓扑,可消除开启损耗。它以固定频率运行,这有助于最小化开关频率脉动分量并改善控制回路响应。这种转换器的设计本质上是电流限制的,即使在没有任何外部控制或保护的情况下,该转换器可以连续地运行到一个完全短路,并且甚至可以无限期地经受变压器次级绕组上的完全短路。


所有XP Glassman电源产品采用快速动作电压和电流反馈回路控制与自动交叉。此外,技术用于确保在任何情况下的电压安全、良好控制的斜升电压,包括从电弧、过载或短路的恢复。这可以防止在任何复原条件下的危险电压过冲。


所有XP Glassman电源采用冗余欠压检测,使电源完全受保护,防止任何输入线路电压扰动一直下降到零。这确保产品在断电或大线路丢失时可安全运行。偏置轨电压均来自单个源,使得在接通和断开期间偏置电压的上升和衰减保持与正常运行相同的关系。这消除了反馈运算放大器失去控制和产生不正确的驱动信号的任何可能性。


各种本地和远程控制的可能性也是XP Glassman电源产品的标准。RS232、USB和以太网控制和监控也可用于许多电源。可选的外部串行接口可用于没有集成数字控制的电源。所有的计算机接口在主计算机和高达1000伏的电源之间提供完全的电流隔离。这对于高压电源在高噪声和短暂环境中的运行是非常重要的。无论是在用户端,还是电源本身,这种技术完全隔离和保护敏感的计算机电路。


XP Glassman的绝大多数设计采用快速电弧感应和保护。每当高压电源放电时,高压组件内的存储能量被输送到电源内的串联限制电阻器。这些电阻器需要限制放电电流至保护高压二极管和电容器的水平,并减少产生的电磁干扰。由于XP Glassman的绝大多数电源产品具有快速的电压恢复上升时间,所以在重复电弧中在串联限幅电阻器中消耗的功率与能量和电弧重复频率的乘积成正比。这可能是存储能量值的许多倍。


出于尺寸和布局的考虑,安装足够的限制电阻器来处理所有的这种耗散并不总是实用的。即使电阻器是高能量类型的,并且能够承受电弧的短脉冲串,但它们可能不能承受连续电弧条件。保护是由电弧计数电路提供的,当电弧数量在规定的时间内超过安全极限时,该电弧计数电路抑制HV的产生。这种技术允许在限制电阻器中合理的平均功耗。我们的电弧感测电路在微秒内用阈值提供电源保护,而没有过多的“令人讨厌的”跳闸。电源跳闸后,自动复位通常在5秒内完成。作为一种选择,电源可以永久地锁存。电源的复位可以通过外部信号来完成。电弧淬火特征抑制转换器在每个电弧之后的固定时间段。这允许电弧熄灭。


虽然电弧感应电路的主要目的是保护电源,但在某些应用中,它也可以保护电源驱动的负载。例如,对于通常提供外部串联电阻器的离子源,不需要电弧计数特性。然而,电弧通过“电弧熄灭”特性的快速熄灭保护离子源免受损伤。电弧感应特性的抑制持续时间、灵敏度和频率可以对任何应用进行自定义修改,只要参数保持在维持电源保护所需的范围内。如果与负载串联使用外部电阻器,则应咨询工厂,从而可适当调整电弧感测灵敏度阈值。


当高压输出放电时电弧发生在中心输出线的两厘米处。高压输出的储能通过电弧放电直到电弧熄灭为止。在这张照片中,电弧在大约12kV处熄灭。零是实心的水平线。


电弧熄灭使HV输出禁用20Ms,如输出开始充电之前的延迟所示。输出充电特性使得输出非常快地被充电到大约25%(由电源的额定值和总输出电容和负载决定)。从25%到额定,输出以50毫秒时间常数指数上升,如图所示。


注意,快速初始上升是额定值的25%,而不管输出最初排放的距离有多远。如果输出完全放电,快速初始上升将是完全的25%,在这种情况下15kV。但是,由于12kV灭弧,如图所示,快速上升仅为15kV~12 kV=3kV。


Arc Response - Oscilloscope
60 kV电源电弧响应示波器。


XP Glassman在6kV以上使用的标准高压连接器系统采用带有弹簧加载触点的深井管。连接器的深度随电压水平而变化。该深度设计成,如果电源没有插入匹配电缆而工作,则人员不能接触危险电压。为了安全起见,匹配电缆的屏蔽在底盘上终止。

技术说明

为了帮助您的产品设计,我们已经汇集了一些技术说明供您下载。这些笔记涵盖了许多不同的主题,这将有助于告知您在设计高压电源时的潜在问题和关注点。


下载 高压电阻性负载
下载 高压电源测试流程