matlab00156 电磁脉冲模拟器用高压直流电源

摘要：直流高压电源是电磁脉冲模拟器的直接供给电源，它的性能直接决定脉冲模拟器的主要技术指标。本文设计了一种可为电磁脉冲模拟器供电的直流高压电源，通过AC-DC-AC-DC变换技术实现。本电源主要由低压直流稳压电源、稳压电路、振荡逆变电路及倍压电路组成。通过将市电（即220V交流电）变压器降压、整流、稳压、逆变、振荡、升压、倍压整流等环节变换成直流高压电源。经过实际验证该电源输出电压在0～50kV范围内可调，纹波系数≤5%。最后进行了了4倍压串级整流发生器的结构设计，并使用Protuse进行了仿真和参数调整确定。

关键词：直流高压电源；整流稳压；逆变；倍压整流；Protuse仿真

引言

电磁脉冲即EMP其实是一种瞬变电磁现象，一般具有非常陡峭的上升沿、比较窄的作用宽度、比较宽的频带。电磁脉冲能通过直接耦合、间接耦合、电源或者地线耦合、辐射耦合等各种耦合方式进入电子线路及其设备中，使其设备中电子元器件遭受严重干扰和破坏。几乎所有的电子设备都会有抗电磁干扰指标和辐射指标（比如通讯设备手机），电磁脉冲好像在很多场合时有害的。确实如此，由于电磁脉冲的极大破坏性和干扰性，直接可以导致电子设备失灵或者永久性损坏，在相关领域直接称之为电磁干扰EMI。凡事有利有弊，我们分析过弊端后，后来人们发现，强的电磁脉冲可以作为电磁武器对飞行器、武器、探测器等进行干扰，使其失效。自20世纪70年代以来，随着核技术和电磁武器的发展，有关电磁脉冲的干扰破坏效应，生物效应。工程防护效应的理论和技术，一直备受世界各大国关注。

人工产生电磁脉冲的方法有两种，核爆炸和模拟，由于核爆炸会产生放射性沉降产生很大的污染，且其本身具有极大的危险性，而模拟技术可以再实验室或者移动空间中产生电磁脉冲，并且由人为可控，其优势可想而知，所以电磁脉冲模拟技术得到了极大的关注。

作为电磁脉冲模拟器的供给电源，对于模拟器的模拟性能有着极大的影响。为此本文设计了一种可为电磁脉冲模拟器供电的可调直流高压电源。

2 高压直流电源设计

稳压电源的技术参数分为两类，1是特性指标，如输出电压、电压可调范围；2是质量指标，即代表这稳压电源的优劣，包含稳定性、输出电阻、纹波系数、温度系数（温漂）等等。

此次设计电源的方案是：将220V~50HZ工频交流电通过降压、滤波和稳压转换为18V直流电，该18V直流电直接向后续的振荡器供电，振荡器产生高频电压脉冲，高频电压脉冲通过脉冲变压器产生较高的脉冲电压，再经过倍压整流电路得到一个直流高压输出。系统总体框图如图2-1：

2.1直流稳压电源的设计

直流稳压电源电源基本构成如图2-2所示，主要是由电源降压变压器，桥式整流电路，滤波电路和由三端稳压芯片LM7818和滤波电容构成的稳压电路所组成。市电进入电源变压器后，电源变压器主要是降压，将市电220V电压变降压为所需要的24V交流电压，然后通过桥式整流电路将24V交流电压变成脉动的直流电压。可是该电压仍然具有较大的纹波，必须通过滤波电路将其去除，此次我们使用电容作为主要的滤波器件，使用大小电容组合对纹波进行滤波，大电容一般选用电解电容，主要滤除较低频纹波，小电容一般选用瓷片电容，主要滤除高频纹波，通过滤波电路的得到较为平滑的直流电压。滤波的作用只是将纹波去除，但是对于随电网电压波动（±10%左右）、负载和温度的变化，直流电源还是会有跳动。要想实现稳压，还需要再加一个稳压电路。图2-3为直流稳压电源的原理电路。

图2-3中，V1是工频信号源，TR1为降压变压器，市电经过电源变压器TR1后，变压器次级电压下降为24V左右，经过桥式整流电路和滤波电容C1、C2后，进入LM7818芯片输入端，由LM7818的③脚输出稳定的直流18V工作电压。LM7818输入端电容C1主要对桥式整流进行低频滤波，使其更为平滑，C2主要滤除电路的高频纹波，LM7818输出端电容C9对7818的输出进行再一次平滑，防止低频跳动，C10防止LM7818输出端接容性负载时稳压器自激，以及提高带载能力。