高压信号放大器 ，有±5kv的直流电源，怎么放大±AC5v的信号到AC5000V的信号

colinhnu

高压信号放大器 ，有±5kv的直流电源，怎么放大±AC5v的信号到AC5000V的信号 [复制链接]

 

请教一下有没有做过类似高压信号放大电路的，可以给我一个参考吗，我在网上也找了些都是1000V的。
我还是学生一枚，所有好些高压的东西还没有做过，希望有做过的大侠给一个方案，我学习学习。谢谢！

maychang

楼主的放大器带宽要求多少？狭带放大比较容易，带宽要求很高则比较困难。

maychang

另外，原帖没有说放大后的5kV信号需要输出多大功率或者电流，也没有说放大后的负载类型(电阻性、电感性……)。这些条件不同，这个放大器的难度相差很大。

chunyang

楼主应该换个思路，这里不存在什么“放大”问题，想要得到高压交流，最简单的办法是用变压器升压。如果需要较大功率，直接升压无法满足，在已有高压源的情况下可以考虑“调制”法，即采用低压信号去控制高压开关来实现。需要正弦的话，可以再用低通滤波器修型。不过鉴于实现高压开关并非易事，具体方案需要考虑频率和功率。不过就多数应用来说，高压交流信号一般都是是低压振荡器经由变压器升压实现，一个典型例就是CRT电视机/显示器的二、四阳极高压，对于大尺寸彩电而言，这个电压有上万伏特，该电压就是由行输出变压器实现的。

chunyang

楼主的问题恐怕是“作业题”或者“创意题”，并非实际应用。如果是实际应用，那就不会受题设条件的限制，用220V电网直接供电，经由开关电源带振荡器和变压器得到需要功率的高压交流源，当然这也是CRT彩电/显示器的做法。只要频率不是高到升压变压器太难制作，这个方法就是主流。

maychang

我的一个回复，不知道怎么回事，被审核掉了。

楼主没有说该放大器输出功率(或者输出电流)，也没有说负载性质(电阻性、电感性……)。这些条件不同，制作这样一个高压放大器的难度也大不相同。

chunyang

maychang 发表于 2018-7-6 13:07
我的一个回复，不知道怎么回事，被审核掉了。

楼主没有说该放大器输出功率(或者输出电流)，也没有说负载 ...

maychang的管理权限应该可以自行操作通过“审核”的，在管理页面试试。

colinhnu

maychang 发表于 2018-7-5 17:43
楼主的放大器带宽要求多少？狭带放大比较容易，带宽要求很高则比较困难。

谢谢大家的回复。带宽要求：-3dB 1KHZ,电流为5mA左右，不需要太大。这个是用于电喷印的课题项目，想把它做好点。低压的电路我也看了下，也能理解。但这个电压太高，怕好多参数，或者器件不合适，毕竟没有这方面的工程经验。都是些理论的东西。如果能接近的高压方案我参考下就好了，我自己也学习一下。

colinhnu

maychang 发表于 2018-7-5 17:43
楼主的放大器带宽要求多少？狭带放大比较容易，带宽要求很高则比较困难。

谢谢大家的回复。带宽要求：-3dB 1KHZ,电流为5mA左右，响应：100V/US(这个参数很高，感觉）。不需要太大。这个是用于电喷印的课题项目，想把它做好点。低压的电路我也看了下，也能理解。但这个电压太高，怕好多参数，或者器件不合适，毕竟没有这方面的工程经验。都是些理论的东西。如果能接近的高压方案我参考下就好了，我自己也学习一下。

maychang

colinhnu 发表于 2018-7-10 17:31
谢谢大家的回复。带宽要求：-3dB 1KHZ,电流为5mA左右，响应：100V/US(这个参数很高，感觉）。不需要太大 ...

这个要求，使用硅钢片铁心变压器一点问题也没有，使用铁氧体铁心变压器也可以，但体积可能比硅钢片铁心变压器还要大一些。
100V/us的电压上升速度，只要变压器带宽做到5kHz，就可以实现这个电压上升速度。
关键是变压器设计。不能简单地像工频电源变压器那样，绕完初级垫上绝缘再绕次级，必须采用初级次级夹层绕法。此外，次级因电压很高，除注意绝缘处理外，最好多分几段，以降低绕组的分布电容。
这么高的电压，很容易产生电晕，需要注意别采用聚酯薄膜类绝缘材料，用纸(最好是电容器纸)或者黄腊绸做绝缘层。绕组到铁心的距离要留足。变压器必须浸渍，最好真空浸渍后再大气浸渍。

maychang

colinhnu 发表于 2018-7-10 17:31
谢谢大家的回复。带宽要求：-3dB 1KHZ,电流为5mA左右，响应：100V/US(这个参数很高，感觉）。不需要太大 ...

