CN106505863A - 一种可用于便携式设备的高压发生电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高压电源电路，针对现有技术存在的问题，提供一种可用于便携式设备的高压发生电路及方法。不仅可以提供设备所需的高压，同时也可以实现高压发生装置的微型化，使很多笨重的设备变成便携式的可携带的产品。本发明中辅助绕组能量被原边主绕组耦合的能量抵消，辅助绕组电压逐渐递减为0，开关管关断；直流电源重新通过变压器辅助绕组给开关管控制端提供驱动信号，驱动开关输入端与输出端导通，则重复使得变压器原边主绕组将能量传递给变压器次边绕组，再经过n级倍压整流电压电路放大n倍；如此重复，通过开关管构成谐振开关的高压发生电路，次边绕组不断将变压器原边主绕组传递的能量进行升压转换，通过n级倍压整流电路输出。
Description
技术领域
本发明涉及高压电源电路，尤其是一种可用于便携式设备的高压发生电路及方法。
背景技术
随着微电子技术的发展，越来越多的电子设备朝着小型化、便携式的方向发展，在高压电源领域，一般有两种实现方式，一种为变压器直接升压，如图1所示，电路结构简单，主要由工频变压器T2以及二极管D4、电容C4组成，T2的次级线圈匝数远远大于初级线圈匝数，通过线圈耦合将电压升高，然后经过D4和C4的整流滤波得到所需高压，不过这种方式适合将交流电压进行升压处理，如果是直流电压，需要先将直流逆变为交流，而且变压器体积非常庞大，要实现低压转高压小型化甚至微型化，这种方式并不现实；另一种方式为开关电源方式，其中拓扑结构较为简单的反激电路模式如图2所示，一般由PWM芯片、开关MOS、变压器及整流滤波器件组成，R3、C5和D6构成尖峰吸收电路，PWM芯片由辅助绕组II产生的电压经D5和E2整流滤波后供电，同时控制MOS管Q2的导通与关断，初级绕组I则把Vin能量传递到次级绕组III，绕组III经D7和C6整流滤波得到输出电压Vout，此电路技术比较成熟，但所用器件较多，小型化应用比较困难。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，提供一种可用于便携式设备的高压发生电路及方法。在某些应用中，由于体积限制，所包含的器件单元必须小型化，高压发生装置也不例外，过去采用线性模式或开关模式的电源虽然可以实现低压到高压的转换，但利用这些电路制作的产品体积较大，都不属于小型或微型产品，它们通常会占用较大的空间来安装，因此，本发明提供一种高压发生电路，不仅可以提供设备所需的高压，同时也可以实现高压发生装置的微型化，使很多笨重的设备变成便携式的可携带的产品。
本发明采用的技术方案如下：
一种可用于便携式设备的高压发生电路包括变压器、开关管以及n级倍压整流电路；变压器辅助绕组一端与开关管控制端连接，开关管输入端接地，开关管输出端与原边主绕组一端连接；
变压器原边主绕组另一端与变压器辅助绕组另一端都通过直流电源供电，开关管控制端有电压通过后，开关管导通，开关管输入端与开关管输出端连接，而开关管输出端与变压器原边主绕组一端连接，则开关管输出端有直流电源供电，开关管输入端与输出端之间有电压变化，随后变压器原边主绕组有电压变化，则变压器原边主绕组将能量传递给变压器次边绕组，再经过n级倍压整流电压电路放大n倍；
同时辅助绕组能量被原边主绕组耦合的能量抵消，辅助绕组电压逐渐递减为0，开关管关断；直流电源重新通过变压器辅助绕组给开关管控制端提供驱动信号，驱动开关输入端与输出端导通，则重复使得变压器原边主绕组将能量传递给变压器次边绕组，再经过n级倍压整流电压电路放大n倍；
重复辅助绕组能量被原边主绕组耦合的能量抵消，直到变压器原边主绕组将能量传递给变压器次边绕组，再经过n级倍压整流电压电路放大n倍的过程，通过开关管构成谐振开关的高压发生电路，次边绕组不断将变压器原边主绕组传递的能量进行升压转换，通过n级倍压整流电路输出；其中V次*n=Vout；V次是次级绕组输出电压。
进一步的，所述第n级倍压整流电路包括第n电容以及第n二极管；
