CN102510223A - 一种准谐振半桥式可调高压电源电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种准谐振半桥式可调高压电源电路。该电源电路包括高压输出电路，还包括功能控制电路、半桥驱动电路、故障保护电路、高压反馈电路，功能控制电路通过半桥驱动电路依次与高压输出电路、高压反馈电路连接，高压反馈电路输出端分别与功能控制电路和故障保护电路的输入端连接，故障保护电路的输出端与半桥驱动电路输入端连接；本发明的有益效果是：通过串联谐振槽路，使开关功率管两端电压在其导通前具有特定形状，使其开关损耗最小；输出电压可调节，输出纹波电压相对较小；具有初级工作电流锁定保护功能；功率供电电路与控制电路相互隔离。

Description

一种准谐振半桥式可调高压电源电路

技术领域

本发明涉及一种广泛应用于电子工业、科研、军工、医疗等领域测量仪器设备中的一种准谐振半桥式可调高压电源电路。

背景技术

高压电源作为一种特殊电源，其用途广泛，性能指标要求较高。特别是在较大功率输出时，如何将高压电源开关损耗降至最小，减小输出纹波电压，保证其稳定性和可靠性，成为高压电源领域中较难解决的问题，但与此同时，市场对此类产品的需求却越来越大。

发明内容

鉴于市场实际需求情况及今后发展趋势，本发明提供了一种准谐振半桥式可调高压电源电路。

本发明为实现上述目的，所采取的技术方案是：一种准谐振半桥式可调高压电源电路，该电源电路包括高压输出电路，其特征在于：还包括功能控制电路、半桥驱动电路、故障保护电路、高压反馈电路，所述功能控制电路通过半桥驱动电路依次与高压输出电路、高压反馈电路连接，所述高压反馈电路输出端分别与功能控制电路和故障保护电路的输入端连接，故障保护电路的输出端与半桥驱动电路输入端连接；

所述功能控制电路中，控制芯片U1的振荡器外接定时电阻端1脚通过电阻R4接控制输入地Gi，控制芯片U1的振荡器外接定时电容端2脚通过电容C3接控制输入地Gi，控制芯片U1的振荡器外同步控制端3脚接电阻R6的一端，控制芯片U1的控制接地端4脚接控制输入地Gi，可调电位器W的3端接控制芯片U1的基准电压输出端5脚，可调电位器W的2端接控制芯片U1内部误差放大器的同相输入端8脚，可调电位器W的1端接控制输入地Gi，控制供电电压+Vin分别接电容C1的正极、控制芯片U1的供电端15脚、电阻R3的一端，电阻R3的另一端接控制芯片U1的使能控制端9脚，电容C1的负极接控制输出地Go，电容C4和电阻R5并联，电阻R5的一端接控制芯片U1的单触发脉宽设定端16脚，电阻R5的另一端接控制输入地Gi；

所述半桥驱动电路中，隔离驱动变压器TRF1初级线圈L11的同名端分别连接二极管D1的负极、功能控制电路中控制芯片U1的驱动输出端B的12脚，隔离驱动变压器TRF1初级线圈L11的异名端分别连接二极管D2的负极、功能控制电路中控制芯片U1的驱动输出端A的14脚，二极管D1的正极分别与二极管D2的正极、功能控制电路中控制芯片U1的功率接地端13脚相连后接控制输出地Go，隔离驱动变压器TRF1次级线圈L12的同名端分别连接电阻R1的一端和三极管T1的栅极，电容C7和二极管D3并联，电容C8和二极管D4并联，二极管D3的正极和二极管D4的负极相连，三极管T1的源极和三极管T2的漏极相连，隔离驱动变压器TRF1次级线圈L12的异名端分别连接电阻R1的另一端、三极管T1的源极、二极管D3的正极，隔离驱动变压器TRF1次级线圈L13的异名端分别连接电阻R2的一端和三极管T2的栅极，隔离驱动变压器TRF1次级线圈L13的同名端分别与电阻R2的另一端、三极管T2的源极、二极管D4的正极相连并接热地Gh，功率供电电压+400V分别接三极管T1的漏极、电容C10的一端，电容C10的另一端分别接电容C11的一端、功率变压器TRF2初级线圈L21的异名端，电容C11的另一端接热地Gh；

