一種高精度的陰極高壓電源的製作方法

2023-06-13 09:59:01

專利名稱：一種高精度的陰極高壓電源的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及高壓電源領域，尤其是一種高精度的陰極高壓電源。
背景技術：
目前，高壓電源已經被廣泛地應用於醫學等檢測設備中，也廣泛應用於諸如行波管放大器、雷達發射機等軍事領域。行波管放大器和雷達發射機的工作高效性、精準性和高機動性是研究供電電源的高性能的一門技術，其中包括了電源的穩 定性、高效性、小型化等指標。國內外已有的行波管放大器和發射機的工作電源中，其工作電源有燈絲電源、正偏壓電源、負偏壓電源、陰極高壓電源以及收集極高壓電源，通常陰極高壓電源紋波是影響發射機頻譜的關鍵因素，所以對陰極高壓電源的紋波、精度等性能指標提出更高的要求。傳統的高壓電源體積大、笨重，嚴重影響了所配套設備的發展。隨著電力電子技術的發展，目前的高壓電源多採用開關電源形式，其電路框圖如圖1所示，雖然大大降低了體積重量，提高了功率、效率，仍然存在電源的紋波仍然很大，精度較低等問題。

實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種精度高、電源紋波小的高精度的陰極高壓電源。為實現上述目的，本實用新型採用了以下技術方案一種高精度的陰極高壓電源，包括BUCK電路，其輸出端與全橋電路的輸入端相連，全橋電路的輸出端依次通過隔離升壓電路、整流電路與濾波電路的輸入端相連，濾波電路的輸出端分別與負載、線性穩壓電路的輸入端相連，線性穩壓電路的輸出端與控制電路的輸入端相連，控制電路的輸出端分別與BUCK電路、全橋電路的輸入端相連。由上述技術方案可知，本實用新型採用BUCK電路與全橋電路相結合作為主電路形式，採用軟開關諧振技術減少功率開關管損耗，實現了零電壓狀態的開關變換，有效解決了高頻條件下的開關損耗問題，更好提高了電源的轉換效率；濾波電路中不僅採用η型濾波電路進行濾波，並在π型濾波電路串入線性穩壓管，更有效的濾除輸出高頻紋波；在控制電路中採用PID控制器雙閉環調整，實現陰極高壓穩壓電源的高精度，低紋波的性能。

圖1為現有高壓電源的電路框圖；圖2為本實用新型的電路原理圖。
具體實施方式
一種高精度的陰極高壓電源，包括BUCK電路1，其輸出端與全橋電路2的輸入端相連，全橋電路2的輸出端依次通過隔離升壓電路3、整流電路4與濾波電路5的輸入端相連，濾波電路5的輸出端分別與負載6、線性穩壓電路7的輸入端相連,線性穩壓電路7的輸出端與控制電路8的輸入端相連，控制電路8的輸出端分別與BUCK電路1、全橋電路2的輸入端相連，如圖1所示。所述的隔離升壓電路3的輸入端與全橋電路2的輸出端相連，隔離升壓電路3的輸出端與整流電路4的輸入端相連，整流電路4的輸出端與濾波電路5的輸入端相連，所述的整流電路4採用全橋整流電路或倍壓整流電路。所述的主開關管V2採用MOS管，所述的開關管V4、V5、V6、V7均為MOS管。工作時，直流電經BUCK電路I進行降壓後為全橋電路2提供電壓，經全橋高頻高效逆變後與高頻變壓器的初級進行相連接並進行隔離升壓，隔離升壓後進行整流電路4整流濾波。