CN102130598A - 脉宽调制推挽式正输出静电纺丝高压整机电源 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种脉宽调制推挽式正输出静电纺丝高压整机电源。控制电路分别与驱动电路、稳压电路、输出电压反馈电路和输出电流取样及过流保护电路连接，输出整流滤波电路分别与驱动电路、输出电压反馈电路和输出电流取样及过流保护电路连接，复位控制电路通过输出电流取样及过流保护电路、软启动电路、控制电压限幅电路、输出电压反馈电路与输出电压监测电路连接，稳压电路通过供电电路与驱动电路连接；本发明结构简单，小型化与模块化电路设计更易于制作及维护；该电源时漂、温漂小，输出纹波低，稳定度高；输出电压可调，输出电压和电流的数字监测显示，使操作使用灵活方便；具有过流、短路保护等功能，长期工作稳定性、可靠性好。

Description

脉宽调制推挽式正输出静电纺丝高压整机电源
技术领域
本发明涉及一种广泛应用于制备高性能纳米纤维的高压静电纺丝设备中，同时也应用于高压静电除尘、静电喷涂、静电植绒等方面仪器设备中的脉宽调制推挽式正输出静电纺丝高压整机电源。
背景技术
随着纤维素及其衍生物的广泛应用，市场上制备纳米纤维的高压静电纺丝技术受到普遍关注，而在该技术中，需有一个高压电压源（30KV~50KV）提供的高压静电场。因此，对该高压电压源的需求越来越多，同时也对电源的性能指标、操作维护、外形尺寸、稳定性和可靠性等方面提出更高要求。目前，市场上的静电纺丝高压电源，在上述多个方面还不能全方位满足客户需求。
发明内容
鉴于现有技术存在的问题以及目前市场的需求情况，本发明提供一种整机结构小型化，电路模块化，性能稳定、可靠，易于制作维护，具有可调节，数字显示，使用方便等特点的脉宽调制推挽式正输出静电纺丝高压整机电源。
本发明为实现上述目的，所采取的技术方案是：一种脉宽调制推挽式正输出静电纺丝高压整机电源，包括机箱箱体内的电源电路，所述电源电路包括供电电路、控制电路、稳压电路、驱动电路、输出电压反馈电路和输出整流滤波电路，其特征在于：还包括软启动电路、输出电流取样及过流保护电路、控制电压限幅电路、复位控制电路、输出电压监测电路，所述控制电路分别与驱动电路、稳压电路、输出电压反馈电路和输出电流取样及过流保护电路连接，所述输出整流滤波电路分别与驱动电路、输出电压反馈电路和输出电流取样及过流保护电路连接，所述复位控制电路通过输出电流取样及过流保护电路、软启动电路、控制电压限幅电路、输出电压反馈电路与输出电压监测电路连接，所述稳压电路通过供电电路与驱动电路连接；
所述软启动电路中，LM358控制芯片U4A的1脚和2脚相连并分别接电容C32的一端、二极管D21的负极和基准电压输出端Vref，LM358控制芯片U4A的3脚与电阻R14的一端相连，电阻R14的另一端分别接LM358控制芯片U4B的6脚、二极管D17和二极管D18的正极、电阻R15的一端、电容C33的正极，LM358控制芯片U4B的5脚接内部基准电压端Vr，电容C33的负极接输入地GND，LM358控制芯片U4B的7脚接电阻R15的另一端，电容C32的另一端与二极管D21的正极相连并接输入地GND，二极管D17的负极接内部供电端Vcc，LM358控制芯片U4A的4脚接输入地GND，LM358控制芯片U4A的8脚接内部供电端Vcc；
所述输出电流取样及过流保护电路中，LM358控制芯片U3B的5脚分别接电阻R27和电阻R30的一端，电阻R27的另一端接电容C38的负极，LM358控制芯片U3B的6脚分别接电阻R28、电阻R29和电容C39的一端，电阻R29和电容C39的另一端相连并接输入地GND，电阻R28的另一端接内部基准电压端Vr，LM358控制芯片U3B的7脚分别接电容C38的正极和二极管D14的正极，电阻R32与电容C37并联，二极管D13与电容C36并联，LM358控制芯片U2B的5脚通过电阻R33接输入地GND，LM358控制芯片U2B的6脚分别接二极管D13的负极、电阻R32和电阻R34的一端，LM358控制芯片U2B的7脚分别接电阻R31的一端，电阻R30和电阻R32的另一端，电阻R31的另一端接输入地GND，电阻R34的另一端分别接电阻R35和电容C35的一端，电容C35的另一端和二极管D13的正极相连并接输入地GND，二极管D11与电容C13并联，电阻R38与电容C14并联，电阻R35的另一端分别接电阻R39和电阻R38的一端，电阻R39的另一端接电容C13的一端，电阻R38的另一端分别接电容C13的另一端及高压输出地HVG；
