世纪新天 SJ2202系列直流高压电源 技术白皮书

版本：V1.0 发布单位：世纪新天（苏州）大数据科技有限公司 日期：2026年09月

摘要

SJ2202系列为高性能大功率19英寸标准机架式数字化高压直流电源，是SJ2200系列的升级大功率版本，电压覆盖1kV150kV，额定功率最高2kW，支持正极性P、负极性N机型，输出电压电流全量程连续可调。采用ZVS高频软开关逆变+多级精密倍压整流拓扑，恒压CV/恒流CC自动平滑切换；搭载纳秒级电弧检测保护，满载效率≥90%。支持本地面板、010V模拟量、RS485 MODBUS，可选TCP网口远程控制，标配外部安全门联锁。面向离子束/电子束、离子注入、静电驻极、高压电容充电、大功率绝缘老化测试等高端科研与成套装备场景，是大功率自动化高压系统国产化优选方案。

关键词：SJ2202；大功率机架高压直流电源；19英寸机柜；离子注入；电子束电源；静电驻极；纳秒电弧保护

目录

1. 概述
2. 应用场景与行业痛点
3. SJ2202系列产品介绍
4. 核心技术架构
5. 详细技术规格参数
6. 典型系统搭建方案
7. 典型输出特性与实验案例
8. 控制、接口与上位机软件
9. 安全规范与使用注意事项
10. 应用领域
11. 产品选型与定制扩展服务
12. 总结 附录A：术语与缩略词 附录B：企业信息

1. 概述

SJ2202系列是世纪新天高性能大功率19英寸机架安装高压直流稳压稳流电源，分为正极性（P）、负极性（N），电压档位1kV150kV，最大功率2kW，0至额定电压连续可调，支持恒压CV、恒流CC无扰动自动切换。整机3U/4U机架机箱，适配标准工业机柜；大功率型号支持三相AC380V输入。前面板彩色LCD+旋转编码器，支持多组参数预设、断电记忆、可编程缓升压。 多控制方式兼容：本地面板调节、010V外部模拟量、光电隔离RS485 MODBUS-RTU数字程控，可扩展TCP网口通信；标配外部安全联锁接口。内置OVP过压、OCP过流、短路、过热OTP、纳秒级电弧保护；高压软启动抑制上电冲击。本系列输出连续直流高压，非脉冲输出，适合大功率负载、长时间不间断、无人值守自动化成套系统。

说明：SJ2202对比SJ2200，电压上限提升至150kV，额定功率升级至2kW，转换效率更高，面向离子注入、电子束等大功率真空负载；台式机型请选用SJ6000/SJ6002；纳秒脉冲高压选用SHVP系列脉冲电源。

2. 应用场景与行业痛点

2.1 典型应用场景

离子注入、电子束/离子束稳态供电；静电驻极、大功率静电喷涂；高压电容充电；粒子加速、静电透镜大型真空系统；大功率电缆、绝缘材料长时间直流耐压老化；深海观测岸基高压供电；高端科研成套高压试验平台。

2.2 当前行业痛点

1. 进口大功率、超高机架高压电源采购成本极高，交付周期漫长，维修备件稀缺；
2. 普通国产高压源功率密度低，满载发热严重，长时间连续运行稳定性差；
3. 电弧保护响应慢，真空放电击穿时极易损毁电源内部功率器件，不适合离子束、加速器这类贵重真空腔体；
4. 缺少完整联锁系统，集成到成套真空装备时安全管控难度大；
5. 上电冲击大，大功率负载、高压电容负载上电瞬间冲击，损伤样品与腔体组件。

3. SJ2202系列产品介绍

✅ 核心特点

• 标准19英寸机架机箱（3U/4U），电压覆盖1kV150kV，最高功率2kW，正/负极性可选，0额定电压连续可调；
• CV/CC双模式自动平滑切换，数字化闭环控制，满载效率≥90%，发热低，适合长期满载运行；
• 纳秒级电弧检测保护，拉弧瞬间快速闭锁高压，保护真空腔体、昂贵试样；
• 三合一控制：本地面板+0~10V模拟量+RS485 MODBUS，可扩展TCP网口；
• 可编程缓升压软启动，自定义升压斜率，抑制电容类负载上电冲击；
• 前面板彩色LCD+编码器，多组参数预设、断电记忆、高压钥匙使能；
• 全套硬件保护：OVP过压、OCP过流、短路保护、过热OTP、纳秒级电弧保护；
• 标配外部安全门联锁接口，适配真空腔体、成套装备安全系统；
• 高屏蔽机箱、低EMI设计；智能温控强制风冷，适配密闭机柜大功率工况；
• 后置高压输出端子，高压屏蔽线缆输出，便于机柜内部成套布线集成。

