高频开关高压电源在电除尘器中的研究与应用

基于浙江嘉环与Genvolt联合研制的32 kW 高频开关 HV 电源，提出串联谐振与电压倍增结合的工程化设计方案

关键词
串联谐振, 电压倍增, 静电除尘器, 高频开关高压电源

在工业烟气治理领域，静电除尘器（ESP）的性能直接决定了锅炉、窑炉等重点排放源能否达标。随着对低排放、高能效与低运维成本要求的不断提高，高频开关高压电源作为电除尘器的核心部件，正在成为行业竞逐的焦点。本文基于 WANG Renjin、WEI Yunfeng（浙江嘉环电子有限公司、Genvolt）在高频开关 HV 电源方面的研究成果[1]，对其设计思路、关键技术与工程应用价值进行梳理与行业化解读。文章重点关键词包括：串联谐振、电压倍增、静电除尘器、高频开关高压电源。

该研究提出了面向 ESP 的高频开关 HV 电源整体解决方案。系统采用三相整流输入，放弃大量高容量电解电容，改用高品质滤波电容（约 100 μF）以提高可靠性与寿命；逆变单元采用串联谐振逆变器并以脉冲频率调制（PFM）为主，使输出可通过频率控制获得理想电压波形；升压部分采用高频变压器配合电压倍增整流架构，既减轻了高频变压器的绝缘与分布电容负担，又降低了高压整流器件成本与热治理难度[1]。

在工程指标与实验验证方面，研发机型实现了 0–80 kV 负极输出、0–400 mA（32 kW）额定性能，效率超过 90%，功率因数>0.9，输出纹波<5%，并能在环境温度 -30℃～+50℃下可靠工作。油浸密封结构与循环油冷却设计使整机最高油温上升控制在约 20℃以内，从而大幅提升开关器件（如 IGBT）与电容寿命。另有专门的放电限流电路将 80 kV 下的放电电流限制在一定范围内，以减轻电容组因电晕或电场放电导致的冲击能量[1]。 从电气性能来看，高频开关电源的电压上升速率约为 20 kV/ms，这种快速线性斜坡有利于抑制反向辉光（back corona）并在间歇运行模式下减小粉尘高电阻体的排放损失；同时，PFM+串联谐振的方案在面对频繁闪络（每秒级）与大幅负载波动时展现了良好的稳态与抗击穿能力，适合工业现场的复杂工况。该设计还在控制端实现电压/电流双闭环 PID，既可做恒压，也可做恒流控制，响应带宽足以滤除三相整流后的低频纹波。 行业应用与价值方面，高频开关 HV 电源在纸浆造纸、钢铁、水泥、化工等行业的推广具有显著意义：一是有助于电除尘器在对高电阻灰分（如纤维状、低导电性粉尘）处理时保持高除尘效率，降低二次排放风险；二是通过提高功率因数与转换效率，减少电耗并降低长期运行成本；三是借助快速斜坡与可编程脉冲控制，有效减少因反向辉光带来的电场损失与设备磨损，从而降低运维成本与检修频率。 结合艾尼科（Enelco）在极板、极线与电场优化的长期工程积累，企业可将上述高频开关 HV 电源集成到现有电除尘改造案例中，通过电场几何优化、极板表面处理以及高频脉冲配套策略，实现更低的排放指标与更佳的运行经济性。未来趋势上，随着 SiC/GaN 等宽禁带功率器件的成本下降，高频化、模块化与智能化将进一步提升设备能效与可靠性，支持在线远程诊断与按需波形配置，适配中国严格的排放与能耗双控要求。 综上所述，将串联谐振逆变、PFM 控制与电压倍增整流相结合，是实现在严苛工业环境下稳定输出、高效除尘的可行路径。对产业用户而言，采用此类高频开关 HV 电源不仅可帮助企业达成排放合规，更能在设备寿命、能耗与运维成本上带来长期回报。有关本文所述设备的具体参数、试验细节与工程案例，可参考原始研究并联系艾尼科进行定制化咨询[1]。 参考文献 [1] WANG Renjin, WEI Yunfeng. Research on High Frequency Switched HV Power Supplies for ESP. 11th International Conference on Electrostatic Precipitation. Zhejiang Jiahuan Electronic Co., Ltd; Genvolt. (原文研究与测试数据来源)