第一电容一端与第一二极管阴极连接，第一电容与第一二极管形成的串接电路与变压器次边绕组并联；
第二电容一端与第二二极管阴极连接，第二电容与第二二极管形成的串接电路与第一二极管并联；第一二极管阴极与第二二极管阳极连接；第二电容另一端与第二二极管阳极连接；
第（n-1）电容一端与第（n-1）二极管阴极连接，第（n-1）电容与第（n-1）二极管形成的串接电路与第（n-2）二极管并联；第（n-2）二极管阴极与第（n-1）二极管阳极连接；第（n-1）电容另一端与第（n-1）二极管阳极连接；
第n电容一端与第n二极管阴极连接，第n电容与第n二极管形成的串接电路与第n-1二极管并联；第（n-1）二极管阴极与第n二极管阳极连接；第n电容另一端与第n二极管阳极连接；第n二极管负极与第n电容共点连接处为高压发生电路正极输出端；第n电容另一端是高压发生电路负极输出端。
进一步的，一种可用于便携式设备的高压发生电路还包括导通开关，所述变压器辅助绕组一端、电压器原边主绕组一端共点，变压器辅助绕组一端与供电电源之间设置导通开关。
进一步的，一种可用于便携式设备的高压发生电路还包括限流电阻，所述变压器辅助绕组一端与开关管控制端之间通过限流电阻连接。
进一步的，所述开关管是半导体三极管，半导体三极管基级是开关管控制端；半导体三极管发射级是开关管输入端；半导体三极管集电极是开关管输出端；所述变压器是开关电源变压器。
一种可用于便携式设备的高压发生电路产生方法包括：
步骤1：变压器辅助绕组一端与开关管控制端连接，开关管输入端接地，开关管输出端与原边主绕组一端连接；
步骤2：变压器原边主绕组另一端与变压器辅助绕组另一端都通过直流电源供电，开关管控制端有电压通过后，开关管导通，开关管输入端与开关管输出端连接，而开关管输出端与变压器原边主绕组一端连接，则开关管输出端有直流电源供电，开关管输入端与输出端之间有电压变化，随后变压器原边主绕组有电压变化，则变压器原边主绕组将能量传递给变压器次边绕组，再经过n级倍压整流电压电路放大n倍；
同时辅助绕组能量被原边主绕组耦合的能量抵消，辅助绕组电压逐渐递减为0，开关管关断；直流电源重新通过变压器辅助绕组给开关管控制端提供驱动信号，驱动开关输入端与输出端导通，则重复使得变压器原边主绕组将能量传递给变压器次边绕组，再经过n级倍压整流电压电路放大n倍；
步骤3：重复步骤2，通过开关管构成谐振开关的高压发生电路，次边绕组不断将变压器原边主绕组传递的能量进行升压转换，通过n级倍压整流电路输出；其中V次*n=Vout；V次是次级绕组输出电压。
进一步的，所述第n级倍压整流电路包括第n电容以及第n二极管；
第一电容一端与第一二极管阴极连接，第一电容与第一二极管形成的串接电路与变压器次边绕组并联；
第二电容一端与第二二极管阴极连接，第二电容与第二二极管形成的串接电路与第一二极管并联；第一二极管阴极与第二二极管阳极连接；第二电容另一端与第二二极管阳极连接；
第（n-1）电容一端与第（n-1）二极管阴极连接，第（n-1）电容与第（n-1）二极管形成的串接电路与第（n-2）二极管并联；第（n-2）二极管阴极与第（n-1）二极管阳极连接；第（n-1）电容另一端与第（n-1）二极管阳极连接；
第n电容一端与第n二极管阴极连接，第n电容与第n二极管形成的串接电路与第n-1二极管并联；第（n-1）二极管阴极与第n二极管阳极连接；第n电容另一端与第n二极管阳极连接；第n二极管负极与第n电容共点连接处为高压发生电路正极输出端；第n电容另一端是高压发生电路负极输出端。
进一步的，一种可用于便携式设备的高压发生电路还包括导通开关，所述变压器辅助绕组一端、电压器原边主绕组一端共点，变压器辅助绕组一端与供电电源之间设置导通开关。
进一步的，一种可用于便携式设备的高压发生电路还包括限流电阻，所述变压器辅助绕组一端与开关管控制端之间通过限流电阻连接。