4. 核心技术架构

4.1 大功率ZVS软开关逆变+精密高压倍压拓扑

市电经EMI滤波、主动PFC功率因数校正，采用ZVS零电压软开关逆变，降低开关损耗、提升整机效率；多级低温漂精密倍压整流输出直流高压；高压采样回路采用高精度高压分压电阻，实现CV/CC闭环稳压稳流。

4.2 FPGA高速数字化闭环控制单元

FPGA+高速ADC实时采集电压、电流；负载大范围阻抗变化时，恒压/恒流平滑切换，无跳变；实时识别电弧放电信号，纳秒级响应切断高压并锁存故障代码。

4.3 可编程缓升压与电弧监测单元

可自定义升压速率，缓慢建立高压，适配高压电容、真空腔体容性负载；实时监测输出放电电弧，触发后立即闭锁高压，并输出故障继电器信号给到上位机/PLC。

4.4 多重独立硬件保护回路

硬件独立保护通道，不依赖软件；过压、过流、短路、超温、电弧故障时快速切断高压，保护电源与昂贵真空试样。

4.5 光电隔离程控与安全联锁接口

模拟量、RS485通信、外部安全门联锁全部光电隔离，高压侧与控制系统隔离，防止高压串入PLC、工控机，保障整套自动化装备安全。

5. 详细技术规格参数

备注：不同电压档位机箱高度、功率、输入电源规格不同，选型需确认额定功率。本设备输出连续直流高压，非脉冲电源，仅用于工业设备集成与科研实验，严禁直接对人体施加高压。

6. 典型系统搭建方案

6.1 整套系统组成

1. SJ2202大功率机架式直流高压电源（安装于19英寸标准机柜）
2. 后置高压屏蔽输出线缆
3. 负载装置：真空腔体、离子源、电子枪、高压电容、电缆样品夹具
4. 选配：高精度高压分压器、微电流采集模块
5. 工控机/PLC（自动化控制，选配）
6. 选配：外部安全门联锁、声光高压报警、数据记录仪

6.2 连接原理简述

电源上架固定于标准机柜，接入供电并可靠接地；预先设置OVP/OCP保护阈值、升压速率；高压线缆连接至真空腔体或大功率负载；可选择面板本地控制，或PLC/上位机通过RS485/0~10V远程控制。开启高压使能，电源按设定斜率缓慢升压。电源实时监测电压电流，一旦检测电弧、击穿短路，立刻闭锁高压并输出故障信号给自动化系统，上位机记录故障日志。

7. 典型输出特性与实验案例

7.1 典型输出特性

大功率连续稳定直流高压，满载效率高、发热低，长时间运行温漂小；支持容性负载（高压电容）缓慢充电；真空负载击穿电弧出现时，纳秒级关断高压，保护昂贵腔体组件；适配高阻、变阻、真空放电、容性大功率负载。

7.2 典型实验案例

• 离子注入、电子束、离子束设备稳态高压偏置供电；
• 静电驻极、大功率静电喷涂成套工业装备；
• 高压电容缓慢恒压充电实验；
• 粒子加速、大型静电透镜真空实验平台；
• 大功率电缆、绝缘材料长时间直流耐压老化无人值守测试；
• 深海观测岸基高压供电、大型科研成套高压试验系统。

8. 控制、接口与上位机软件

1. 前面板：电源总开关、高压钥匙使能；彩色LCD屏，旋转编码器粗/精调电压电流；显示输出电压、电流、CV/CC工作状态、故障代码；支持多组参数预设、断电记忆。
2. 后置接口：RS485端子、0~10V模拟量输入、外部安全门联锁、故障报警继电器输出；可选网口TCP。
3. 高压输出：后置专用高压屏蔽电缆端子。
4. 配套上位机软件：电脑远程设置电压电流保护阈值、启停高压；实时采集存储电压电流曲线，支持自动化脚本批量扫描，导出实验数据；可对接PLC开发成套真空装备自动化流程。