所述故障保护电路中，电流互感器TRF3初级线圈L31的同名端接半桥驱动电路中功率输出变压器TRF2初级线圈L21的同名端，电流互感器TRF3初级线圈L31的异名端接半桥驱动电路中二极管D3的正极，电流互感器TRF3次级线圈L32与电阻R10并联，电流互感器TRF3次级线圈L32的同名端分别接二极管D9的负极和二极管D10的正极，其异名端分别接二极管D12的负极和二极管D11的正极，二极管D9的正极和二极管D12的正极相连并接控制输入地Gi，二极管D10的负极和二极管D11的负极相连并接电阻R8的一端，电容C9和电阻R9并联，电阻R8的另一端分别接电阻R9的一端、功能控制电路中控制芯片U1的故障保护输入端10脚，电阻R9的另一端控制输入地Gi；

所述高压反馈电路中，电阻R7的一端与电容C5的一端相连，电阻R7的另一端分别接电容C6的一端、功能控制电路中电阻R6的另一端、功能控制电路中控制芯片U1的内部误差放大器输出端6脚，电容C5的另一端分别接电容C6的另一端、功能控制电路中控制芯片U1内部误差放大器的反向输入端7脚、电阻R17和电阻R18的一端，电阻R18的另一端接高压输出地HVGND，电阻R17的另一端通过电阻R16分别接电阻R15和电容C18的一端，电阻R15的另一端通过电阻R14和电阻R13与电容C18的另一端相连并接高压输出电路中电容C16的非接地端。

本发明的有益效果是：通过串联谐振槽路，使开关功率管两端电压在其导通前具有特定形状，使其开关损耗最小；输出电压可调节，输出纹波电压相对较小；具有初级工作电流锁定保护功能；功率供电电路与控制电路相互隔离。

附图说明

图1为本发明的电路连接框图。

图2为本发明的电路原理图。

具体实施方式

如图1、2所示，一种准谐振半桥式可调高压电源电路，该电源电路包括高压输出电路，还包括功能控制电路、半桥驱动电路、故障保护电路、高压反馈电路，所述功能控制电路通过半桥驱动电路依次与高压输出电路、高压反馈电路连接，所述高压反馈电路输出端分别与功能控制电路和故障保护电路的输入端连接，故障保护电路的输出端与半桥驱动电路输入端连接；

所述功能控制电路中，控制芯片U1的振荡器外接定时电阻端1脚通过电阻R4接控制输入地Gi，控制芯片U1的振荡器外接定时电容端2脚通过电容C3接控制输入地Gi，控制芯片U1的振荡器外同步控制端3脚接电阻R6的一端，控制芯片U1的控制接地端4脚接控制输入地Gi，可调电位器W的3端接控制芯片U1的基准电压输出端5脚，可调电位器W的2端接控制芯片U1内部误差放大器的同相输入端8脚，可调电位器W的1端接控制输入地Gi，控制供电电压+Vin分别接电容C1的正极、控制芯片U1的供电端15脚、电阻R3的一端，电阻R3的另一端接控制芯片U1的使能控制端9脚，电容C1的负极接控制输出地Go，电容C4和电阻R5并联，电阻R5的一端接控制芯片U1的单触发脉宽设定端16脚，电阻R5的另一端接控制输入地Gi；

所述半桥驱动电路中，隔离驱动变压器TRF1初级线圈L11的同名端分别连接二极管D1的负极、功能控制电路中控制芯片U1的驱动输出端B的12脚，隔离驱动变压器TRF1初级线圈L11的异名端分别连接二极管D2的负极、功能控制电路中控制芯片U1的驱动输出端A的14脚，二极管D1的正极分别与二极管D2的正极、功能控制电路中控制芯片U1的功率接地端13脚相连后接控制输出地Go，隔离驱动变压器TRF1次级线圈L12的同名端分别连接电阻R1的一端和三极管T1的栅极，电容C7和二极管D3并联，电容C8和二极管D4并联，二极管D3的正极和二极管D4的负极相连，三极管T1的源极和三极管T2的漏极相连，隔离驱动变压器TRF1次级线圈L12的异名端分别连接电阻R1的另一端、三极管T1的源极、二极管D3的正极，隔离驱动变压器TRF1次级线圈L13的异名端分别连接电阻R2的一端和三极管T2的栅极，隔离驱动变压器TRF1次级线圈L13的同名端分别与电阻R2的另一端、三极管T2的源极、二极管D4的正极相连并接热地Gh，功率供电电压+400V分别接三极管T1的漏极、电容C10的一端，电容C10的另一端分别接电容C11的一端、功率变压器TRF2初级线圈L21的异名端，电容C11的另一端接热地Gh；