如圖1所示，所述的BUCK電路I包括接220V交流電的整流橋VI，整流橋Vl將電網中220V交流電變換為300V左右直流，供後續BUCK電路2使用；整流橋Vl的正極與分別與續流二極體V3的陰極、電阻Rl和濾波電容Cl的並聯端相連，整流橋Vl的負極與主開關管V2的源極S相連，主開關管V2的漏極分別與續流二極體V3的陽極、儲能電感LI的一端相連，儲能電感LI的另一端接電阻Rl和濾波電容Cl的並聯端，續流二極體V3的柵極接控制電路8的輸出端；所述的全橋電路2包括開關管V4、V5、V6、V7，開關管V4、V5的基極相連，開關管V6、V7的基極相連，開關管V4、V5、V6、V7的基極均接控制電路8的輸出端，開關 管V4、V6的集電極相聯後接BUCK電路I的輸出端，開關管V4的發射極與開關管V5的集電極相連後接隔離升壓電路3的輸入端，開關管V6的發射極與開關管V7的集電極相連後接隔離升壓電路3的輸入端，開關管V5、V7的發射極相聯後接BUCK電路I的輸出端。BUCK電路I與驅動能力較強、效率較高的全橋電路2相結合作為主電路形式，採用軟開關技術減少功率開關管損耗，實現了零電壓狀態的開關變換，有效解決了高頻條件下的開關損耗問題，極大地減小陰極高壓電源的體積、減輕重量，並減少對散熱系統的技術壓力，為行波管放大器及雷達發射機的小型化提供必要的基礎。當輸入電壓變化或負載6的阻抗發生變化時，控制電路8自動調節主開關管V2的佔空比，使輸出電壓穩定。如圖1所示，所述的濾波電路5包括電阻R2，其一端與整流電路4的輸出端相連，其另一端與電阻R3、R6串聯，電阻R4的一端與整流電路4的輸出端相連，電阻R4的另一端與電阻R5相連，電容C2的一端接在電阻R2、R3之間，另一端接在電阻R4、R5之間，電阻R5分別與線性穩壓管V8的漏極D、線性穩壓電路7的輸入端相連，線性穩壓管V8的柵極與線性穩壓電路7的輸入端相連，線性穩壓管V8的源極分別與電容C3、電阻R7相連，電阻R6、R7分別與電阻R16、R17相連，電阻R16、R17串聯後並接在負載6的兩端，線性穩壓電路7的輸入端接在電阻R16、R17之間。電阻R2、R4、R6、R7進行電流尖峰壓制，再由電容C2、電阻R3、電阻R5、電容C3組成的型濾波電路進行濾波，並在π型濾波電路中串入線性穩壓管V8，更有效的濾除輸出高頻紋波，並對強衝擊和低氣壓環境有較好的適應性。如圖1所示，所述的線性穩壓電路7包括運放NI，其正相輸入端接可調基準電壓Vrefl,其反相輸入端分別與電容C6、電容C7、電阻R14、電阻R15相連，電容C6與電阻R13串聯，電阻R13、電容C7、電阻R14均接運放NI的輸出端，運放NI的輸出端與線性穩壓管V8的柵極G相連，電阻R15接在電阻R16、R17之間，電阻Rll與電阻R12串聯，電阻Rll的一端接線性穩壓管V8的漏極D，電阻R12的一端接地。所述的控制電路8包括運放N2，其正相輸入端接可調基準電壓Vref2，其反相輸入端分別與電容C5、電容C4、電阻R8相連，電容C5與電阻R9串聯，電阻R9、電容C4、電阻R8均與運放N2的輸出端相連，電容C5與電阻RlO的一端相連，電阻RlO的另一端接在電阻R11、電阻R12之間，運放N2的輸出端與PWM晶片的輸入端相連，PWM晶片的輸出端分別與主開關管V2的柵極G、開關管V4、V5、V6、V7的基極相連。運放NI與電阻R15、電容C6、電阻R13、電容C7、電阻R14組成了第一 PID控制器電路，用於控制MOSFET開關管V8漏源間電壓；電阻R15為閉環增益電阻，輸入端電位值為Vo-sample I ;電位Vo_samplel是陰極高壓經電阻R17、R16線性採樣分壓和反向同比放大後所得電位。