所述控制电压限幅电路中，LM358控制芯片U5A的1脚和2脚相连，LM358控制芯片U5A的3脚分别接二极管D22和二极管D23的正极、电阻R12和电容C31的一端，二极管D22的负极接软启动电路中二极管D21的负极，LM358控制芯片U5B的5脚接内部基准电压端Vr，LM358控制芯片U5B的6脚通过电阻R11分别接电阻R13的一端、电阻R12的另一端及电压调节输入端Vadj，电阻R13和电容C31的另一端相连并接输入地GND，LM358控制芯片U5B的7脚接二极管D23的负极，LM358控制芯片U5A的4脚接输入地GND，LM358控制芯片U5A的8脚接内部供电端Vcc；
所述复位控制电路中，三极管T3的基极分别接电阻R36、电阻R37和电容C41的一端，电阻R36的另一端接复位端Reset，电阻R37和电容C41的另一端与三极管T3的发射极相连并接输入地GND，三极管T3的集电极分别接电容C40的一端、输出电流取样及过流保护电路中LM358控制芯片U3B的5脚，电容C40的另一端接输入地GND；
所述输出电压监测电路中，LM358控制芯片U3A的1脚和2脚相连后接输出电压监测端Vdis，LM358控制芯片U3A的3脚分别接电阻R26和电容C34的一端，电容C34的另一端接输入地GND，LM358控制芯片U3A的4脚接输入地GND，LM358控制芯片U3A的8脚接内部供电端Vcc。
本发明的有益效果是：电源整机结构简单，小型化的外形尺寸与模块化电路设计的有机结合，使其更易于制作及维护；该电源时漂、温漂小，输出纹波低，稳定度高；输出电压可调，输出电压和电流的数字监测显示，使操作使用灵活方便；具有过流、短路保护等功能，长期工作稳定性、可靠性好。
附图说明
图1为本发明的外观示意图。
图2为图1的后视图。
图3为本发明的电路连接框图。
图4为本发明的电路原理图。
具体实施方式
如图1、2、3、4所示，脉宽调制推挽式正输出静电纺丝高压整机电源，包括机箱箱体1内的电源电路，电源电路包括供电电路、控制电路、稳压电路、驱动电路、输出电压反馈电路和输出整流滤波电路，还包括软启动电路、输出电流取样及过流保护电路、控制电压限幅电路、复位控制电路、输出电压监测电路，控制电路分别与驱动电路、稳压电路、输出电压反馈电路和输出电流取样及过流保护电路连接，输出整流滤波电路分别与驱动电路、输出电压反馈电路和输出电流取样及过流保护电路连接，复位控制电路通过输出电流取样及过流保护电路、软启动电路、控制电压限幅电路、输出电压反馈电路与输出电压监测电路连接，稳压电路通过供电电路与驱动电路连接；
软启动电路中，LM358控制芯片U4A的1脚和2脚相连并分别接电容C32的一端、二极管D21的负极和基准电压输出端Vref，LM358控制芯片U4A的3脚与电阻R14的一端相连，电阻R14的另一端分别接控制芯片U4B的6脚、二极管D17和D18的正极、电阻R15的一端、电容C33的正极，LM358控制芯片U4B的5脚接内部基准电压端Vr，电容C33的负极接输入地GND，LM358控制芯片U4B的7脚接电阻R15的另一端，电容C32的另一端与二极管D21的正极相连并接输入地GND，二极管D18的负极与控制电路中二极管D19的负极相连，二极管D17的负极接内部供电端Vcc，LM358控制芯片U4A的4脚接输入地GND，LM358控制芯片U4A的8脚接内部供电端Vcc；
输出电流取样及过流保护电路中，LM358控制芯片U3B的5脚分别接电阻R27和电阻R30的一端，电阻R27的另一端接电容C38的负极，LM358控制芯片U3B的6脚分别接电阻R28、电阻R29和电容C39的一端，电阻R29和电容C39的另一端相连并接输入地GND，电阻R28的另一端接内部基准电压端Vr，LM358控制芯片U3B的7脚分别接电容C38的正极和二极管D14的正极，二极管D14的负极接控制电路中二极管D24的负极，电阻R32与电容C37并联，二极管D13与电容C36并联，LM358控制芯片U2B的5脚通过电阻R33接输入地GND，LM358控制芯片U2B的6脚分别接二极管D13的负极、电阻R32和电阻R34的一端，LM358控制芯片U2B的7脚分别接电阻R31的一端，电阻R30和电阻R32的另一端，电阻R31的另一端接输入地GND，电阻R34的另一端分别接电阻R35和电容C35的一端，电容C35的另一端和二极管D13的正极相连并接输入地GND，二极管D11与电容C13并联，电阻R38与电容C14并联，电阻R35的另一端分别接电阻R39和电阻R38的一端，电阻R39的另一端分别接电容C13的一端、输出整流滤波电路中变压器TRF1次级高压线圈L13的6端，电阻R38的另一端分别接电容C13的另一端及高压输出地HVG；
