本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于環(huán)保、科研、軍工等領(lǐng)域中的固定頻率、固定脈寬、輸入調(diào)幅控制的高壓直流電源電路。

背景技術(shù)：

市場(chǎng)上有很多種調(diào)頻或調(diào)寬控制的高壓電源，由于受其工作機(jī)理的限制，普遍存在高壓輸出紋波大，功率轉(zhuǎn)換效率低，對(duì)外干擾大，抗干擾能力較差等缺陷。高壓電源通常作為用戶(hù)整個(gè)設(shè)備儀器中的一部分，其性能的優(yōu)劣，直接影響用戶(hù)整體儀器設(shè)備的檢測(cè)使用精度，乃至使用的可靠性等。隨著電子科技的發(fā)展，對(duì)高壓電源產(chǎn)品有了更高的要求，市場(chǎng)對(duì)功率轉(zhuǎn)換效率高，輸出紋波小，并滿(mǎn)足EMC的高壓電源產(chǎn)品需求越來(lái)越大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于目前市場(chǎng)的需求情況，本發(fā)明提供一種開(kāi)關(guān)損耗低，高壓輸出紋波小的固定頻率、固定脈寬、輸入調(diào)幅控制的高壓直流電源電路。

本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)上述目的，所采取的技術(shù)方案是：一種固定頻率、固定脈寬、輸入調(diào)幅控制的高壓直流電源電路，包括高壓輸出整流濾波電路，其特征在于：還包括功率驅(qū)動(dòng)電路、PWM控制及過(guò)壓保護(hù)電路、電壓反饋電路和過(guò)流保護(hù)電路，所述功率驅(qū)動(dòng)電路分別與高壓輸出整流濾波電路、電壓反饋電路、過(guò)流保護(hù)電路和PWM控制及過(guò)壓保護(hù)電路連接，所述高壓輸出整流濾波電路分別與電壓反饋電路、PWM控制及過(guò)壓保護(hù)電路及過(guò)流保護(hù)電路連接，所述過(guò)流保護(hù)電路與電壓反饋電路連接；

所述PWM控制及過(guò)壓保護(hù)電路中，供電輸入+Vin通過(guò)電阻R1分別與電容C1的正極和穩(wěn)壓二極管D1的負(fù)極連接，并作為內(nèi)部供電端Vcc，電容C1的負(fù)極與穩(wěn)壓二極管D1的正極連接后接輸入地GND，主控芯片U1的偏置電源接入端15腳與輸出級(jí)偏置電壓接入端13腳連接，并接內(nèi)部供電端Vcc，電容C3與電阻R6并聯(lián)，主控芯片U1的基準(zhǔn)電源輸出端16腳與誤差放大器同相輸入端2腳相連后接電容C3的一端，并作為內(nèi)部基準(zhǔn)端Vref，電容C3的另一端接輸入地GND，主控芯片U1的振蕩器外接同步信號(hào)輸入端3腳分別與外部關(guān)斷信號(hào)輸入端10腳及信號(hào)地12腳相連后接輸入地GND，主控芯片U1的振蕩器定時(shí)電阻接入端6腳通過(guò)電阻R7與輸入地GND連接，主控芯片U1的振蕩器定時(shí)電容接入端5腳通過(guò)電容C4與輸入地GND連接，主控芯片U1的放電端7腳通過(guò)電阻R8與主控芯片U1的振蕩器定時(shí)電容接入端5腳連接，主控芯片U1的軟啟動(dòng)電容接入端8腳通過(guò)電容C5與輸入地GND連接，主控芯片U1的誤差放大器反相輸入端1腳分別與電阻R9及電阻R10的一端相連，電阻R9的另一端通過(guò)電容C6接主控芯片U1的比較器補(bǔ)償信號(hào)輸入端9腳；

