專利名稱：數(shù)控直流高壓電源電路的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種智能數(shù)控電壓可調(diào)的直流高壓電源裝置，屬于直流高壓電源領域。
背景技術：
隨著高校的不斷建設，大學物理實驗開放的實驗越來越多，許多物理實驗特別是演示實驗都需要直流高壓電源。因此，設計一種安全性能高且穩(wěn)定的直流高壓電源迫在眉睫。目前，直流高壓電源裝置有兩種:一種是傳統(tǒng)高壓電源，多為線性電源，采用多用變壓器將工頻電直接變壓，然后整流濾波，提供給負載。在工頻條件下，對變壓器以及其他儲能元件要求較高，電源體積龐大，使用不方便。另一種是采用開關電源技術，通過PWM波控制開關器件的導通關閉來調(diào)節(jié)輸出電壓的高低，采用逆變電路來提高變壓器的工作頻率，大大降低了器件的體積與重量，但是，在易受溫漂或老化現(xiàn)象的影響，會產(chǎn)生過大的控制誤差，控制精度有所降低。這將會給實驗室?guī)砗艽蟮陌踩[患。且調(diào)節(jié)直流高壓電源的輸出電壓是通過調(diào)節(jié)可變電阻來實現(xiàn)的，電路壽命不長。

實用新型內(nèi)容本實用新型針對以上電源控制精度低和誤差大的不足，提出了一種數(shù)控直流高壓電源電路。本實用新型解決其技術問題采用的技術方案是:一種數(shù)控直流高壓電源電路，包括:電源接口 U4接入220V的工頻電壓，通過整流橋U3后兩端分別與電解電容C4的正、負極相連；電解電容C4的正極經(jīng)由濾波電感LI后接IGBT功率管Ql的集電極；電解電容C4的負極經(jīng)由濾波電容C8后接IGBT功率管Ql的集電極；微控制器U2將產(chǎn)生的PWM方波輸入到IGBT驅(qū)動芯片U5中，轉(zhuǎn)換成頻率占空比不變幅度為12V的方波，IGBT驅(qū)動芯片U5輸出的方波分別通過并聯(lián)的電阻R3與二極管D3、并聯(lián)的電阻R4與二極管D4接到IGBT功率管Ql和IGBT功率管Q2，驅(qū)動IGBT功率管Ql和Q2輸出頻率占空比不變，電壓交替的、幅度為310V的方波；其中，電阻R3與二極管D3并聯(lián)設置于IGBT驅(qū)動芯片U5與IGBT功率管Ql的柵極之間；電阻R4與二極管D4并聯(lián)設置于IGBT驅(qū)動芯片U5與IGBT功率管Q2的柵極之間；對于方波正值上升輸入時，二極管D3反向偏置延遲IGBT功率管Ql開通、二極管D4反向偏置延遲IGBT功率管Q2開通；對于負值跳變輸入時，二極管D3與電阻R3分流使IGBT功率管Ql快速截止、二極管D4正向偏置與電阻R4分流，使IGBT功率管Q2快速截止；IGBT功率管Ql的發(fā)射極和Q2的集電極分別接入到升壓電路U6的兩端，經(jīng)過升壓電路U6輸出直流高壓電壓。進一步，還包括與微控制器U2相連的液晶屏顯示器Ul ；其中，輸入的交流電壓經(jīng)由工頻變壓器U8變?yōu)?4V的交流電壓，整流橋U7將工頻變壓器U8轉(zhuǎn)換的14V交流電壓整流，再經(jīng)并聯(lián)的電解電容C6和電容C7濾波后變?yōu)橹绷麟妷?，再輸入到電壓轉(zhuǎn)換芯片U9中將電壓轉(zhuǎn)換為12V，一路給IGBT驅(qū)動芯片U5供電，另一路輸入到電壓穩(wěn)壓器UlO中，輸入電壓穩(wěn)壓器UlO中的電壓信號經(jīng)濾波電容ClO后輸出穩(wěn)定的5V電壓給顯不器Ul供電。