控制电压限幅电路中，LM358控制芯片U5A的1脚和2脚相连后接输出电压反馈电路中LM358控制芯片U2A的3脚，LM358控制芯片U5A的3脚分别接二极管D22和二极管D23的正极、电阻R12和电容C31的一端，二极管D22的负极接软启动电路中二极管D21的负极，LM358控制芯片U5B的5脚接内部基准电压端Vr，LM358控制芯片U5B的6脚通过电阻R11分别接电阻R13的一端、电阻R12的另一端及电压调节输入端Vadj，电阻R13和电容C31的另一端相连并接输入地GND，LM358控制芯片U5B的7脚接二极管D23的负极，控制芯片LM358中U5A的4脚接输入地GND，LM358控制芯片U5A的8脚接内部供电端Vcc；
复位控制电路中，三极管T3的基极分别接电阻R36、电阻R37和电容C41的一端，电阻R36的另一端接复位端Reset，电阻R37和电容C41的另一端与三极管T3的发射极相连并接输入地GND，三极管T3的集电极分别接电容C40的一端、输出电流取样及过流保护电路中LM358控制芯片U3B的5脚，电容C40的另一端接输入地GND；
输出电压监测电路中，LM358控制芯片U3A的1脚和2脚相连后接输出电压监测端Vdis，LM358控制芯片U3A的3脚分别接电阻R26和电容C34的一端，电容C34的另一端接输入地GND，电阻R26的另一端接输出电压反馈电路中LM358控制芯片U2A的2脚，LM358控制芯片U3A的4脚接输入地GND，LM358控制芯片U3A的8脚接内部供电端Vcc；
机箱箱体1的前面板2上分别安装有输出电压显示表2-1、输出电流显示表2-2、高压输出调节电位器2-3、控制开关2-4及整机电源开关2-5，机箱箱体1的后面板3上安装有高压输出+HV.Out插座3-1、输出地HVG接线端3-2、交流供电输入插座3-3。
工作原理：电源电路的控制核心部分采用SG3525（U1）PWM集成控制芯片，其工作频率高，工作电压范围宽，图腾柱式输出结构。从PWM控制芯片U1的11脚和14脚双端输出的PWM控制信号，通过隔离变压器TRF2，耦合驱动推挽驱动电路中MOS功率三极管T1和T2，隔离变压器TRF2既能使次级电平位移，又能与开关变压器TRF1电路隔离。在开关变压器TRF1的初级线圈L11及L12中产生的高频振荡脉冲电压，通过开关变压器TRF1耦合到其次级线圈L13，经由电容C1至电容C10、二极管D1至二极管D10等组成的倍压整流电路，以及电阻R40、电容C11、C12的滤波后产生高压。从电阻R20上采集的输出高压信号，经由控制芯片U2A等组成的电压反馈电路，送到集成控制芯片U1的9脚，进而控制、稳定高压输出。
同时，从电阻R38上采集的输出电流信号，通过由控制芯片U2B和U3B等组成的输出电流取样及过流保护电路，控制PWM控制芯片U1的8脚，从而限制输出最大电流，在输出过流或短路时，起到保护作用。
另外，为降低电源启动时输出高压上冲的影响，电源设计有软启动电路，它由控制芯片U4A和U4B等组成，启动时间主要由电阻R15、电容C33决定。
为防止控制输入电压超高对电源可能造成的影响，电源设计有控制电压限幅电路，它是由控制芯片U5A和U5B、二极管D23等组成，使进入输出电压反馈电路中的调控输入电压最高值受到钳位，最终限制输出高压最大值。
本静电纺丝高压电源的输出保护为关闭自恢复式，关闭时间主要由电容C38、电阻R27等决定。若将输出保护改为关闭式，可将电容C38改为二极管，同时加上由三极管T3等组成的复位控制电路。

Claims (2)