9. 安全规范与使用注意事项

⚠️ 本设备输出千伏级连续高压，大功率版本储能能量高，严禁人体接触高压输出端，严格遵守高压实验室/成套真空装备安全操作规程。

1. 可靠接地：设备保护地端子必须单独可靠接地，接地电阻≤4Ω；接地不良禁止开机。
2. 人员资质：操作人员必须经过高压安全专项培训；自动化真空系统必须配置安全联锁，建议双人值守。
3. 环境防护：机柜与实验区域保持干燥无凝露；真空腔体配备安全防护罩、高压警示标识。
4. 操作防护：接线、更换样品、检修回路时，关闭高压使能、整机断电，使用高压接地棒充分释放残压；佩戴绝缘手套，单手操作。容性负载断电后残压维持时间更长，务必多次放电。
5. 开机前检查：高压电缆无破损龟裂；负载、真空腔体绝缘完好；预先设置OVP/OCP保护限值，低压预测试。
6. 操作流程：确认接线、安全联锁正常，人员撤离高压危险区，再开启高压，缓慢升压；运行期间禁止触碰高压端子与真空腔体。
7. 停机放电流程：电压归零 → 关闭高压使能 → 设备断电 → 高压接地棒多次放电；确认无残压后方可接触样品。高压线缆、真空腔体、电容会储存大量电荷，断电长时间保留残压。
8. 故障处理：电弧、短路、过热告警时，设备自动切断高压；禁止直接复位强行升压，排查负载绝缘、线路、真空状态后再重启。
9. 设备维护：非厂家人员禁止开盖，内部储能高压电容带有残压，私自开盖有触电风险并失去质保。

10. 应用领域

SJ2202系列大功率机架式可编程高压直流电源，凭借19英寸机架结构、2kW大功率输出、150kV超高电压、纳秒级电弧保护、外部安全联锁，面向真空离子设备、大功率静电工艺、加速器、高压电容充电等高端科研与工业成套装备，设备仅用于设备配套与科研实验，严禁直接对人体施加高压。

1. 离子束、电子束、离子注入真空装备 离子注入机、电子枪、离子源稳态高压偏置供电；粒子加速器、大型静电透镜、真空离子迁移系统配套高压电源，纳秒电弧保护保护昂贵真空腔体。

2. 静电工艺工业化成套设备 静电驻极、大功率静电喷涂、粉体静电分离成套工业装备，长时间连续稳态电场输出。

3. 大功率绝缘耐压与老化测试 高压电缆、厚壁绝缘材料直流击穿、长时间电老化自动化测试，支持大功率容性试样、无人值守长时间试验。

4. 高压电容充电实验 薄膜高压电容、储能电容器恒压充电、老化实验，可编程缓升压抑制充电冲击。

5. 大型科研平台与特种高压供电 粒子物理、真空物理大型科研机柜集成；深海观测网岸基高压供电等特种高压场景。

11. 产品选型与定制扩展服务

11.1 标准型号选型

SJ2202-1-P/N：01kV，正/负极性 SJ2202-5-P/N：05kV，正/负极性 SJ2202-10-P/N：010kV，正/负极性 SJ2202-20-P/N：020kV，正/负极性 SJ2202-30-P/N：030kV，正/负极性 SJ2202-50-P/N：050kV，正/负极性 SJ2202-100-P/N：0100kV，正/负极性 SJ2202-150-P/N：0150kV，正/负极性

11.2 非标定制

更大输出功率、三相380V输入、超低纹波版本、TCP网口通信、多路独立高压通道、自定义联锁逻辑、定制机箱高度与接口定义。

11.3 配套服务

出厂高压校验、机柜集成指导、现场安装调试、高压安全培训、质保维护；协助搭建离子注入、电子束、大功率耐压测试整套真空实验系统方案。

12. 总结

SJ2202系列是世纪新天高性能大功率19英寸机架式数字化高压直流电源，电压覆盖1kV~150kV，最高功率2kW，正负极性可选，恒压恒流自动切换，搭载纳秒级电弧保护，满载效率≥90%，支持面板、模拟量、RS485多模式远程程控与外部安全联锁。对比SJ2200，电压上限、输出功率全面提升，专门面向离子注入、电子束、静电驻极、高压电容充电等大功率真空与工业成套装备。国产化替代进口大功率机架式高压直流源，降低高端科研装备采购成本，为真空离子设备、大功率绝缘老化、粒子物理实验提供稳定可靠大功率高压平台。

附录A：术语与缩略词

CV：恒压模式 CC：恒流模式 OVP：过压保护 OCP：过流保护 OTP：过热保护 MODBUS-RTU：工业串行通信协议 ZVS：零电压软开关 kV：千伏

附录B：企业信息

世纪新天（苏州）大数据科技有限公司 自主品牌：世纪新天 主营：SHVP系列高压脉冲电源、SJ6000/SJ6002台式高压直流电源、SJ2200/SJ2202机架式直流高压电源、SHVM嵌入式高压脉冲模块 应用方向：等离子体激励、激光电光驱动、质谱仪器、半导体可靠性测试、生物医学脉冲实验、强电磁效应科研装备、静电材料制备、绝缘高压测试、真空离子源成套装备、离子注入与电子束装备