进一步的，所述开关管是半导体三极管，半导体三极管基级是开关管控制端；半导体三极管发射级是开关管输入端；半导体三极管集电极是开关管输出端；所述变压器是开关电源变压器。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明利用了谐振电路与倍压电路，通过变压器线圈的相互感应，只要电源供电后，电路就会自启动，并持续工作，通过线圈间的耦合将能量从低压供电侧转移到高压用电侧，同时利用倍压整流电路继续将电压提升。
可以减少变压器次级线圈的匝数，增加倍压整流电路级数，其中倍压整流电路采用电容、二极管组成的电路进行依次级联，一方面使得变压器的体积变小，但是输出电压又可以择增高，从而使整体设备实现小型化。
变压器辅助绕组一端与供电电源之间设置导通开关，保护直接供电给电路带来的损伤。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是线性耦合高压发生电路图。
图2是反激式高压发生电路图。
图3是本发明高压发生电路原理图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本发明电路由谐振发生电路和倍压升压电路两部分组成，如图3所示，变压器T1将电路分割为两部分，第一部分为谐振发生电路，由聚合物锂电池BT、开关SW、电阻R1、三极管Q1及变压器T1的I、II绕组构成；第二部分为倍压升压电路，由高压瓷片电容C1、C2、C3、二极管D1、D2、D3、电阻R2和变压器T1（开关电源变压器）的绕组III组成。输入可以是5V直流电源也可以是一块聚合物锂电池。
SW开关闭合后，电池BT的电将送到T1的绕组I（辅助绕组），经电阻R1后Q1被导通，绕组II（原边主绕组）在Q1导通的同时则会将能量传递到绕组III（次边绕组），然后经C1、C2、C3、D1、D2、D3的三倍压整流后，在R2两端将产生几千伏的高压，同时绕组I中的能量被绕组II耦合过来的能量抵消，逐渐递减到零，Q1关断，电池重新通过绕组I给Q1提供驱动信号，使Q1再次导通，如此循环，构成了一个不断开启关断的驱动发生器，绕组III则不断将绕组II传递过来的能量升压转换，经OUT+端输送到设备中。Vout=n*V次边绕组。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (10)
1.一种可用于便携式设备的高压发生电路，其特征在于包括变压器、开关管以及n级倍压整流电路；变压器辅助绕组一端与开关管控制端连接，开关管输入端接地，开关管输出端与原边主绕组一端连接；
变压器原边主绕组另一端与变压器辅助绕组另一端都通过直流电源供电，开关管控制端有电压通过后，开关管导通，开关管输入端与开关管输出端连接，而开关管输出端与变压器原边主绕组一端连接，则开关管输出端有直流电源供电，开关管输入端与输出端之间有电压变化，随后变压器原边主绕组有电压变化，则变压器原边主绕组将能量传递给变压器次边绕组，再经过n级倍压整流电压电路放大n倍；
同时辅助绕组能量被原边主绕组耦合的能量抵消，辅助绕组电压逐渐递减为0，开关管关断；直流电源重新通过变压器辅助绕组给开关管控制端提供驱动信号，驱动开关输入端与输出端导通，则使得变压器原边主绕组将能量传递给变压器次边绕组，再经过n级倍压整流电压电路放大n倍；
重复辅助绕组能量被原边主绕组耦合的能量抵消，直到变压器原边主绕组将能量传递给变压器次边绕组，再经过n级倍压整流电压电路放大n倍的过程，通过开关管构成谐振开关的高压发生电路，次边绕组不断将变压器原边主绕组传递的能量进行升压转换，通过n级倍压整流电路输出；其中V次*n=Vout；V次是次级绕组输出电压。
2.根据权利要求1所述的一种可用于便携式设备的高压发生电路，其特征在于所述第n级倍压整流电路包括第n电容以及第n二极管；
第一电容一端与第一二极管阴极连接，第一电容与第一二极管形成的串接电路与变压器次边绕组并联；
第二电容一端与第二二极管阴极连接，第二电容与第二二极管形成的串接电路与第一二极管并联；第一二极管阴极与第二二极管阳极连接；第二电容另一端与第二二极管阳极连接；
第（n-1）电容一端与第（n-1）二极管阴极连接，第（n-1）电容与第（n-1）二极管形成的串接电路与第（n-2）二极管并联；第（n-2）二极管阴极与第（n-1）二极管阳极连接；第（n-1）电容另一端与第（n-1）二极管阳极连接；