第一 PID控制器電路控制陰極高壓電源的輸出電壓，是由MOS管特性控制線性穩壓管V8的柵極電壓Ug來實現，線性穩壓管V8的柵極電壓Ug再控制線性穩壓管V8的漏源極電壓Vds，線性穩壓管V8漏源極電壓Vds經過電阻R12、R11線性比例分壓獲得採樣電壓Vmos_sample,採樣電壓Vmos_sample與閉環增益電阻RlO的一端聯接。所述運放N2的輸出端與PWM晶片聯接，PWM晶片控制BUCK電路I的驅動及全橋電路2的驅動。運放N2與電阻R10、電容C5、電阻R9、電容C4、電阻R8組成第二 PID控制器電路，用於控制PWM芯 片的輸出驅動脈寬。實施例一本例為輸出電壓為_30kV，輸出電流為20mA的陰極電源。該電源設計為AC220V供電，輸出負載6的阻值為1.5ΜΩ。當電路開始工作時，首先由控制電路8中產生IOOkHz以上的頻率及脈寬的驅動信號進行隔離後，給BUCK電路I中的主開關管V2提供驅動。同時由控制電路8中產生的同頻率脈寬的驅動信號進行隔離後給全橋電路2中的開關管V4、V5、V6、V7提供驅動。當+300V直流電經BUCK電路I進行降壓後，再經全橋電路2高效逆變，與30kV的高頻變壓器的初級相連接並進行隔離升壓，隔離升壓後進行二倍壓整流電路進行串聯疊力口，疊加後的電壓再經η型濾波電路進行濾波，再與線性穩壓電路7串聯聯接。當輸入電壓變化或負載阻抗發生變化時，控制電路8自動調節主開關管V2的佔空t匕，使輸出電壓穩定。該電源電壓維持過程由兩個過程組成 當電路開始工作時，首先控制電路控制主開關管V2開通，續流二極體V3反偏而截止，輸入電壓通過儲能電感LI向電阻Rl供電，同時向濾波電容Cl充電，此時儲能電感LI內的電流逐漸增加，存儲的磁場能量也逐漸增加；其次，經過一定的導通時間後，控制主開關管V2的電位為低電平時，主開關管V2截止，由於儲能電感LI的電流無法突變，所以在它的兩端產生一個自感應電動勢，使續流二極體V3導通，此時儲能電感LI把存儲的磁場能量傳遞給電阻Rl和濾波電容Cl。總之，本實用新型採用BUCK電路I與全橋電路2相結合作為主電路形式，採用軟開關諧振技術減少功率開關管損耗，實現了零電壓狀態的開關變換，有效解決了聞頻條件下的開關損耗問題，更好提高了電源的轉換效率；濾波電路5中不僅採用π型濾波電路進行濾波，並在π型濾波電路串入線性穩壓管，更有效的濾除輸出高頻紋波；在控制電路8中採用PID控制器雙閉環調整，實現陰極高壓穩壓電源的高精度，低紋波的性能。
權利要求1.一種高精度的陰極高壓電源，其特徵在於包括BUCK電路(1)，其輸出端與全橋電路(2)的輸入端相連，全橋電路(2)的輸出端依次通過隔離升壓電路(3)、整流電路(4)與濾波電路(5)的輸入端相連，濾波電路(5)的輸出端分別與負載(6)、線性穩壓電路(7)的輸入端相連，線性穩壓電路(7)的輸出端與控制電路(8)的輸入端相連，控制電路(8)的輸出端分別與BUCK電路(I)、全橋電路(2)的輸入端相連。
2.根據權利要求1所述的高精度的陰極高壓電源，其特徵在於所述的BUCK電路(I)包括接220V交流電的整流橋VI，整流橋Vl的正極與分別與續流二極體V3的陰極、電阻Rl和濾波電容Cl的並聯端相連，整流橋Vl的負極與主開關管V2的源極S相連，主開關管V2的漏極分別與續流二極體V3的陽極、儲能電感LI的一端相連，儲能電感LI的另一端接電阻Rl和濾波電容Cl的並聯端，續流二極體V3的柵極接控制電路(8)的輸出端；所述的全橋電路(2)包括開關管V4、V5、V6、V7，開關管V4、V5的基極相連，開關管V6、V7的基極相連，開關管V4、V5、V6、V7的基極均接控制電路(8)的輸出端，開關管V4、V6的集電極相聯後接BUCK電路(I)的輸出端，開關管V4的發射極與開關管V5的集電極相連後接隔離升壓電路(3)的輸入端，開關管V6的發射極與開關管V7的集電極相連後接隔離升壓電路(3)的輸入端，開關管V5、V7的發射極相聯後接BUCK電路(I)的輸出端。
