一種小功率高壓發生裝置製造方法
2023-06-14 06:29:26 2
一種小功率高壓發生裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種小功率高壓發生裝置，其包括有一脈衝變壓器，脈衝變壓器初級線圈的兩端分別連接有驅動電路和接地電容，驅動電路的輸入端與PWM脈衝控制模塊相連，脈衝變壓器次級線圈的兩端並聯有儲能電容，其輸出端與PWM脈衝控制模塊的輸入端相連。本發明的輸出電壓可以達到35kV，電壓穩定時間約為20ms，精度可達2%，體積只有以前的1/3，經長時間、多臺儀器測試，穩定性以及性能良好。
【專利說明】一種小功率高壓發生裝置
【技術領域】:
[0001]本發明涉及高壓電源【技術領域】，具體地說是涉及一種用於靜電放電模擬器中的高壓發生裝置。
【背景技術】:
[0002]電荷若是經由放電路徑而產生在不同電位之間移轉現象，即稱此為靜電放電現象。靜電放電會影響電子產品質量，是一種危害很高的自然現象。靜電放電模擬器就是模擬靜電放電，用於測試電子產品抗靜電能力，以提高產品質量。
[0003]圖1所示為IEC61000-4-2模擬人體模式放電的典型電路，放電電容Cl典型值為150pF，最高電壓為30kv，靜電放電的最大頻率為20Hz。故電容需要功率為20*0.5*C*U*U=1.35W,除去充電損耗以及高壓電源的效率，高壓電源功率按照5w設計。
[0004]圖2所示為現有的一種高壓電源發生裝置，其是通過控制脈衝變壓器初級輸入信號，在次級脈衝輸出端經過倍壓模塊可產生高壓，這種模式的高壓電源存在以下問題:
[0005]I)體積過大:倍壓模塊需要兩塊，分別用於產生正壓和負壓。由於倍壓模塊要保證器件耐高壓能力和安全距離，就會使體積變的很大，無法使用在手持式設備裡；
[0006]2)升壓/降壓速度慢:假設倍壓模塊選用的是26倍壓，脈衝變壓器驅動頻率為20kHz，可以算得最終輸出穩定所需時間:t=N/f=26/20000=l.3ms ；
[0007]3)輸出效率低:根據實測,輸出效率比約為50%，無功功耗太大，對於電池供電的手持式設備，效率太低。·
【發明內容】
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[0008]本發明的目的就在於針對現有技術存在的不足之處而提供一種小型、快速、高效的小功率高壓發生裝置，以便用於手持式設備。
[0009]為實現上述目的，本發明的一種小功率高壓發生裝置包括有一脈衝變壓器，脈衝變壓器初級線圈的兩端分別連接有驅動電路和接地電容，驅動電路的輸入端與PWM脈衝控制模塊相連，脈衝變壓器次級線圈的兩端並聯有儲能電容，其輸出端與PWM脈衝控制模塊的輸入端相連。
[0010]作為上述技術方案的優選，所述的脈衝變壓器次級線圈與儲能電容之間連接有開
關~ 極管。
[0011]作為上述技術方案的優選，所述的脈衝變壓器次級線圈的輸出端連接有兩個分壓電阻，PWM脈衝控制模塊的輸入端連接在兩個分壓電阻之間。
[0012]作為上述技術方案的優選，所述的脈衝變壓器其鐵芯為非晶態合金材料鐵芯。
[0013]作為上述技術方案的優選，所述的與脈衝變壓器初級線圈相連的驅動電路為MOSFET或三極體。
[0014]本發明的有益效果在於:其輸出電壓可以達到35kv，電壓穩定時間約為20ms，精度可達2%，體積只有以前的1/3，經長時間、多臺儀器測試，穩定性以及性能良好。【專利附圖】
【附圖說明】:
[0015]下面結合附圖對本發明做進一步的說明:
[0016]圖1為模擬人體放電的電路原理圖；
[0017]圖2為現有的一種高壓電源發生裝置原理圖；
[0018]圖3為常規變壓器驅動信號波形圖；
[0019]圖4為本發明的電路原理圖；
[0020]圖5為本發明產生的反向脈衝波形圖。
【具體實施方式】:
[0021]以下結合具體實施例對上述技術方案做進一步的說明。應理解，這些實施例是用於說明本發明的原理而不是限定本發明的保護範圍。
[0022]圖3所示為常規脈衝變壓器驅動信號，為標準方波或類似方波信號。假設脈衝變壓器變比為1:100，方波信號幅度為12v，則脈衝變壓器輸出的脈衝幅度為1200V左右，如果需要輸出30kv，則要26倍壓。根據前述計算的數據，高壓電源效率、體積等是無法滿足要求的。