第n电容一端与第n二极管阴极连接，第n电容与第n二极管形成的串接电路与第n-1二极管并联；第（n-1）二极管阴极与第n二极管阳极连接；第n电容另一端与第n二极管阳极连接；第n二极管负极与第n电容共点连接处为高压发生电路正极输出端；第n电容另一端是高压发生电路负极输出端。
3.根据权利要求1所述的一种可用于便携式设备的高压发生电路，其特征在于还包括导通开关，所述变压器辅助绕组一端、电压器原边主绕组一端共点，变压器辅助绕组一端与供电电源之间设置导通开关。
4.根据权利要求1所述的一种可用于便携式设备的高压发生电路，其特征在于还包括限流电阻，所述变压器辅助绕组一端与开关管控制端之间通过限流电阻连接。
5.根据权利要求1所述的一种可用于便携式设备的高压发生电路，其特征在于所述开关管是半导体三极管，半导体三极管基级是开关管控制端；半导体三极管发射级是开关管输入端；半导体三极管集电极是开关管输出端；所述变压器是开关电源变压器。
6.一种可用于便携式设备的高压发生电路产生方法，其特征在于包括：
步骤1：变压器辅助绕组一端与开关管控制端连接，开关管输入端接地，开关管输出端与原边主绕组一端连接；
步骤2：变压器原边主绕组另一端与变压器辅助绕组另一端都通过直流电源供电，开关管控制端有电压通过后，开关管导通，开关管输入端与开关管输出端连接，而开关管输出端与变压器原边主绕组一端连接，则开关管输出端有直流电源供电，开关管输入端与输出端之间有电压变化，随后变压器原边主绕组有电压变化，则变压器原边主绕组将能量传递给变压器次边绕组，再经过n级倍压整流电压电路放大n倍；
同时辅助绕组能量被原边主绕组耦合的能量抵消，辅助绕组电压逐渐递减为0，开关管关断；直流电源重新通过变压器辅助绕组给开关管控制端提供驱动信号，驱动开关输入端与输出端导通，则使得变压器原边主绕组将能量传递给变压器次边绕组，再经过n级倍压整流电压电路放大n倍；
步骤3：重复步骤2，通过开关管构成谐振开关的高压发生电路，次边绕组不断将变压器原边主绕组传递的能量进行升压转换，通过n级倍压整流电路输出；其中V次*n=Vout；V次是次级绕组输出电压。
7.根据权利要求6所述的一种可用于便携式设备的高压发生方法，其特征在于所述第n级倍压整流电路包括第n电容以及第n二极管；
第一电容一端与第一二极管阴极连接，第一电容与第一二极管形成的串接电路与变压器次边绕组并联；
第二电容一端与第二二极管阴极连接，第二电容与第二二极管形成的串接电路与第一二极管并联；第一二极管阴极与第二二极管阳极连接；第二电容另一端与第二二极管阳极连接；
第（n-1）电容一端与第（n-1）二极管阴极连接，第（n-1）电容与第（n-1）二极管形成的串接电路与第（n-2）二极管并联；第（n-2）二极管阴极与第（n-1）二极管阳极连接；第（n-1）电容另一端与第（n-1）二极管阳极连接；
第n电容一端与第n二极管阴极连接，第n电容与第n二极管形成的串接电路与第n-1二极管并联；第（n-1）二极管阴极与第n二极管阳极连接；第n电容另一端与第n二极管阳极连接；第n二极管负极与第n电容共点连接处为高压发生电路正极输出端；第n电容另一端是高压发生电路负极输出端。
8.根据权利要求6所述的一种可用于便携式设备的高压发生电路，其特征在于还包括导通开关，所述变压器辅助绕组一端、电压器原边主绕组一端共点，变压器辅助绕组一端与供电电源之间设置导通开关。
9.根据权利要求6所述的一种可用于便携式设备的高压发生电路，其特征在于还包括限流电阻，所述变压器辅助绕组一端与开关管控制端之间通过限流电阻连接。
10.根据权利要求6所述的一种可用于便携式设备的高压发生电路，其特征在于所述开关管是半导体三极管，半导体三极管基级是开关管控制端；半导体三极管发射级是开关管输入端；半导体三极管集电极是开关管输出端；所述变压器是开关电源变压器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20170315 |