所述電壓反饋電路中，電阻R26與電容C22并聯(lián)，電阻R26一端與高壓輸出整流濾波電路中電阻R24和電阻R25連接處相連，二極管D13和電容C23并聯(lián)，電阻R26另一端通過(guò)電阻R27分別與二極管D13負(fù)極、電阻R16的一端連接，并作為輸出電壓反饋端V.F與PWM控制及過(guò)壓保護(hù)電路中電阻R10的另一端相連，二極管D13的正極與高壓輸出地HGND連接，電阻R16的另一端分別與電阻R15的一端、放大器U2A的反相輸入端2腳及電容C8的一端連接，電阻R15的另一端接輸入地GND，電阻R13和電容C9并聯(lián)，放大器U2A的同相輸入端3腳分別與電阻R13一端和電阻R14的一端連接，電阻R13的另一端接輸入地GND，電阻R14的另一端與內(nèi)部基準(zhǔn)端Vref連接，放大器U2A的輸出端1腳分別與電容C8的另一端和電阻R12的一端相連，電阻R11和電容C7并聯(lián)，電阻R12的另一端分別接三極管T4的基極及電阻R11的一端，電阻R11的另一端與三極管T4發(fā)射極連接后接輸入地GND，放大器U2A的供電端8腳與內(nèi)部供電端Vcc連接，放大器U2A的接地端4腳與輸入地GND連接，三極管T4的集電極通過(guò)電阻R2與三極管T1的基極連接，三極管T1的發(fā)射極與供電輸入+Vin連接；

所述功率驅(qū)動(dòng)電路中，電感L1的一端接電壓反饋電路中三極管T1的集電極，電感L1的另一端分別接變壓器TRF1初級(jí)繞組的中心抽頭a端、電容C2的正極，電容C2的負(fù)極接輸入地GND，電阻R3與二極管D2并聯(lián)，電阻R4與二極管D3并聯(lián)，二極管D2和D3的負(fù)極分別接PWM控制及過(guò)壓保護(hù)電路中主控芯片U1的輸出端11腳及14腳，二極管D2和D3的正極分別接MOS三極管T1和T2的柵極，MOS三極管T1和T2的源極相連后通過(guò)電阻R5接輸入地GND，MOS三極管T1的漏極接變壓器初級(jí)繞組Lp1的b端，MOS三極管T2的漏極接變壓器初級(jí)繞組Lp2的c端；

所述過(guò)流保護(hù)電路中，電阻R23與電容C12、二極管D4并聯(lián)，二極管D4的正極接輸入地GND，二極管D4的負(fù)極分別與電阻R19一端及高壓輸出整流濾波電路中變壓器TRF1的2端連接，電阻R19的另一端分別與電阻R20一端、電容C10的一端、放大器U2B的反相輸入端6腳連接，電阻R20的另一端接內(nèi)部基準(zhǔn)端Vref，電容C10的另一端分別接放大器U2B的輸出端7腳及電阻R18的一端，電阻R18的另一端分別與電阻R17的一端、三極管T5的基極連接，電阻R17的另一端與三極管T5的發(fā)射極相連后接輸入地GND，三極管T5的集電極接電壓反饋電路中三極管T4的基極，電阻R21與電容C11并聯(lián)，電阻R22的一端分別與放大器U2B的同相輸入端5腳、電阻R21的一端相連，電阻R21的另一端接輸入地GND，電阻R22的另一端與功率驅(qū)動(dòng)電路中MOS管T2的源極相連。

本發(fā)明的有益效果是：由于采用固定頻率、固定脈寬的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以及輸入調(diào)幅控制，一方面使輸出高壓的諧波噪聲電壓降低，輸出高壓紋波減小，減小了高壓電源對(duì)設(shè)備內(nèi)部的其它部分的干擾，有益于整個(gè)設(shè)備工作的穩(wěn)定性及檢測(cè)精度的提高；另一方面使功率開(kāi)關(guān)損耗降低，功率轉(zhuǎn)換效率提高。

圖1為本發(fā)明的電路連接框圖；

圖2為本發(fā)明的電路原理圖。

具體實(shí)施方式

如圖1、圖2所示，一種固定頻率、固定脈寬、輸入調(diào)幅控制的高壓直流電源電路，包括高壓輸出整流濾波電路，還包括功率驅(qū)動(dòng)電路、PWM控制及過(guò)壓保護(hù)電路、電壓反饋電路和過(guò)流保護(hù)電路。

功率驅(qū)動(dòng)電路分別與高壓輸出整流濾波電路、電壓反饋電路、過(guò)流保護(hù)電路和PWM控制及過(guò)壓保護(hù)電路連接，高壓輸出整流濾波電路分別與電壓反饋電路、PWM控制及過(guò)壓保護(hù)電路及過(guò)流保護(hù)電路連接，過(guò)流保護(hù)電路與電壓反饋電路連接。

