CN103997252A - 一种高频高压脉冲发生电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高频高压脉冲发生电路，包括一倍压整流电路，一滤波电路、一放电开关和一高压变压器，其中：所述倍压整流电路连接在DC/DC电源高频变压器和滤波电路之间，用于将变压器输出的方波电压进行倍压处理；所述滤波电路的输入端连接倍压整流电路的输出端；所述放电开关串联于滤波电路的输出端和高压变压器的初级线圈之间；所述高压变压器的初级线圈连接在所述放电开关和电源地之间，次级线圈与负载相连，所述高压变压器用于将低压脉冲信号转换为高压脉冲信号。本发明具有电路结构简单、设计成本低、脉冲响应快速等优点。

Description

一种高频高压脉冲发生电路

技术领域

本发明涉及高压脉冲电源领域，特别涉及一种用于汽车金卤灯的高频高压脉冲发生电路。

背景技术

传统的汽车前大灯光源一般采用卤钨灯泡，通过钨丝通电加热发光，其主要缺点是光效低和寿命短。随着汽车电子技术的发展，对汽车前大灯照明光源提出了更高的要求：发光效率高、照明距离远、功耗低等。为了适应这些需求，小功率金卤灯成为理想的替代光源。金卤灯是一种高强度气体放电灯，通过金属卤化物高压气体发光。金属卤化物在高温分解出的金属原子参与放电，提高了发光的光效和光色，同时具有低功耗和长寿命的优点。由于气体气压高，需要2万伏左右的高压脉冲击穿气体，产生电弧，再用低压维持电弧发光。因此，高压脉冲发生电路是金卤灯电子镇流器中的关键电路。

为了产生高压脉冲，一种设计思路是将直流电源连接振荡器以产生低压直流脉冲，再通过高压变压器在次级产生高压脉冲电压。这种方法虽然结构比较简单，但是通常用于产生低频的脉冲电压。高频脉冲电压的发生需要设计高频振荡器，大幅增加了电路设计的难度和成本。还有一种设计方法如图1所示，基于磁开关技术和磁脉冲压缩的原理，设计高频高压发生电路。正弦电压经二极管D1消去负半周得到初始脉冲序列。脉冲经L1向C2充电，谐振能量从C1传递到C2。当C2两端电压上升时，磁开关线圈L2的端电压增大，磁芯的慈通密度增加。当磁通密度达到饱和值，磁芯磁导率迅速下降，L2阻抗减小，存储在C2的能量传递到C3。如果L2的饱和电感远远小于L1，则C2到C3的能量传递比C1到C2的传递快得多，从而实现能量压缩，将脉冲上升沿进行陡化，产生纳秒级的高频高压脉冲。但这种方法必须基于非线性电感实现，电容充放电时间和磁开关饱和时间很难匹配，而且需要通过多级压缩电路才能得到高频脉冲。本专利技术就是基于这样的背景展开研究的。

发明内容

本发明的目的是设计一种高频高压脉冲发生电路。

为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种高频高压脉冲发生电路，包括一倍压整流电路，一滤波电路、一放电开关和一高压变压器，其中：

所述倍压整流电路连接在DC/DC电源高频变压器和滤波电路之间，用于将变压器输出的高频方波电压进行倍压处理；

所述滤波电路的输入端连接倍压整流电路的输出端，用于将高频方波电压转换为直流电压；

所述放电开关串联于滤波电路的输出端和高压变压器的初级线圈之间，用于接收直流倍压信号；

所述高压变压器的初级线圈连接在所述放电开关和电源地之间，次级线圈与负载相连，所述高压变压器用于将低压脉冲信号转换为高压脉冲信号。

进一步，所述倍压整流电路包括三个整流二极管和三个滤波电容，构成三倍压整流电路；

进一步，所述滤波电路包括一两级RC滤波器；所述RC滤波器包括(相互串联的)一电阻和一电容；所述RC滤波器连接于倍压整流电路输出端和放电开关之间；

进一步，所述放电开关的一个输入端连接滤波电路的输出端，另一个输入端连接高压变压器的初级线圈。

进一步，所述高压变压器包括初级线圈和次级线圈，所述初级线圈和放电开关串联连接，所述次级线圈和负载连接。

进一步，所述放电开关采用FS06X实现。

本发明实施例提供了一种高频高压脉冲发生电路，采用倍压整流电路将初始输入电压转换为合适的高压变压器初级电压，倍压电路的倍数可以根据实际电路的需要进行调整；基于放电开关管的击穿效应产生低压脉冲信号，放电管纳秒级的击穿时间可以产生高频率的脉冲信号。和现有技术相比，本发明具有结构简单、设计成本低、脉冲响应快速等优点。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为现有技术中基于磁开关的高频高压脉冲发生电路；