所述故障保护电路中，电流互感器TRF3初级线圈L31的同名端接半桥驱动电路中功率输出变压器TRF2初级线圈L21的同名端，电流互感器TRF3初级线圈L31的异名端接半桥驱动电路中二极管D3的正极，电流互感器TRF3次级线圈L32与电阻R10并联，电流互感器TRF3次级线圈L32的同名端分别接二极管D9的负极和二极管D10的正极，其异名端分别接二极管D12的负极和二极管D11的正极，二极管D9的正极和二极管D12的正极相连并接控制输入地Gi，二极管D10的负极和二极管D11的负极相连并接电阻R8的一端，电容C9和电阻R9并联，电阻R8的另一端分别接电阻R9的一端、功能控制电路中控制芯片U1的故障保护输入端10脚，电阻R9的另一端控制输入地Gi；

所述高压反馈电路中，电阻R7的一端与电容C5的一端相连，电阻R7的另一端分别接电容C6的一端、功能控制电路中电阻R6的另一端、功能控制电路中控制芯片U1的内部误差放大器输出端6脚，电容C5的另一端分别接电容C6的另一端、功能控制电路中控制芯片U1内部误差放大器的反向输入端7脚、电阻R17和电阻R18的一端，电阻R18的另一端接高压输出地HVGND，电阻R17的另一端通过电阻R16分别接电阻R15和电容C18的一端，电阻R15的另一端通过电阻R14和电阻R13与电容C18的另一端相连并接高压输出电路中电容C16的非接地端；

控制芯片U1采用MC34067准谐振变换控制芯片，它通过保持固定的死区时间和改变频率，进而改变输出脉冲占空比的方式稳定输出电压。其内部的单脉冲电路用来确保功率开关管在零电压条件下导通，从而使开关损耗最小。其特点是：具有谐振特性的零电压开关电路；双端图腾柱式输出；具有可在外电路电平控制下关断触发器输出的使能控制端；设有故障输入端及软启动功能等。

驱动电路采用隔离驱动控制，半桥式结构。冷、热地隔离；功率开关管串联供电，既提高输出功率，又提高了电源的可靠性。

工作原理

在功能控制电路中中，控制芯片MC34067（U1）内部的振荡器输出脉冲作为触发信号，通过逻辑电路触发单触发触发器，输出单周期两组脉冲。而逻辑电路受控于误差放大器和关断比较器，当高压输出取样电压升高时，振荡器输出停止。其使能控制端9脚，可在外电路控制下，关断触发器输出。当负载过流或短路时，可通过故障输入端10脚关断驱动输出脉冲。另外，芯片内部的单脉冲电路用来确保功率开关管在零电压下导通，使开关损耗最小。在输出电压调整上，通过可调电位器W，改变内部误差放大器同相输入端8脚的基准设定，进而改变振荡频率，改变有效占空比。定时电容C3和定时电阻R4决定振荡器的振荡频率。电容C4和电阻R5用来设定内部触发器的单触发输出脉宽。

在半桥驱动电路中，由隔离驱动变压器TRF1隔离冷热地，将时序不同的脉冲分别驱动功率开关管T1和T2，在两功率开关管的中点形成对称的开关脉冲电压，通过功率输出变压器TRF2，将电能输送至高压输出电路。

在故障保护电路中，电流互感器TRF3将功率开关的工作脉冲电流变成与之成正比的脉冲电压，经二极管D9～D12桥式整流后，作为负载电流取样，送到控制芯片U1的故障输入端10脚，当该负载电流过流时，通过该引脚10脚实现锁定保护。

Claims (1)

