CN104426411A - 一种单谐振高频高压电源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及开关电源技术领域，具体涉及一种单谐振高频高压电源；采用的技术方案：包括信号发生器，所述信号发生器通过缓冲器依次连接设置有一级放大器、第一LC选频电路、二级放大器、第二LC选频电路、三级放大器，还包括发射线圈，该发射线圈包括谐振腔回路和与谐振腔回路连接的天线，所述三级放大器与谐振腔回路连接；本发明的有益效果在于：可提高传统输电系统的传输效率，实现开关管匹配和解决开关管容易损坏的问题。

Description

一种单谐振高频高压电源

技术领域

本发明涉及开关电源技术领域，具体涉及一种单谐振高频高压电源。

背景技术

高频化可以使得高压电源装置小型化、轻量化，但同时开关损耗也会随之增加，电能效率严重下降，电磁干扰也增大了，所以简单的提高开关频率是不行的。在大功率高压直流电源应用场合，由于常规脉宽调制时，开关管工作于硬开关的状态，电磁干扰大，开关管损耗和损坏几率较大，不利于进一步提高开关频率，同时也影响了电源的稳定性和效率。针对这些问题，提出了软开关技术，它利用谐振为主的辅助换流手段，解决了电路中的开关损耗问题，使开关频率可以大幅度提高。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种单谐振高频高压电源，其可解决传统输电系统的传输效率低，不容易实现匹配，开关管容易损坏的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种单谐振高频高压电源，包括信号发生器，所述信号发生器通过缓冲器依次连接设置有一级放大器、第一LC选频电路、二级放大器、第二LC选频电路、三级放大器，还包括发射线圈，该发射线圈包括谐振腔回路和与谐振腔回路连接的天线，所述三级放大器与谐振腔回路连接。

具体的，所述信号发生器采用4MHz晶体振荡器。

进一步的，所述缓冲器为74AC14缓冲器。

在本发明中，所述一级放大器包括开关管Q4、开关管Q1、开关管Q5，所述开关管Q1、开关管Q5均与开关管Q4连接，所述二级放大器包括电感L2、功率管IRF540、可调电容C15，所述功率管IRF540、可调电容C15均与电感L2连接，所述三级放大器包括电感L3、功率管IRFP460、电容C16，所述功率管IRFP460、电容C16均与电感L3连接。

进一步的，第一LC选频电路包括电容C14、可调电感L5，所述电容C14和可调电感L5串联连接，所述第二LC选频电路包括电容C12、可调电感L4，所述电容C12和可调电感L4串联连接。

具体的，所述可调电感L4和可调电感L5采用的大小范围为4-20μH。

此外，所述信号发生器通过锁相环电路与谐振腔回路连接，所述锁相环电路连接设置有单片机。

进一步的，所述锁相环电路采用的芯片型号为74HCT4046主控制器，采用鉴相器PDII作为控制单元。

具体的，所述74HCT4046主控制器上1脚为相位输出端，3脚为比较信号输入端，4脚为压控振荡器输出端，所述4脚与拨码开关P3的5脚连接，6脚和7脚之间连接充放电容C20，9脚接压控振荡器控制端，11脚和12脚连接振荡可调电阻，14脚为信号输入端；

在本发明中，还包括脉宽调制器，该脉宽调制器包括脉宽调制电路TL494ID，信号发生器输出的信号通过脉宽调制电路TL494ID的2脚和3脚脉宽调制，同时通过可调电阻R10进行调整3脚的输入电压，所述脉宽调制电路TL494ID的9脚和10脚输出信号的脉宽大小并经过强电流缓冲器TC4422输出至图腾柱电路FDD8248进行电平信号转换及电流放大，放大信号经过半桥驱动变压器GDT输出，再经过功率管Q2电压放大输出，经过功率管Q3电流放大输出，然后经过电感L1降压，滤波后输出的信号进入继电器U1，继电器U1通过高压可调节直流源MOUT与三级放大器中电感L3连接，从而调节三级放大器中功率管IRFP460的电压。

本发明具有以下有益效果：本发明中通过设置的一、二、三级放大器，可提高传统输电系统的传输效率，同时采用第一LC选频电路和第二LC选频电路，可实现开关管匹配和解决开关管容易损坏的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一的结构示意图；