上述PWM控制及過(guò)壓保護(hù)電路中，供電輸入+Vin通過(guò)電阻R1分別與電容C1的正極和穩(wěn)壓二極管D1的負(fù)極連接，并作為內(nèi)部供電端Vcc，電容C1的負(fù)極與穩(wěn)壓二極管D1的正極連接后接輸入地GND，主控芯片U1的偏置電源接入端15腳與輸出級(jí)偏置電壓接入端13腳連接，并接內(nèi)部供電端Vcc，電容C3與電阻R6并聯(lián)，主控芯片U1的基準(zhǔn)電源輸出端16腳與誤差放大器同相輸入端2腳相連后接電容C3的一端，并作為內(nèi)部基準(zhǔn)端Vref，電容C3的另一端接輸入地GND，主控芯片U1的振蕩器外接同步信號(hào)輸入端3腳分別與外部關(guān)斷信號(hào)輸入端10腳及信號(hào)地12腳相連后接輸入地GND，主控芯片U1的振蕩器定時(shí)電阻接入端6腳通過(guò)電阻R7與輸入地GND連接，主控芯片U1的振蕩器定時(shí)電容接入端5腳通過(guò)電容C4與輸入地GND連接，主控芯片U1的放電端7腳通過(guò)電阻R8與主控芯片U1的振蕩器定時(shí)電容接入端5腳連接，主控芯片U1的軟啟動(dòng)電容接入端8腳通過(guò)電容C5與輸入地GND連接，主控芯片U1的誤差放大器反相輸入端1腳分別與電阻R9及電阻R10的一端相連，電阻R9的另一端通過(guò)電容C6接主控芯片U1的比較器補(bǔ)償信號(hào)輸入端9腳。

主控芯片U1的型號(hào)為：SG1525。

上述電壓反饋電路中，電阻R26與電容C22并聯(lián)，電阻R26一端與高壓輸出整流濾波電路中電阻R24和電阻R25連接處相連，二極管D13和電容C23并聯(lián)，電阻R26另一端通過(guò)電阻R27分別與二極管D13負(fù)極、電阻R16的一端連接，并作為輸出電壓反饋端V.F與PWM控制及過(guò)壓保護(hù)電路中電阻R10的另一端相連，二極管D13的正極與高壓輸出地HGND連接，電阻R16的另一端分別與電阻R15的一端、放大器U2A的反相輸入端2腳及電容C8的一端連接，電阻R15的另一端接輸入地GND，電阻R13和電容C9并聯(lián)，放大器U2A的同相輸入端3腳分別與電阻R13一端和電阻R14的一端連接，電阻R13的另一端接輸入地GND，電阻R14的另一端與內(nèi)部基準(zhǔn)端Vref連接，放大器U2A的輸出端1腳分別與電容C8的另一端和電阻R12的一端相連，電阻R11和電容C7并聯(lián)，電阻R12的另一端分別接三極管T4的基極及電阻R11的一端，電阻R11的另一端與三極管T4發(fā)射極連接后接輸入地GND，放大器U2A的供電端8腳與內(nèi)部供電端Vcc連接，放大器U2A的接地端4腳與輸入地GND連接，三極管T4的集電極通過(guò)電阻R2與三極管T1的基極連接，三極管T1的發(fā)射極與供電輸入+Vin連接。

上述功率驅(qū)動(dòng)電路中，電感L1的一端接電壓反饋電路中三極管T1的集電極，電感L1的另一端分別接變壓器TRF1初級(jí)繞組的中心抽頭a端、電容C2的正極，電容C2的負(fù)極接輸入地GND，電阻R3與二極管D2并聯(lián)，電阻R4與二極管D3并聯(lián)，二極管D2和D3的負(fù)極分別接PWM控制及過(guò)壓保護(hù)電路中主控芯片U1的輸出端11腳及14腳，二極管D2和D3的正極分別接MOS三極管T1和T2的柵極，MOS三極管T1和T2的源極相連后通過(guò)電阻R5接輸入地GND，MOS三極管T1的漏極接變壓器初級(jí)繞組Lp1的b端，MOS三極管T2的漏極接變壓器初級(jí)繞組Lp2的c端。

