樊生文;戴伟;王泽庭
【摘 要】随着高压直流电源技术的逐渐成熟,应用于工业、农业、航天、医疗等的领域越来越普及,对高压直流电源的技术参数的要求就越来越高,纹波大小和稳定度是影响高压直流电源质量的两个关键因素.本文设计了一台90KV/1mA的高压直流电源应用于电子显微镜以及曝光机等,现对其技术参数纹波大小和稳定度进行测量,介绍了纹波的测量方法以及影响稳定度的因素.%With the gradually mature of High-Voltage Direct Current Power Supply technology, it is popular to apply in industry, agriculture, aerospace, medical and other fields. Technical parameter requirements for High Voltage DC Power Supply is more and more high, however, ripple size and stability are two key factors affecting its quality. This paper designed a 90KV/1mA High Voltage DC Power Supply used in electron microscopy and exposure machine, etc. This paper have a measurement for ripple size and stability, and introduce the ripple measurement method and the factors that affect stability. 【期刊名称】《电子测试》
【年(卷),期】2017(000)020
【总页数】3页(P32-33,31)
【关键词】高压直流电源;纹波;稳定度
【作 者】樊生文;戴伟;王泽庭
【作者单位】北京市变频技术工程技术研究中心,北京市电力节能关键技术协同创新中心,北京电动车辆协同创新中心,北京,100144;北京市变频技术工程技术研究中心,北京市电力节能关键技术协同创新中心,北京电动车辆协同创新中心,北京,100144;北京市变频技术工程技术研究中心,北京市电力节能关键技术协同创新中心,北京电动车辆协同创新中心,北京,100144
【正文语种】中 文
随着科技的不断向前发展，高压直流电源被广泛的应用于各行各业，在工业领域、农业领域、国防科技方面以及通讯电力、科研、医疗等领域，都需要高压直流电源的支撑[1-4]。被誉为“科学之眼”的电子显微镜就是在高压电源的发展基础上应用而生[5]电子显微镜是利
用电子束和电子透镜，在非常高的放大倍数下成像观察细微结构体的仪器。目前我国的电子显微镜主要依靠进口，一方面是因为电子透镜的方面的技术因素，另一个重要的方面就高压直流电源的研制受到限制。对于一个功能强大的电子显微镜来说，高质量的高压直流电源是至关重要的，而影响高压直流电源质量的关键因素在于纹波大小和电源稳定度，电源的稳定度是电镜性能好坏的一个极为重要的标志。在与中国科学院电工研究所合作下，本文设计并研制出一台90KV/1mA高压直流电源样机，用于电子显微镜技术的研究。本文主要对样机的纹波大小和电源稳定度进行测量验证。电源的技术参数：
（2）电压稳定度不大于0.05%
（3）额定输出电流1mA
（4）额定输出电压90KV
法兰锻造纹波的定义是指：叠加在直流电压或电流稳定量上的交流分量。对于开关电源来说，纹波的产生主要来源于：输入低频纹波，开关高频纹波，有由寄生参数所引起的共模纹波，器
件开关过程中产生的超高频谐振噪声，闭环控制引起的纹波噪声[6]。
纹波会对电气设备产生危害，降低电源效率，严重时会使电源无法正常工作，因此高精度的设备对电源纹波有严格的要求。
1.1 纹波测量分析
图1所示为高压输出电压纹波测量电路。串联电容由10个相同的电容构成电容C。
由图1，可以得出纹波电压的计算公式：
其中C0为电阻电压测试装置的内部电容，U0为电阻两端的电压。
为了验证这种测量方式的正确性以及准确性，对一个已知纹波电压大小的设备进行试验。测试电路如图2和图3所示。
验证电路的总阻抗：
前两项为虚部，后一项为实部，计算得阻抗角为：
由（4）可知，阻抗角与电阻值密切相关。
1.2 测量结果分析
试验条件如下所示：纹波电压622V，频率5OHz，电容C为4.7nF,电阻R为1K～300K。
分别测出在不同阻值下的纹波电压，如图4-图8所示。
电阻线将数据统计如下表1所示。
根据表1中的实际计算值是根据阻抗角和实际纹波电压值计算得出。从表1可观察出实际计算值比测量值小，分析原因是由于测量误差以及读数误差造成的。当电阻值较小的时候，电阻上的分压小，测量工具的精度影响测量结果。另外一方面，电阻值太大会使测量工具的内部电容对测量电路的影响较大，即阻抗角不能太小。通过测量值和阻抗角得到的计算值要比测量值和倍数得到的计算值要准确。综合分析取阻抗角为81.601时为最佳测量方式。通过以上实验也能够证明这种测量纹波方式的可行性。当取阻抗角为81.601时，考虑测量误差为：
对高压直流电源纹波进行测量，取阻抗角为81.601时，在额定输出下，通过电容隔直，测得电阻两端实际纹波电压波形如下图8所示。
本高压电源采用调节基准电压源Vref控制高压输出U0大小的方式，在系统的放大倍数足够大且误差放大器输入阻抗足够高的条件下，基准电压与输出电压的关系有[9]：
其中Rf为采样电阻，R为采样电阻塔，RS、R0为基准电阻。对（6）进行变换，得 ：
将（7）对U0取全微分得：
将（6）式代入（8）式归一化得 ：
叶轮设计式（9）表明，高压直流电源的输出电压的稳定度与参考电压源，采样电阻，采样电阻塔，基准电阻的稳定度有着直接的联系，因此，在选择参考电压源时，其稳定度至少要比高压电源稳定度高一个数量级，电阻采用高精度，低温漂系数的精密电阻。
1.3 实验分析
在额定90KV/1mA输出条件下，采样电阻塔为10个300M电阻组成，采样电阻为3个100K电
阻串联（为了使测量位数更高更准确），构成分压比为1:10000，即采样电阻上1V电压，对应负高压输出10KV。测一个电阻上的电压，经过两天加载实验测得如下数据（每次加载时间以四个小时为准），如表2所示。
顶到子宫肚子涨
从表中可以看出输出电压稳定度在0.015%～0.021%之间变化，其电压稳定度低于0.05%，满足设计要求。
本文分析了纹波产生来源，详细介绍了一种测量纹波大小的方法，并验证了所设计电源纹波电压满足设计要求。而后，分析了影响输出电压稳定性的因素，合理选择基准源，基准电阻，采样电阻，能够有效改善输出电压稳定度，并通过样机长时间加载实验，验证了本文设计的高压电源具有较高的稳定性，对高精度高压直流电源的设计具有一定的参考价值。
压延膜【相关文献】
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