鉅大LARGE | 點擊量：1113次 | 2021年08月29日
高精度持續(xù)可調(diào)高壓開關(guān)電源怎么設(shè)計
在醫(yī)用器械、離子加速器、安規(guī)測驗、電子設(shè)備老化技術(shù)等范疇中，常常會使用到小功率高壓可調(diào)電源。這類高壓電源既祈求輸出電路精度高、電壓可調(diào)，一起又祈求電源體系具有重量輕、呼應(yīng)速度快、穩(wěn)定性好、可靠性高級特色。在今朝的電源商場上，大多數(shù)電源輸出通常都在200V以內(nèi)，而輸出10kV以上的電源根本都是一些大功率、高價位商品，且能完成輸出可調(diào)的高電壓的電源商品更少。為此，研發(fā)了一種根據(jù)可控增益張大器的接連可調(diào)高壓開關(guān)電源。該電源輸出電壓可由1kV~25kV可調(diào)，輸出電流達(dá)1mA。該電源具有體積小、穩(wěn)定性好、呼應(yīng)速度快等長處，具有較廣闊的商場使用遠(yuǎn)景。
1電路構(gòu)造及作業(yè)原理
體系原理框圖如圖1所示。220V溝通電經(jīng)過AC/DC開關(guān)變換器，將溝通電壓變換為電壓為100V的固定直流電，供后級電源運用。高頻變壓器在PWM驅(qū)動電路驅(qū)動下，將100V的直流電變換成輸出電壓可調(diào)的高頻高壓的脈沖溝通電，經(jīng)過高壓整流電路整流后，由濾波器濾波，完成高壓直流輸出。因為輸出直流電壓較高,所以經(jīng)過特制的取樣電路對輸出電壓進行取樣,再經(jīng)阻隔張大器張大后，送A/D變換電路及可控增益張大器。單片機經(jīng)過A/D獲得直流高壓的取樣電壓,與設(shè)定值進行比較；然后經(jīng)PID調(diào)理，輸出差錯信號送至可控增益張大器，以調(diào)理差錯電壓;最后由差錯信號調(diào)理PWM操控器，操控輸出占空比，完成對輸出直流電壓的調(diào)理。
2硬件電路設(shè)計
2.1主拓?fù)潆娐吩O(shè)計
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
開關(guān)電源拓?fù)錁?gòu)造有全橋、半橋、推挽等多種構(gòu)造。該主電路選用半橋式拓?fù)錁?gòu)造。半橋拓?fù)錁?gòu)造具有構(gòu)造簡略、開關(guān)管接受壓力小、抗不平衡能力強、不易直通等長處。一起，變壓器初級在全部周期中都流過電流，磁芯運用充沛，且沒有偏磁的疑問，所運用的功率開關(guān)管耐壓祈求較低，開關(guān)管的飽滿壓降削減至最小，對輸入濾波電容運用電壓祈求也較低。因而，半橋拓?fù)涫侵行」β孰娫闯Ｓ玫臉?gòu)造。主電路如圖2所示。
Q1、Q2為高反壓MOS管，它與電容C1、C2構(gòu)成逆變電路,PWM輸出經(jīng)驅(qū)動變壓器驅(qū)動Q1、Q2。PWM輸出的驅(qū)動電壓在驅(qū)動變壓器兩頭設(shè)有死區(qū)時刻,有利于MOSFET管中電荷的消耗,起到維護MOSFET的效果。在Q1導(dǎo)通時，電源經(jīng)Q1、C0、T1對C2充電，一起對電容C3放電；Q2導(dǎo)通時，電源對經(jīng)過C1、T1、C0對C1充電，對C2放電。在一個開關(guān)周期內(nèi)，高壓變壓器初級上構(gòu)成25kHz的交變矩形波，經(jīng)過升壓整流后對負(fù)載供給高壓。經(jīng)過調(diào)理開關(guān)管的占空比，可改動輸出高壓值。R3、C3、R4、C4構(gòu)成吸收電路，用來吸收高頻尖峰電壓，到達(dá)維護MOS管的效果。為防止兩個開關(guān)管導(dǎo)通時刻不對稱導(dǎo)致高壓變壓器偏磁和直流磁飽滿，在電路中串入隔直電容C0來自動平衡變壓器一次電壓側(cè)的直流重量。R1、R2作為平衡電阻，可使C1與C2充電電壓持平。