上述過(guò)流保護(hù)電路中，電阻R23與電容C12、二極管D4并聯(lián)，二極管D4的正極接輸入地GND，二極管D4的負(fù)極分別與電阻R19一端及高壓輸出整流濾波電路中變壓器TRF1的2端連接，電阻R19的另一端分別與電阻R20一端、電容C10的一端、放大器U2B的反相輸入端6腳連接，電阻R20的另一端接內(nèi)部基準(zhǔn)端Vref，電容C10的另一端分別接放大器U2B的輸出端7腳及電阻R18的一端，電阻R18的另一端分別與電阻R17的一端、三極管T5的基極連接，電阻R17的另一端與三極管T5的發(fā)射極相連后接輸入地GND，三極管T5的集電極接電壓反饋電路中三極管T4的基極，電阻R21與電容C11并聯(lián)，電阻R22的一端分別與放大器U2B的同相輸入端5腳、電阻R21的一端相連，電阻R21的另一端接輸入地GND，電阻R22的另一端與功率驅(qū)動(dòng)電路中MOS管T2的源極相連。

放大器U2A和放大器U2B的型號(hào)為：HA17358。

PWM控制電路中電阻R7、電阻R8、電容C4選用時(shí)應(yīng)考慮精度要求，電阻R7和電容C4控制脈沖的頻率，電阻R8控制脈沖的寬度，本發(fā)明中選用精度為0.05%，保證脈沖頻率和寬度的一致性。

在其它元器件選擇上，電阻R26選用時(shí)根據(jù)輸出電壓值，應(yīng)考慮耐壓以及功率要求；二極管D13起到輸出瞬間短路保護(hù)作用，短路瞬間，二極管正向通過(guò)電流較大，選用時(shí)應(yīng)考慮其正向電流容量；電阻R23為輸出電流取樣電阻，當(dāng)輸出負(fù)載過(guò)流或短路時(shí)，該電阻瞬間功率較大，選用時(shí)應(yīng)考慮功率和可靠性要求，本發(fā)明中選用功率為3W的線繞電阻，保證電路工作的可靠性；根據(jù)實(shí)際輸出功率，選擇功率開(kāi)關(guān)管和變壓器TRF1，當(dāng)輸出功率較大時(shí)，功率三極管T1、T2、T3需考慮散熱問(wèn)題。

本電路在PCB設(shè)計(jì)布局時(shí)，一方面需要考慮高壓側(cè)的絕緣耐壓，另一方面采用多層板設(shè)計(jì)，高壓端與低壓端布線有嚴(yán)格的區(qū)域劃分，減少相互干擾，以保證電路工作的可靠性。

工作原理

PWM控制及過(guò)壓保護(hù)電路主控芯片U1采用PWM集成芯片SG3525（電路圖中為SG1525型號(hào)，請(qǐng)確定），采用雙端輸出方式，輸出固定頻率、固定寬度和死區(qū)的控制脈沖，通過(guò)改變電阻R7、電阻R8和電容C4的值，確定控制脈沖的頻率和脈寬，輸出脈沖寬度最大可設(shè)置到開(kāi)關(guān)周期的49%，脈沖頻率最高可達(dá)100KHz；另外該控制芯片還通過(guò)對(duì)輸出電壓的采樣，實(shí)現(xiàn)輸出過(guò)壓保護(hù)功能。

在高壓整流濾波電路中，耦合到變壓器次級(jí)的高頻脈沖電壓，經(jīng)過(guò)多級(jí)倍壓、整流以及濾波后，得到直流輸出高壓。

輸出高壓HV通過(guò)輸出電壓采樣電路獲得反饋電壓信號(hào)，通過(guò)誤差放大器U2A，控制三極管T4的工作狀態(tài)，并通過(guò)三極管T1的控制，調(diào)整功率驅(qū)動(dòng)電路供電電壓的大小，進(jìn)而調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)脈沖幅值，最終達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。

功率驅(qū)動(dòng)采用雙管推挽方式，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管T2和T3交替導(dǎo)通或截止，形成的定頻定寬高頻脈沖信號(hào)，驅(qū)動(dòng)高頻變壓器TRF1，并通過(guò)變壓器TRF1隔離耦合到次級(jí)，獲得高頻高壓脈沖，再經(jīng)過(guò)輸出倍壓整流濾波電路，輸出直流高壓HV。

高壓輸出電流經(jīng)電阻R23得到負(fù)極性電流采樣信號(hào)，并通過(guò)電平位移電路送到誤差放大器U2B的反相輸入端，輸入工作電流在電阻R5上取得的輸入電流采樣信號(hào)，送到誤差放大器U2B的同相輸入端，上述兩個(gè)電流采樣信號(hào)同時(shí)控制U2B的輸出端，進(jìn)而控制三極管T4、T5的工作狀態(tài)，通過(guò)雙重保護(hù)最終達(dá)到限制輸出電流的目的。