[0023]如果按照常規脈衝變壓器驅動模式升壓，並且不用倍壓，輸入12v輸出30kv，那麼脈衝變壓器變比應為12:30000=1:2500,如果初級10匝，次級就要25000匝，小型的磁芯無法繞下這麼多匝線。
[0024]本發明的小功率高壓發生裝置參數為:輸入12v輸出30kv，脈衝變壓器變比應為10:1000，即初級10圈，次級1000圈，且沒有倍壓。
[0025]見圖4所示:本發明的一種小功率高壓發生裝置包括有一脈衝變壓器T3，脈衝變壓器T3初級線圈的兩端分別連接有驅動電路Q4和接地電容Cl，驅動電路Q4的輸入端與PWM脈衝控制模塊相連，脈衝變壓器T3次級線圈的兩端並聯有儲能電容C17，脈衝變壓器T3次級線圈的輸出端連接有兩個分壓電阻Rl、R2，PWM脈衝控制模塊的輸入端連接在兩個分壓電阻Rl和R2之間。
[0026]脈衝變壓器T3的次級線圈與儲能電容C17之間連接有開關二極體Dl。與脈衝變壓器T3初級線圈相連的驅動電路Q4為MOSFET或三極體，在本實施例中，驅動電路Q4為三極體。
[0027]本發明利用脈衝變壓器T3初級線圈作為儲能電感，關斷後產生反向電動勢(見圖5)，根據公式u=Ldi/dt，調整電感量和開通關斷時間，就會得到相應幅度的脈衝值(U)，脈衝變壓器次級輸出的高壓脈衝和u成正比。在電感量固定的情況下，只要調整初級線圈儲能時間，就可以調整高壓值。
[0028]鐵芯的確定:電感作用王要取決於鐵芯。娃鋼材料的鐵芯電感量太小，在初級Bi數一定的前提下，產生的電動勢(U)太小，無法滿足產生高壓的條件；鐵氧體鐵芯電感量足夠，但磁飽和時間太短(〈100US)，電感儲能不夠，同樣無法滿足產生高壓的條件；非晶態合金材料的鐵芯具有電阻率高，飽和磁感應強度低，鐵芯比損耗小等優點，故選擇非晶態合金材料的鐵芯。
[0029]電壓穩定:普通高壓電源實現穩壓是靠給定與採樣不停比較，再反饋到脈衝變壓器的給定，是純模擬方式實現的。本發明是數字方式實現穩壓的。普通電源需要實時保證電壓穩定，而靜電放電模擬器所用高壓電源只要保證在放電前電壓穩定就可以了。根據靜電放電模擬工器作特性，最快需要30ms穩定電壓。為了確保電壓精確度，在每一次觸發脈衝變壓器後都要測量儲能電容C17電壓，然後根據本次提供的電荷量計算下次驅動脈衝的時間。時間計算由MCU內置的PWM模塊完成。
[0030]上述實例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在於讓熟悉此項技術的人能夠了解本發明的內容並據以實施，並不能以此限制本發明的保護範圍。凡根據本發明精神實質所做的等效變換或修飾，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種小功率高壓發生裝置，其特徵在於:它包括有一脈衝變壓器，脈衝變壓器初級線圈的兩端分別連接有驅動電路和接地電容，驅動電路的輸入端與PWM脈衝控制模塊相連，脈衝變壓器次級線圈的兩端並聯有儲能電容，其輸出端與PWM脈衝控制模塊的輸入端相連。
2.根據權利要求1所述的小功率高壓發生裝置，其特徵在於:所述的脈衝變壓器次級線圈與儲能電容之間連接有開關二極體。
3.根據權利要求2所述的小功率高壓發生裝置，其特徵在於:所述的脈衝變壓器次級線圈的輸出端連接有兩個分壓電阻，PWM脈衝控制模塊的輸入端連接在兩個分壓電阻之間。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的小功率高壓發生裝置，其特徵在於:所述的脈衝變壓器其鐵芯為非晶態合金材料鐵芯。
5.根據權利要求4所述的小功率高壓發生裝置，其特徵在於:所述的與脈衝變壓器初級線圈相連的驅動電路為MOSFET或三極體。
【文檔編號】H02M5/458GK103580500SQ201310547243
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月6日 優先權日:2013年11月6日
【發明者】黃學軍, 孫正, 湯海波 申請人:蘇州泰思特電子科技有限公司