進一步，所述微控制器U2還連接有復位電路。進一步，所述微控制器U2還連接有按鍵S2、按鍵S3和按鍵S4 ；按鍵S2增加輸出電壓，按鍵S3減小輸出電壓，按鍵S4是開始鍵，按下按鍵S4直流高壓電源裝置開始輸出電壓，5秒后停止放電。進一步，所述微控制器U2還連接有晶振電路。上述方案的有益效果是:該電路有效的減少了高壓電源裝置的控制誤差，提高了控制精度。該電路通過按鍵分多檔調(diào)節(jié)輸出電壓的大小，操作簡單可靠。電路設置有放電時間，當需要放電時，按下開啟放電開關，經(jīng)過5s裝置自動停止放電，大大提高了物理實驗教學的安全性。

圖1為本實用新型的電路圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的原理和特征進行描述。如圖1所示，U2為微控制器，圖中VCC為電源，給微控制器U2提供電源。電源接口U4，接入220V的工頻電壓，通過整流橋U3、濾波電容C4和C8還有濾波電感LI后，輸出3IOV的直流電壓，接IGBT功率管Ql。微控制器U2將產(chǎn)生的PWM方波輸入到IGBT驅(qū)動芯片U5中，轉(zhuǎn)換成頻率占空比不變幅度為12V的方波，IGBT驅(qū)動芯片U5輸出的方波接到IGBT功率管Ql和Q2，驅(qū)動IGBT功率管Ql和Q2輸出頻率占空比不變，電壓為交替的、幅度為310V的方波。C5、D2和C9為IGBT驅(qū)動芯片U5的外圍電路。R3、R4分別與D3、D4并聯(lián)，對于方波正值上升輸入時，二極管D3、D4是反向偏置，延遲IGBT功率管Ql和Q2開通，對于負值跳變輸入時，二極管D3、D4正向偏置與電阻R3、R4分流，使IGBT功率管Ql和Q2快速截止。Ql和Q2兩端接入到升壓電路U6中，經(jīng)過U6輸出需要的直流高壓電壓。Ul為液晶屏顯示器，顯示整個裝置輸出電壓的大小。按鍵S2增加輸出電壓，按鍵S3減小輸出電壓，按鍵S4是開始鍵，按下按鍵S4直流高壓電源裝置開始輸出電壓，5秒后停止放電。CJl和Cl是濾波電路，按鍵S1、電解電容CJ2和電阻Rl組成微控制器U2的復位電路，當整個裝置不正常工作時按下按鍵Si可使整個裝置復位。 晶振Y2、電容C2和C3組成微控制器U2的晶振電路。Dl為電源指示燈，其串聯(lián)的R2為限流電阻，防止Dl電流過大燒毀。U8為工頻變壓器，將輸入的交流電壓變?yōu)?4V的交流電壓，U7是整流橋，將工頻變壓器U8轉(zhuǎn)換的14V交流電壓整流，再經(jīng)大容量電解電容C6和電容C7濾波后變?yōu)橹绷麟妷海佥斎氲経9電壓轉(zhuǎn)換芯片中將電壓轉(zhuǎn)換為12V，一路給IGBT驅(qū)動芯片U5供電，另一路輸入到電壓穩(wěn)壓器UlO中，經(jīng)濾波電容ClO后輸出穩(wěn)定的5V電壓給Ul供電。[0024]該電路有效的減少了高壓電源裝置的控制誤差，提高了控制精度。該電路通過按鍵分多檔調(diào)節(jié)輸出電壓的大小，操作簡單可靠。電路設置有放電時間，當需要放電時，按下開啟放電開關，經(jīng)過5秒后裝置自動停止放電，大大提高了物理實驗教學的安全性。