图2为本发明实施例二的结构示意图；

图3为本发明的电路原理图；

图4为锁相环电路原理图；

图5为脉宽调制器电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1和图3，本发明提供一种单谐振高频高压电源，包括信号发生器1，所述信号发生器1通过缓冲器2依次连接设置有一级放大器3、第一LC选频电路4、二级放大器5、第二LC选频电路6、三级放大器7，还包括发射线圈，该发射线圈包括谐振腔回路8和与谐振腔回路连接的天线9，所述三级放大器与谐振腔回路连接。通过一、二、三级放大器，可提高传统输电系统的传输效率，同时采用第一LC选频电路和第二LC选频电路，可实现开关管匹配和解决开关管容易损坏的问题。

作为本发明具体的一种实施方式，所述信号发生器采用4MHz晶体振荡器，所述缓冲器为74AC14缓冲器。采用74AC14缓冲器可提高信号驱动能力，减少信号传输及负载对信号源的影响，以及对信号有隔离的作用，从而消除负载对信号源的影响。所述一级放大器包括开关管Q4、开关管Q1、开关管Q5，所述开关管Q1、开关管Q5均与开关管Q4连接，信号发生器所发射的信号经过缓冲器，由缓冲器进入拨码开关P3，从拨码开关P3出来的信号再经过开关管Q4放大输出后，然后经过开关管Q1和开关管Q5组成的直接耦合互补输出，再进行电平信号转换及电流放大，然后经过第一LC选频电路稳定中心频率，再由高频阻抗变换变压器T1输出对二级放大器有效的驱动信号，第一LC选频电路包括电容C14、可调电感L5，所述电容C14和可调电感L5串联连接，可调电感L5采用的大小范围是4-20μH；所述二级放大器包括电感L2、功率管IRF540、可调电容C15，所述功率管IRF540、可调电容C15均与电感L2连接，由变压器T1输出电压经过功率管IRF540后，该功率管IRF540形成DC/DC变换器稳压模块，让谐振转换没有能量损失，因此能够使用较小的功率将栅级驱动到一个较高的电压值，能量得以在栅级与等效电感之间来回转换，从而实现功率管稳定应用于4MHz的范围内。该二级放大器输出功率通过第二LC选频电路耦合至阻抗变换变压器T2，通过变压器T2输出的有效信号为10-15W，所述第二LC选频电路包括电容C12、可调电感L4，所述电容C12和可调电感L4串联连接，可调电感L4采用的大小范围是4-20μH。所述三级放大器包括电感L3、功率管IRFP460、电容C16，所述功率管IRFP460、电容C16均与电感L3连接，变压器T2耦合输出信号经过功率管IRFP460功率放大，由功率管IRFP460与电感L3构成的E类放大器通过三个1200V0.333μF MKP电容进行交流耦合输出后，输出到谐振腔回路，在谐振腔回路的频率特性中，其谐振点与其电路中选频回路相等，此时发生谐振，完成最后一级软开关的切换，从而得以稳定输出约3～400W的4MHz RF功率。发射线圈产生磁场，当接收线圈靠近天线时，产生感应电流，经过全波整流和稳压，形成回路检测信号。

作为本发明的另一种实施例，参见图2和图4，当信号发生器采用外部输入信号时，先通过锁相环电路10，锁相环电路为设计电路中一种追踪输入信号保持同频同相位差的功能性电路，所述信号发生器通过锁相环电路10与谐振腔回路连接，所述锁相环电路连接设置有单片机11。所述锁相环电路采用的芯片型号为74HCT4046主控制器，同时采用鉴相器PDII作为控制单元。所述74HCT4046主控制器上1脚为相位输出端，3脚为比较信号输入端，4脚为压控振荡器输出端，所述4脚与拨码开关P3的5脚连接，同时拨码开关P3的5脚为高低电平使能端，低电平时允许压控振荡器工作，6脚和7脚之间连接充放电容C20，9脚接压控振荡器控制端，11脚和12脚连接振荡可调电阻，14脚为信号输入端，即连接外部输入信号，在本实施例中，外部输入信号经过锁相环电路后直接通过4脚与拨码开关P3的5脚连接，然后再进入一级放大器，而没有经过缓冲器。此外通过单片机对锁相环电路中的4脚输出的变化电压进行监测，然后判断是否对输出电压进行锁定。