设计铁心时，不能按照1kHz频率计算，而要在可能的最低频率上计算。例如要求50Hz～1kHz，那就必须按照50Hz计算。另外，因电压高，绝缘层占窗口面积比例较大，铁心在设计时需要留出充分余量。

maychang

colinhnu 发表于 2018-7-10 17:31
谢谢大家的回复。带宽要求：-3dB 1KHZ,电流为5mA左右，响应：100V/US(这个参数很高，感觉）。不需要太大 ...

至于驱动该变压器的功率放大器，其供电电压可以采用你方便的任何数值，例如48V，72V……
另外，你在8楼说是用于电喷印。电喷印的电流好像没有5mA那么大。当然，电流消耗不到5mA，你按照5mA设计就没有问题。
5mA的电流，没有那么细的漆包线。只能按照最细的漆包线来设计，这样又要多占窗口面积。所以变压器铁心更要留出足够余量，设计完成后一定要校核窗口是否能够绕得下去。

colinhnu

maychang 发表于 2018-7-10 19:18
至于驱动该变压器的功率放大器，其供电电压可以采用你方便的任何数值，例如48V，72V……
另外，你在8楼 ...

感谢你的回复。
因为我有正负5KV的直流电源，我也看了一下国外设备的一些资料。他们的方案是采用共源共栅放大电路（好像是这么叫法）。感觉电路原理上还是比较简单，但要我自己去设计，感觉好难！

maychang

colinhnu 发表于 2018-7-11 11:16
感谢你的回复。
因为我有正负5KV的直流电源，我也看了一下国外设备的一些资料。他们的方案是采用共源共 ...

两支管子对5000V直流分压，每支管子至少承担2500V。你在市场上见过耐压2500V的MOS管么？
现在市场上容易买到的管子，耐压一般最大是1000V(超过1000V的不是没有，但价格贵得多，也很难买到)。那么就至少要5支管子分压才能够承担5000V直流电源电压(最好使用八支甚至八支以上管子分压)。
这样的电路不是不能设计出来，不过，那么多管子，还要独立线性驱动，其复杂性可想而知。

colinhnu

maychang 发表于 2018-7-11 11:39
两支管子对5000V直流分压，每支管子至少承担2500V。你在市场上见过耐压2500V的MOS管么？
现在市场上容易 ...

是的啊，电压很高，对器件要求就很高，或者复杂度增加不少。对我来说太难了。只能学习，摸索了！谢谢你的指点！

colinhnu

maychang 发表于 2018-7-11 11:39
两支管子对5000V直流分压，每支管子至少承担2500V。你在市场上见过耐压2500V的MOS管么？
现在市场上容易 ...

是的啊，电压很高，对器件要求就很高，或者复杂度增加不少。对我来说太难了。只能学习，摸索了！谢谢你的指点！

maychang

colinhnu 发表于 2018-7-11 12:00
是的啊，电压很高，对器件要求就很高，或者复杂度增加不少。对我来说太难了。只能学习，摸索了！谢谢你的 ...

学习，是必要的。摸索，没有必要。
前人早已摸索出很多经验和结论，作为应用工程师，我们拿过来使用就是。就怕不知道到哪里去找这些前人早已成定论的知识。

maychang

colinhnu 发表于 2018-7-11 12:00
是的啊，电压很高，对器件要求就很高，或者复杂度增加不少。对我来说太难了。只能学习，摸索了！谢谢你的 ...

可能听说过吧？现在中国已经实现正负750kV直流输电。
750kV直流输电，到用电端可是要变成50Hz正弦交流来为各用电设备供电的。显然这是个逆变过程，而且电源电压是750kV。750kV输电线上绝缘子串，比两个人叠罗汉还长。750kV和你的5kV，相差150倍。其复杂程度，可想而知。

maychang

colinhnu 发表于 2018-7-11 12:00
是的啊，电压很高，对器件要求就很高，或者复杂度增加不少。对我来说太难了。只能学习，摸索了！谢谢你的 ...

还是建议你采用变压器升压实现交流5kV峰值输出。
当然，这个变压器无法到生产变压器的厂家定制，必须你自己设计各项参数，如果你自己能够绕变压器，那就自己绕；如果不具备自己绕的条件，设计好各项参数(包括结构)后交变压器厂家绕制。
很可能变压器一次设计绕制不行，重新来过。这在试制过程中无可避免。

maychang

colinhnu 发表于 2018-7-11 12:00
是的啊，电压很高，对器件要求就很高，或者复杂度增加不少。对我来说太难了。只能学习，摸索了！谢谢你的 ...

另外，可以考虑一下压电变压器，或许这是解决你的问题的一个可能方法。压电变压器是利用压电效应将电能转换成振动(机械能)，再由机械能转换成电能。其输出电压可以做得很高。但我手中并无这方面资料，你可以搜搜看。