图2为本发明高频高压脉冲发生电路的框图。

图3为本发明高频高压脉冲发生电路的原理图。

图4为本发明高频高压脉冲发生电路的脉冲波形图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明所述的方法做进一步的详细说明。

图2为本发明实施例提供的高频高压脉冲发生电路的框图，如图所示，本发明实施例提供了一种高频高压脉冲发生电路，包括一倍压整流电路，一滤波电路、一放电开关和一高压变压器，其中：

所述倍压整流电路连接在DC/DC电源高频变压器和滤波电路之间，用于将变压器输出的高频方波电压进行倍压处理；

所述滤波电路的输入端连接倍压整流电路的输出端，用于将高频方波电压转换为直流电压；

所述放电开关串联于滤波电路的输出端和高压变压器的初级线圈之间，用于接收直流倍压信号；

所述高压变压器的初级线圈连接在所述放电开关和电源地之间，次级线圈与负载相连，所述高压变压器用于将低压脉冲信号转换为高压脉冲信号。

进一步，所述倍压整流电路包括三个整流二极管和三个滤波电容，构成三倍压整流电路；

进一步，所述滤波电路包括一两级RC滤波器；所述RC滤波器包括(相互串联的)一电阻和一电容；所述RC滤波器连接于倍压整流电路输出端和放电开关之间；

进一步，所述放电开关的一个输入端连接滤波电路的输出端，另一个输入端连接高压变压器的初级线圈。

进一步，所述高压变压器包括初级线圈和次级线圈，所述初级线圈和放电开关串联连接，所述次级线圈和负载连接。

进一步，所述放电开关采用FS06X实现。

图3为本发明实施例提供的高频高压脉冲发生电路的原理图。本发明实施例中的DC/DC电源高频变压器输出的方波电压首先经倍压电路处理，二极管D1、D2、D3和电容C1、C2、C3构成了三倍压整流电路。方波正半周时，二极管D1导通，D2截止，电流经D1对C1充电，将电容C1上的电压充电到变压器输出电压；方波副半周时，二极管D2导通，D1截止，电容C1上的电压和变压器输出电压串联叠加对C2充电；方波第三个正半周时，二极管D1和D3导通，D2截止，电容C2上的电压和正半周电压串联叠加对电容C3充电，最终充电到变压器输出电压的三倍。

电阻R1、R5和电容C4、C6构成RC滤波器，对倍压整流电路的输出电压进行滤波，滤波后的直流电压对电容C5充电。充电电压施加在放电开关D4的两端，在放电管两极之间产生电场，放电管内的惰性气体开始游离。当电容C5的电压达到放电管的击穿电压，即超过惰性气体的绝缘强度时，放电管两端产生电弧，瞬间导通产生间隙放电。放电管的击穿时间很短，约几十纳秒，击穿产生高频的脉冲信号。放电管的选型很重要，必须满足以下条件：放电管击穿电压的下限值需高于线路的最大正常工作电压；放电管的击穿电压需低于线路能承受的最高瞬时电压；过电压消失后，放电管能确保及时熄灭。

高压变压器由初级线圈和次级线圈组成，采用线绕式结构，用环氧树脂真空高温灌封，具有很高的绝缘电阻。初级线圈和放电开关管相连，放电管击穿导通时，脉冲电压施加在初级线圈。经变压器放大后，次级线圈输出约2万伏的高压脉冲信号。图4为本发明实施例产生的高压脉冲信号波形，由图可见，信号周期为100纳秒左右，即输出为高频高压脉冲信号。高压变压器的次级线圈与负载金卤灯串联连接，高压脉冲在金卤灯启动时击穿灯泡内的高压气体，产生电弧发光。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种高频高压脉冲发生电路，其特征在于，包括一倍压整流电路，一滤波电路、一放电开关和一高压变压器，其中：

所述倍压整流电路连接在DC/DC电源高频变压器和滤波电路之间，用于将变压器输出的高频方波电压进行倍压处理；

所述滤波电路的输入端连接倍压整流电路的输出端，用于将高频方波电压转换为直流电压；

所述放电开关串联于滤波电路的输出端和高压变压器的初级线圈之间，用于接收直流倍压信号；

所述高压变压器的初级线圈连接在所述放电开关和电源地之间，次级线圈与负载相连，所述高压变压器用于将低压脉冲信号转换为高压脉冲信号。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述倍压整流电路包括三个整流二极管和三个滤波电容，构成三倍压整流电路。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述滤波电路包括一两级RC滤波器；所述RC滤波器包括(相互串联的)一电阻和一电容；所述RC滤波器连接于倍压整流电路输出端和放电开关之间。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述放电开关的一个输入端连接滤波电路的输出端，另一个输入端连接高压变压器的初级线圈。

5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述高压变压器包括初级线圈和次级线圈，所述初级线圈和放电开关串联连接，所述次级线圈和负载连接。

6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述放电开关采用FS06X实现。