3.根據權利要求1所述的高精度的陰極高壓電源，其特徵在於所述的隔離升壓電路(3)的輸入端與全橋電路(2)的輸出端相連，隔離升壓電路(3)的輸出端與整流電路(4)的輸入端相連，整流電路(4)的輸出端與濾波電路(5)的輸入端相連，所述的整流電路(4)採用全橋整流電路或倍壓整流電路。
4.根據權利要求2所述的高精度的陰極高壓電源，其特徵在於所述的主開關管V2採用MOS管，所述的開關管V4、V5、V6、V7均為MOS管。
5.根據權利要求2所述的高精度的陰極高壓電源，其特徵在於所述的濾波電路(5)包括電阻R2，其一端與整流電路(4)的輸出端相連，其另一端與電阻R3、R6串聯，電阻R4的一端與整流電路(4)的輸出端相連，電阻R4的另一端與電阻R5相連，電容C2的一端接在電阻R2、R3之間，另一端接在電阻R4、R5之間，電阻R5分別與線性穩壓管V8的漏極D、線性穩壓電路(7)的輸入端相連，線性穩壓管V8的柵極與線性穩壓電路(7)的輸入端相連，線性穩壓管V8的源極分別與電容C3、電阻R7相連，電阻R6、R7分別與電阻R16、R17相連，電阻R16、R17串聯後並接在負載(6)的兩端，線性穩壓電路(7)的輸入端接在電阻R16、R17之間。
6.根據權利要求5所述的高精度的陰極高壓電源，其特徵在於所述的線性穩壓電路(7)包括運放NI，其正相輸入端接可調基準電壓Vref 1，其反相輸入端分別與電容C6、電容C7、電阻R14、電阻R15相連，電容C6與電阻R13串聯，電阻R13、電容C7、電阻R14均接運放NI的輸出端，運放NI的輸出端與線性穩壓管V8的柵極G相連，電阻R15接在電阻R16、R17之間，電阻Rll與電阻R12串聯，電阻Rll的一端接線性穩壓管V8的漏極D，電阻R12的一端接地。
7.根據權利要求6所述的高精度的陰極高壓電源，其特徵在於所述的控制電路(8)包括運放N2，其正相輸入端接可調基準電壓Vref 2，其反相輸入端分別與電容C5、電容C4、電阻R8相連，電容C5與電阻R9串聯，電阻R9、電容C4、電阻R8均與運放N2的輸出端相連，電容C5與電阻RlO的一端相連，電阻RlO的另一端接在電阻Rl1、電阻R12之間，運放N2的輸出端與PWM晶片的輸入端相連，PWM晶片的輸出端分別與主開關管V2的柵極G、開關管V4、V 5.V6.V7的基極相連。
專利摘要本實用新型涉及一種高精度的陰極高壓電源，包括BUCK電路，其輸出端與全橋電路的輸入端相連，全橋電路的輸出端依次通過隔離升壓電路、整流電路與濾波電路的輸入端相連，濾波電路的輸出端分別與負載、線性穩壓電路的輸入端相連，線性穩壓電路的輸出端與控制電路的輸入端相連，控制電路的輸出端分別與BUCK電路、全橋電路的輸入端相連。本實用新型的濾波電路中不僅採用π型濾波電路進行濾波，並在π型濾波電路串入線性穩壓管，更有效的濾除輸出高頻紋波；在控制電路中採用PID控制器雙閉環調整，實現陰極高壓穩壓電源的高精度，低紋波的性能。
文檔編號H02M1/14GK202840988SQ20122027269
公開日2013年3月27日 申請日期2012年6月11日 優先權日2012年6月11日
發明者周軍, 李運海, 邵康 申請人:合肥雷科電子科技有限公司