1.一种准谐振半桥式可调高压电源电路，该电源电路包括高压输出电路，其特征在于：还包括功能控制电路、半桥驱动电路、故障保护电路、高压反馈电路，所述功能控制电路通过半桥驱动电路依次与高压输出电路、高压反馈电路连接，所述高压反馈电路输出端分别与功能控制电路和故障保护电路的输入端连接，故障保护电路的输出端与半桥驱动电路输入端连接；

所述功能控制电路中，控制芯片U1的振荡器外接定时电阻端1脚通过电阻R4接控制输入地Gi，控制芯片U1的振荡器外接定时电容端2脚通过电容C3接控制输入地Gi，控制芯片U1的振荡器外同步控制端3脚接电阻R6的一端，控制芯片U1的控制接地端4脚接控制输入地Gi，可调电位器W的3端接控制芯片U1的基准电压输出端5脚，可调电位器W的2端接控制芯片U1内部误差放大器的同相输入端8脚，可调电位器W的1端接控制输入地Gi，控制供电电压+Vin分别接电容C1的正极、控制芯片U1的供电端15脚、电阻R3的一端，电阻R3的另一端接控制芯片U1的使能控制端9脚，电容C1的负极接控制输出地Go，电容C4和电阻R5并联，电阻R5的一端接控制芯片U1的单触发脉宽设定端16脚，电阻R5的另一端接控制输入地Gi；

所述半桥驱动电路中，隔离驱动变压器TRF1初级线圈L11的同名端分别连接二极管D1的负极、功能控制电路中控制芯片U1的驱动输出端B的12脚，隔离驱动变压器TRF1初级线圈L11的异名端分别连接二极管D2的负极、功能控制电路中控制芯片U1的驱动输出端A的14脚，二极管D1的正极分别与二极管D2的正极、功能控制电路中控制芯片U1的功率接地端13脚相连后接控制输出地Go，隔离驱动变压器TRF1次级线圈L12的同名端分别连接电阻R1的一端和三极管T1的栅极，电容C7和二极管D3并联，电容C8和二极管D4并联，二极管D3的正极和二极管D4的负极相连，三极管T1的源极和三极管T2的漏极相连，隔离驱动变压器TRF1次级线圈L12的异名端分别连接电阻R1的另一端、三极管T1的源极、二极管D3的正极，隔离驱动变压器TRF1次级线圈L13的异名端分别连接电阻R2的一端和三极管T2的栅极，隔离驱动变压器TRF1次级线圈L13的同名端分别与电阻R2的另一端、三极管T2的源极、二极管D4的正极相连并接热地Gh，功率供电电压+400V分别接三极管T1的漏极、电容C10的一端，电容C10的另一端分别接电容C11的一端、功率变压器TRF2初级线圈L21的异名端，电容C11的另一端接热地Gh；

所述故障保护电路中，电流互感器TRF3初级线圈L31的同名端接半桥驱动电路中功率输出变压器TRF2初级线圈L21的同名端，电流互感器TRF3初级线圈L31的异名端接半桥驱动电路中二极管D3的正极，电流互感器TRF3次级线圈L32与电阻R10并联，电流互感器TRF3次级线圈L32的同名端分别接二极管D9的负极和二极管D10的正极，其异名端分别接二极管D12的负极和二极管D11的正极，二极管D9的正极和二极管D12的正极相连并接控制输入地Gi，二极管D10的负极和二极管D11的负极相连并接电阻R8的一端，电容C9和电阻R9并联，电阻R8的另一端分别接电阻R9的一端、功能控制电路中控制芯片U1的故障保护输入端10脚，电阻R9的另一端控制输入地Gi；

所述高压反馈电路中，电阻R7的一端与电容C5的一端相连，电阻R7的另一端分别接电容C6的一端、功能控制电路中电阻R6的另一端、功能控制电路中控制芯片U1的内部误差放大器输出端6脚，电容C5的另一端分别接电容C6的另一端、功能控制电路中控制芯片U1内部误差放大器的反向输入端7脚、电阻R17和电阻R18的一端，电阻R18的另一端接高压输出地HVGND，电阻R17的另一端通过电阻R16分别接电阻R15和电容C18的一端，电阻R15的另一端通过电阻R14和电阻R13与电容C18的另一端相连并接高压输出电路中电容C16的非接地端。

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