權利要求1.一種數(shù)控直流高壓電源電路，其特征在于，包括: 電源接口 U4接入220V的工頻電壓，通過整流橋U3后兩端分別與電解電容C4的正、負極相連；電解電容C4的正極經(jīng)由濾波電感LI后接IGBT功率管Ql的集電極；電解電容C4的負極經(jīng)由濾波電容C8后接IGBT功率管Ql的集電極； 微控制器U2將產(chǎn)生的PWM方波輸入到IGBT驅(qū)動芯片U5中，轉(zhuǎn)換成頻率占空比不變幅度為12V的方波，IGBT驅(qū)動芯片U5輸出的方波分別通過并聯(lián)的電阻R3與二極管D3、并聯(lián)的電阻R4與二極管D4接到IGBT功率管Ql和IGBT功率管Q2，驅(qū)動IGBT功率管Ql和Q2輸出頻率占空比不變，電壓交替的、幅度為310V的方波；其中，電阻R3與二極管D3并聯(lián)設置于IGBT驅(qū)動芯片U5與IGBT功率管Ql的柵極之間；電阻R4與二極管D4并聯(lián)設置于IGBT驅(qū)動芯片U5與IGBT功率管Q2的柵極之間；對于方波正值上升輸入時，二極管D3反向偏置延遲IGBT功率管Ql開通、二極管D4反向偏置延遲IGBT功率管Q2開通；對于負值跳變輸入時，二極管D3與電阻R3分流使IGBT功率管Ql快速截止、二極管D4正向偏置與電阻R4分流，使IGBT功率管Q2快速截止； IGBT功率管Ql的發(fā)射極和Q2的集電極分別接入到升壓電路U6的兩端，經(jīng)過升壓電路U6輸出直流聞壓電壓。
2.根據(jù)權利要求1所述的數(shù)控直流高壓電源電路，其特征在于，還包括與微控制器U2相連的液晶屏顯示器Ul ； 其中，輸入的交流電壓經(jīng)由工頻變壓器U8變?yōu)?4V的交流電壓，整流橋U7將工頻變壓器U8轉(zhuǎn)換的14V交流電壓整流，再經(jīng)并聯(lián)的電解電容C6和電容C7濾波后變?yōu)橹绷麟妷海佥斎氲诫妷恨D(zhuǎn)換芯片U9中將電壓轉(zhuǎn)換為12V，一路給IGBT驅(qū)動芯片U5供電，另一路輸入到電壓穩(wěn)壓器UlO中，輸入電壓穩(wěn)壓器UlO中的電壓信號經(jīng)濾波電容ClO后輸出穩(wěn)定的5V電壓給顯不器Ul供電。
3.根據(jù)權利要求1所述的數(shù)控直流高壓電源電路，其特征在于，所述微控制器U2還連接有復位電路。
4.根據(jù)權利要求1所述的數(shù)控直流高壓電源電路，其特征在于，所述微控制器U2還連接有按鍵S2、按鍵S3和按鍵S4 ； 按鍵S2增加輸出電壓，按鍵S3減小輸出電壓，按鍵S4是開始鍵，按下按鍵S4直流高壓電源裝置開始輸出電壓，5秒后停止放電。
5.根據(jù)權利要求1所述的數(shù)控直流高壓電源電路，其特征在于，所述微控制器U2還連接有晶振電路。
專利摘要本實用新型涉及一種數(shù)控直流高壓電源電路，微控制器U2將產(chǎn)生的PWM方波輸入到IGBT驅(qū)動芯片U5中，IGBT驅(qū)動芯片U5輸出的方波驅(qū)動IGBT功率管Q1和Q2輸出頻率占空比不變，電壓交替的、幅度為310V的方波；IGBT功率管Q1的發(fā)射極和Q2的集電極分別接入到升壓電路U6的兩端，經(jīng)過升壓電路U6輸出直流高壓電壓。該直流高壓電源電路有效的減少了控制誤差，提高了控制精度。
文檔編號H02M3/155GK202949368SQ20122070625
公開日2013年5月22日 申請日期2012年12月19日 優(yōu)先權日2012年12月19日
發(fā)明者逯海軍, 楊北革, 王曉強, 趙銳 申請人:山西省電力公司大同供電分公司, 國家電網(wǎng)公司