2.2操控電路設(shè)計
操控電路由PWM操控、高壓采樣、可控增益張大器、A/D及CPU等部分構(gòu)成。
2.2.1PWM操控電路
PWM操控電路是完成電壓調(diào)整的核心電路，對整機功能有較大的影響，所以選用性價比較高的SG3525，操控辦法選用恒頻脈寬調(diào)制。
SG3525芯片內(nèi)部供給5V精細(xì)基準(zhǔn)電壓，該電壓經(jīng)過R13、R12、R10分壓后經(jīng)電壓跟從器阻隔,送至內(nèi)部差錯電壓張大器的同相端，作為基準(zhǔn)參閱電壓。R13、R12、R10選用金屬膜精細(xì)電阻，電壓跟從器可進一步進步參閱電壓精度。輸出的高壓直流電經(jīng)過高壓采樣電路變換為成份額的低壓取樣電壓，經(jīng)過可控增張大器張大，再由電壓跟從器送至SG3525差錯電壓張大器的反相端。在基準(zhǔn)電壓及反應(yīng)電壓端均選用了電壓跟從器，可進步PWM波的脈寬精度，然后非常好地保證輸出電壓精度。SG3525芯片振動頻率的設(shè)定規(guī)模為15kHz～35kHz，其振動頻率可表示為：
2.2.2電壓調(diào)整與采樣電路
因為直流輸出電壓較高,不能筆直采樣用于反應(yīng)，該體系選用多個金屬膜功率電阻串聯(lián)構(gòu)成電阻分壓采樣電路。RS為16只4MΩ的2W型電阻串聯(lián)，R12為采樣電阻,該電壓采樣電路用環(huán)氧樹脂密封在一個盒子內(nèi)，能夠起到絕緣及維護效果。為防止分壓電阻在高電壓效果下因為高壓拉弧萌生尖峰電壓而損壞電壓跟從器，在電壓跟從器輸入端參加瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)D5。R13、C11構(gòu)成RC濾波電路。從采樣電阻兩頭取出的電壓信號經(jīng)電壓跟從器后經(jīng)過線性光耦I(lǐng)C2阻隔，送至IC3構(gòu)成的電壓跟從器。線性光耦選用Agilent公司的HCNR200,能夠較好地完成阻隔，阻隔電壓峰值達(dá)8000V,輸出隨輸入變化，線性度達(dá)0.01%。
為了完成輸出電壓的接連可調(diào)，體系選用可控增益張大器張大差錯電壓信號。經(jīng)過改動可控增益張大器的增益，改動送至SG3525反應(yīng)端的電壓值，然后完成輸出電壓的可調(diào)。
可控增益張大器由D/A變換器AD7520及運算張大器OP07構(gòu)成。AD7520是10bitCMOS數(shù)模變換器，選用倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)，模仿電子開關(guān)為CMOS型，集成在芯片上。OP07運放與AD7520構(gòu)成反相份額運算張大器。根據(jù)反相份額運算張大器的特色，張大器張大倍數(shù)為式所示：
3體系軟件設(shè)計
體系軟件首要完成對輸出電壓的調(diào)整和顯示、軟啟動、過壓和過流維護等。單片機上電或復(fù)位后，體系先進行初始化，制止高壓輸出，延時50ms，隨后輸出電壓電源打開。根據(jù)D/A輸出電壓值調(diào)理輸出電壓，然后到達(dá)輸出電壓精度接連可調(diào)的意圖。
從表中數(shù)據(jù)可得，該電源輸出電壓由1kV～25kV調(diào)理時，輸出電壓最大差錯為1.6%。具有輸出電壓精度高、接連可調(diào)、調(diào)整規(guī)模寬、功耗小等特色。
