导言
电容器充电器在各种电子和光电系统中起着至关重要的作用，它能确保高压电容器高效可靠地充电，从而达到最佳性能。电容器充电器是为激光系统、脉冲紫外线设备和新兴的磁刺激疗法医学中的高压电容器充电的重要组件。 这些电源结合了高压和大电流的严格要求，因此设计和实施对整个系统的可靠性至关重要。
本系列应用说明探讨电容器充电器及相关电路的设计、运行和优化。重点是电容器充电器设计、基本充电电路和脉冲高压电路中使用的附加元件等关键原理。 此外，还将讨论缓解电压反转、大型电容器充电和热管理等问题的实用解决方案。 必要时还将提供计算公式。
电容器充电器设计
电容器充电器是专为脉冲电源应用而设计的电流源，用于控制高压电容器的充电。 普通电压源电源可设置特定的输出电压，输出电流可由负载控制，而电容器充电器则不同，当电容器电压升高至完全充电时，充电器会预设输出电流。当电容器从 0 电压充电（基本上是短路）到充满电时，控制电容器的输出电流可简化电源的控制和保护电路。 电压源电源无法轻松地为电容器充电，因为当连接到未充电的电容器时，其短路保护会使输出电压 "折返"。电容器充电器还包括额外的安全和保护电路，旨在加强用户的安全以及电源或高压输出电路中可能出现的故障。
电容器充电方法
脉冲应用中最常用的电容器充电
方法是完全放电和部分放电
高压输出。顾名思义，完全放电允许电容器每次放电到零。然后启用电源，将电容器充电至设定电压，并重复放电循环。图 1 是一个简化的脉冲形成网络示例，用于为固态激光系统中的氙闪光灯提供高峰值电流。对于 5kV 以下的电压，放电开关通常采用可控硅，而对于更高的电压，则首选 Thyratron。闪光灯的重复频率通常在 100Hz 以下，但准分子激光器可能需要几千赫兹的脉冲宽度。
图 1
标准公式
电容器充电器有两种额定功率，以焦耳/秒（J/s）表示，即峰值 功率和平均功率。 峰值额定功率用于计算充电时间 ，平均功率用于确定充电时间 。
最大重复频率。图 2 说明了平均功率和峰值功率之间的区别。 估算应用所需能量的最简单方法是使用以下公式：
能量/脉冲（焦耳）=0.5 xCV2
充电速率 = 能量/脉冲 x 重复速率
在哪里？
C = 以法拉为单位的电容器
V = 所需充电电压
赫兹重复率
图 2
举例说明： 以 20Hz 的重复频率将 75uf 电容器充电至 1000 V 所需的充电速率。
充电速率 = 0.5 * 1000v2* 75uf * 20 = 750 焦/秒。
为了在脉冲之间的高压电路中留出一些沉淀时间，建议选择充电率稍高的电容器充电器。在此应用中，建议使用 750V 的 LCH1000-100 1000 瓦电容器充电器。
局部放电应用
当今的许多脉冲应用都受益于改变放电脉冲宽度的能力，而这在标准的全放电电路中很难实现。 部分放电电路利用电容器组中的大量储能，并根据需要改变负载的脉冲宽度。 图 3 是一个简单的部分放电电路
，它使用一个大容量存储电容器（在某些情况下有许多法拉）和一个 IGBT 驱动板来对负载进行脉冲放电。 启用电容器充电器后，它将对电容器组充电，这可能需要几秒钟的时间，具体取决于总电容。 触发 IGBT（绝缘栅双极晶体管）驱动板，以所需的脉冲宽度向负载产生方形脉冲。 图 4 是典型的部分放电波形示例，显示了初始充电电压（V max）和电容器放电时的电压下降（V droop）。 在大多数应用中，Vmax 的 5% 至 10% 的电压下降是可以接受的，但如果根据所需的脉冲宽度适当调整电容器组的大小，电压下降的时间可以更长。典型的脉冲宽度从几百微秒到几十毫秒不等。
图 3
一般来说，充电能量的计算公式为
E = 0.5 x C 载荷 x (Vm2-Vd2)
地点
C= 以法拉为单位的电容器组
Vmax = 最大充电电压
Vdroop = 可接受的最低下降电压
要确定电容器充电器的大小，可将重复率乘以刷新电容器所需的能量。
图 4
防止反向电压
在高压（HV）电容器充电电路中，防止反向电压对于确保电容器充电器的安全性和使用寿命至关重要。反向电压情况--无论是由错误接线、电感回跳还是负载的能量回馈引起--都会对电源和相关高压元件、半导体和电容器造成灾难性的损坏。有效的反向电压保护可通过阻断或安全地改变不需要的电流流向来保护电路。 电压反向的 损坏阈值很难量化，但如果反向导致输出电流大于电源的额定 输出电流，则应在负载上添加保护二极管 。
电路。有关设计的更多信息和帮助，请联系客户服务部门。sales@newsourcetechnology.com | 925-462-6888
脉冲功率组件
图 5：用于激光和紫外线应用的典型闪光灯脉冲系统
图 5
闪光灯模拟电源
煨热电源是灯基激光或强脉冲光（IPL）系统中使用的专用电源，用于在主放电脉冲之间维持持续的低水平电流流过灯管。这一过程称为 "煨"，有助于稳定灯管并延长其使用寿命。 一旦触发闪光灯，"煨 "电源就会在主放电脉冲之间向闪光灯提供涓流电流（通常为 100 至 150mA）。 该电流可维持电弧，因此无需在每个脉冲之间重新触发闪光灯。
这种已建立的电流路径可确保主脉冲期间闪光灯的放电更加稳定和一致，从而减少脉冲能量的变化。通过降低电弧膨胀的严重程度，煨焰有助于保护闪光灯，避免过早失效。煨焰还能为点火变压器提供主脉冲，从而自动点燃闪光灯。
1000 伏 IGBT 驱动器电路板
IGBT 驱动器电路板设计用于在部分放电脉冲高压应用中与 LCH 系列电容器充电电源配合使用。该电路板的输出能力高达 800 安培，为设计人员提供了驱动闪光灯、脉冲紫外线、激光或等离子设备的成熟构件。图 5 显示了基于局部放电灯的典型系统中的 IGBT 电路板。 系统的主控电路可触发栅极电压，以改变灯管的脉宽。 当上升时间为 10µsec 时，脉冲宽度可达 50µsec至 1ms。
脉冲系统工作表
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