1.一种脉宽调制推挽式正输出静电纺丝高压整机电源，包括机箱箱体（1）内的电源电路，所述电源电路包括供电电路、控制电路、稳压电路、驱动电路、输出电压反馈电路和输出整流滤波电路，其特征在于：还包括软启动电路、输出电流取样及过流保护电路、控制电压限幅电路、复位控制电路、输出电压监测电路，所述控制电路分别与驱动电路、稳压电路、输出电压反馈电路和输出电流取样及过流保护电路连接，所述输出整流滤波电路分别与驱动电路、输出电压反馈电路和输出电流取样及过流保护电路连接，所述复位控制电路通过输出电流取样及过流保护电路、软启动电路、控制电压限幅电路、输出电压反馈电路与输出电压监测电路连接，所述稳压电路通过供电电路与驱动电路连接；
所述软启动电路中，LM358控制芯片U4A的1脚和2脚相连并分别接电容C32的一端、二极管D21的负极和基准电压输出端Vref，LM358控制芯片U4A的3脚与电阻R14的一端相连，电阻R14的另一端分别接LM358控制芯片U4B的6脚、二极管D17和二极管D18的正极、电阻R15的一端、电容C33的正极，LM358控制芯片U4B的5脚接内部基准电压端Vr，电容C33的负极接输入地GND，LM358控制芯片U4B的7脚接电阻R15的另一端，电容C32的另一端与二极管D21的正极相连并接输入地GND，二极管D17的负极接内部供电端Vcc，LM358控制芯片U4A的4脚接输入地GND，LM358控制芯片U4A的8脚接内部供电端Vcc；
所述输出电流取样及过流保护电路中，LM358控制芯片U3B的5脚分别接电阻R27和电阻R30的一端，电阻R27的另一端接电容C38的负极，LM358控制芯片U3B的6脚分别接电阻R28、电阻R29和电容C39的一端，电阻R29和电容C39的另一端相连并接输入地GND，电阻R28的另一端接内部基准电压端Vr，LM358控制芯片U3B的7脚分别接电容C38的正极和二极管D14的正极，电阻R32与电容C37并联，二极管D13与电容C36并联，LM358控制芯片U2B的5脚通过电阻R33接输入地GND，LM358控制芯片U2B的6脚分别接二极管D13的负极、电阻R32和电阻R34的一端，LM358控制芯片U2B的7脚分别接电阻R31的一端，电阻R30和电阻R32的另一端，电阻R31的另一端接输入地GND，电阻R34的另一端分别接电阻R35和电容C35的一端，电容C35的另一端和二极管D13的正极相连并接输入地GND，二极管D11与电容C13并联，电阻R38与电容C14并联，电阻R35的另一端分别接电阻R39和电阻R38的一端，电阻R39的另一端接电容C13的一端，电阻R38的另一端分别接电容C13的另一端及高压输出地HVG；
所述控制电压限幅电路中，LM358控制芯片U5A的1脚和2脚相连，LM358控制芯片U5A的3脚分别接二极管D22和二极管D23的正极、电阻R12和电容C31的一端，二极管D22的负极接软启动电路中二极管D21的负极，LM358控制芯片U5B的5脚接内部基准电压端Vr，LM358控制芯片U5B的6脚通过电阻R11分别接电阻R13的一端、电阻R12的另一端及电压调节输入端Vadj，电阻R13和电容C31的另一端相连并接输入地GND，LM358控制芯片U5B的7脚接二极管D23的负极，LM358控制芯片U5A的4脚接输入地GND，LM358控制芯片U5A的8脚接内部供电端Vcc；
所述复位控制电路中，三极管T3的基极分别接电阻R36、电阻R37和电容C41的一端，电阻R36的另一端接复位端Reset，电阻R37和电容C41的另一端与三极管T3的发射极相连并接输入地GND，三极管T3的集电极分别接电容C40的一端、输出电流取样及过流保护电路中LM358控制芯片U3B的5脚，电容C40的另一端接输入地GND；
所述输出电压监测电路中，LM358控制芯片U3A的1脚和2脚相连后接输出电压监测端Vdis，LM358控制芯片U3A的3脚分别接电阻R26和电容C34的一端，电容C34的另一端接输入地GND，LM358控制芯片U3A的4脚接输入地GND，LM358控制芯片U3A的8脚接内部供电端Vcc。
2.根据权利要求1所述的脉宽调制推挽式正输出静电纺丝高压整机电源，其特征在于：所述机箱箱体（1）的前面板（2）上分别安装有输出电压显示表（2-1）、输出电流显示表（2-2）、高压输出调节电位器（2-3）、控制开关（2-4）及整机电源开关（2-5），所述机箱箱体（1）的后面板（3）上安装有高压输出+HV.Out插座（3-1）、输出地HVG接线端（3-2）、交流供电输入插座（3-3）。
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