在本发明中，参见图3和图5，本发明的单谐振高频高压电源还包括脉宽调制器，该脉宽调制器包括脉宽调制电路TL494ID，信号发生器输出的信号通过脉宽调制电路TL494ID的2脚和3脚脉宽调制，同时通过可调电阻R10进行调整3脚的输入电压，所述脉宽调制电路TL494ID的9脚和10脚输出信号的脉宽大小并经过强电流缓冲器TC4422输出至图腾柱电路FDD8248进行电平信号转换及电流放大，放大信号经过半桥驱动变压器GDT输出，再经过功率管Q2(IRFP460LC)电压放大输出，经过功率管Q3(IRFP460LC)电流放大输出，然后经过电感L1降压，滤波后输出的信号进入继电器U1，经过控制U1的通断给外部提供所需调制电压，继电器U1通过高压可调节直流源MOUT与三级放大器中电感L3连接，从而调节三级放大器中功率管IRFP460的电压。在本发明中脉宽调制电路TL494ID1中2脚是误差放大器的同相和反相输入端，1脚接地；3脚是相位校正和增益控制，调节可调电阻R10，则可调整3脚（FB）的输入电压。4脚为间歇期调理，其上加0～3.3V电压时可使截止时间从2%线怀变化到100%；5脚接振荡电容C12，该电容的大小为100PF；6脚分别用于外接振荡电阻R18，该振荡电阻为可调电阻；7脚为接地端；8、9脚和11、10脚分别为TL494内部两个末级输出三极管集电极和发射极。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单谐振高频高压电源，其特征在于：包括信号发生器，所述信号发生器通过缓冲器依次连接设置有一级放大器、第一LC选频电路、二级放大器、第二LC选频电路、三级放大器，还包括发射线圈，该发射线圈包括谐振腔回路和与谐振腔回路连接的天线，所述三级放大器与谐振腔回路连接。

2.根据权利要求1所述的一种单谐振高频高压电源，其特征在于：所述信号发生器采用4MHz晶体振荡器。

3.根据权利要求1所述的一种单谐振高频高压电源，其特征在于：所述缓冲器为74AC14缓冲器。

4.根据权利要求1所述的一种单谐振高频高压电源，其特征在于：所述一级放大器包括开关管Q4、开关管Q1、开关管Q5，所述开关管Q1、开关管Q5均与开关管Q4连接，所述二级放大器包括电感L2、功率管IRF540、可调电容C15，所述功率管IRF540、可调电容C15均与电感L2连接，所述三级放大器包括电感L3、功率管IRFP460、电容C16，所述功率管IRFP460、电容C16均与电感L3连接。

5.根据权利要求1所述的一种单谐振高频高压电源，其特征在于：第一LC选频电路包括电容C14、可调电感L5，所述电容C14和可调电感L5串联连接，所述第二LC选频电路包括电容C12、可调电感L4，所述电容C12和可调电感L4串联连接。

6.根据权利要求5所述的一种单谐振高频高压电源，其特征在于：所述可调电感L4和可调电感L5采用的大小范围为4-20μH。

7.根据权利要求1所述的一种单谐振高频高压电源，其特征在于：所述信号发生器通过锁相环电路与谐振腔回路连接，所述锁相环电路连接设置有单片机。

8.根据权利要求7所述的一种单谐振高频高压电源，其特征在于：所述锁相环电路采用的芯片型号为74HCT4046主控制器，采用鉴相器PDII作为控制单元。

9.根据权利要求8所述的一种单谐振高频高压电源，其特征在于：所述74HCT4046主控制器上1脚为相位输出端，3脚为比较信号输入端，4脚为压控振荡器输出端，所述4脚与拨码开关P3的5脚连接，6脚和7脚之间连接充放电容C20，9脚接压控振荡器控制端，11脚和12脚连接振荡可调电阻，14脚为信号输入端。

10.根据权利要求1所述的一种单谐振高频高压电源，其特征在于：还包括脉宽调制器，该脉宽调制器包括脉宽调制电路TL494ID，信号发生器输出的信号通过脉宽调制电路TL494ID的2脚和3脚脉宽调制，同时通过可调电阻R10进行调整3脚的输入电压，所述脉宽调制电路TL494ID的9脚和10脚输出信号的脉宽大小并经过强电流缓冲器TC4422输出至图腾柱电路FDD8248进行电平信号转换及电流放大，放大信号经过半桥驱动变压器GDT输出，再经过功率管Q2电压放大输出，经过功率管Q3电流放大输出，然后经过电感L1降压，滤波后输出的信号进入继电器U1，继电器U1通过高压可调节直流源MOUT与三级放大器中电感L3连接，从而调节三级放大器中功率管IRFP460的电压。