CN107425723B - 一种基于微控制器的宽范围连续可调的高压直流电源 - Google Patents

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Abstract

本发明属于直流电源发生设备相关领域，更具体地，涉及一种基于微控制器的宽范围连续可调的高压直流电源，包括主电路模块、以及配套的人机交互模块、控制电路模块和辅助电源模块，其中人机交互模块具备可调增益式的旋钮电压输入子模块，控制电路模块包括信号反馈子模块和过压保护子模块，并在微控制器的统一控制下，分别适于将宽范围的电压/电流采样信号转换成为窄范围的电压/电流采样信号，同时在主控制器出现故障时可有效实现过压、过流等保护。通过本发明，解决了现有的单一数字芯片控制的高压直流电源调压范围偏小，电压采集信号范围小，无法在主控芯片出现问题情况进行电路保护等缺陷。

Description

一种基于微控制器的宽范围连续可调的高压直流电源
技术领域
本发明属于直流电源发生设备相关领域，更具体地，涉及一种基于微控制器的宽范围连续可调的高压直流电源。
背景技术
高压直流电源，又称为直流高压电源，其在许多领域中发挥着重大作用，如军事领域的雷达发射器，研究领域的等离子体物理设备，医疗领域的X光机和CT机，工业领域的静电喷涂和静电纺丝等，都有高压直流电源的身影。
高压直流电源通过几十年的发展，目前已经到数字化控制阶段，即通过单一的数字芯片执行控制。例如，CN201110253874.4公布了一种基于微控制器控制的高压直流电源模块，它通过单一的数字芯片微控制器代替以往的TL494，SG3525等组成的控制电路部分，使得高压直流电源控制部分更加集成化，成本更低，还可通过软件实现复杂的控制算法；又如，CN200710099498.1和CN201320004764.9也公开了一些高压直流电源。
然而，进一步的研究表明，上述现有的单一数字芯片控制的高压直流电源仍存在以下的技术问题，并影响到一些技术领域的实际应用：首先，这类数字芯片控制的高压直流电源普遍存在调压范围不宽的问题，相应导致系统难以实现数千伏的高精度调压，并典型体现在调压范围无法满足实际需求和信号采集不够精确全面两个技术难题；其次，这类现有设备在单一数字芯片出现故障的情况下，通常难以实现系统自动保护，而且高压变压器的分布参数较大；相应地，在譬如发生程序错误、芯片死机等情况下，系统无法有效实现过压、过流，短路等电路保护。相应地，本领域亟需作出进一步的完善和改进，以便更好满足日益增长的实际需求。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种PWM型宽范围连续可调的高压直流电源，其中通过对该高压直流电源的内部构造组成及其连接方式、尤其是多个关键组件如旋钮电压输入子模块、过压保护子模块和信号反馈子模块等的具体电路结构和工作方式作出进一步的研究和设计，相应与现有的单一数字芯片控制的高压直流电源相比，能够以结构紧凑、便于操控和高精度的方式实现更宽范围的电压调节和更宽范围的电压信号采集，同时在主控芯片发生故障时也能够有效进行系统保护；此外，该设备的系统变压器被设计为较小的分布参数的结构，从而进一步减少了对电源系统的影响。
为实现上述目的，按照本发明，提供了一种PWM型宽范围连续可调的高压直流电源，该高压直流电源包括主电路模块、以及配套的人机交互模块、控制电路模块和辅助电源模块，其特征在于：
所述主电路模块用于接入外部电源，并经过电压变换和功率变换后向负载提供高压直流电；
所述人机交互模块具备旋钮电压输入子模块，该旋钮电压输入子模块包括用于输入预定电压参数的旋钮单元、以及后面依次连接的旋钮电压采样单元、旋钮滤波单元、旋钮PGA放大器单元和旋钮电压调理单元，并且其中所述旋钮电压调理单元的输出端被连接至所述控制电路模块的微控制器的AD采集端口，由此在此微控制器的控制下对所述旋钮PGA放大器单元的增益值进行调节，相应将上述人机交互模块的宽范围电压信号转换成为窄范围电压信号；
所述控制电路模块除了所述微控制器之外，还包括信号反馈子模块和过压保护子模块；其中对于所述信号反馈子模块而言，它由电压信号反馈子模块和电流信号反馈子模块共同组成，并且这两个子模块均包括依次连接的采样单元、采样滤波单元、采样PGA放大器单元、光耦隔离单元和采样信号调理单元，并且其中各个采样PGA放大器单元的增益值同样在所述微控制器的控制下获得调节，相应将宽范围的电压/电流采样信号转换成为窄范围的电压/电流采样信号；
而对于所述过压保护子模块而言，它包括可调基准电源单元、比较器单元和与门电路单元，其中该可调基准电源单元根据需要产生过压保护电压值，并连接至所述比较器单元的正向输入端以提供参考电压值；该比较器单元的输出端与所述微控制器的PWM信号输出端一同连接至所述与门电路单元的输入端，由此向该与门电路单元输出两个比较信号；该与门电路单元对所接收的比较信号进行运算处理，并在发生过压现象时，使得向所述主电路模块输出的电压降低至安全范围；
所述辅助电源模块用于为上述人机交互模块、控制电路模块和辅助电源模块的各个直流组件提供工作电源。
作为进一步优选地，对于所述主电路模块而言，其优选包括整流滤波子模块，BUCK斩波调压子模块，全桥谐振逆变子模块，变压器升压子模块和倍压整流子模块，其中该整流滤波子模块的输入端接入外部电源，它的输出端依次连接所述BUCK斩波调压子模块、全桥谐振逆变子模块、变压器升压子模块和倍压整流子模块，最后经由该倍压整流子模块的输出端连接负载。
作为进一步优选地，所述与门电路单元经由驱动电路子模块与所述主电路模块保持相连；其中该驱动电路模块包括斩波调压子模块驱动单元和全桥谐振逆变子模块驱动单元，并分别连接至所述BUCK斩波调压子模块和所述全桥谐振逆变子模块，同时通过所述微控制器执行电压闭环负反馈，由此让输出电压实现自动调节。
作为进一步优选地，所述主电路模块的调压操作优选通过所述BUCK斩波调压子模块和所述全桥谐振逆变子模块来联合执行：即通过所述主控制器来调节所述BUCK斩波调压子模块的占空比以及所述桥谐振逆变子模块的移相角，由此实现更宽范围的调压。
作为进一步优选地，对于所述旋钮电压输入子模块而言，其具体的电路结构优选设计如下：它包括旋钮电位器、PGA放大器、调压电位器、由第一电阻和与之并联的第一电容和第二电容共同组成的输入滤波电路、以及由第二电阻和与之并联的第三电容和第四电容共同组成的输出滤波电路，其中该旋钮电位器的一端连接至基准电源，另外一端接地，并且它的分压端与所述输入滤波电路串接后接入所述PGA放大器的Vin+引脚；该PGA放大器的Vin-引脚接地，它的A1和A0引脚分别连接至所述微控制器的I/O端口，它的Vo引脚则与所述调压电位器相串接；此外，该调压电位器的分压端与所述输出滤波电路相串接，然后连接至所述微控制器的AD采集端口。
作为进一步优选地，对于所述过压保护子模块而言，其具体的电路结构优选设计如下：它包括电位器、比较器、二极管、与门器件，以及由第三电阻和与之并联的第五电容和第六电容共同组成的过压保护滤波电路，其中该电位器的一端连接至基准电源，另外一端接地，并且它的分压端与所述过压保护滤波电路串接后接入所述比较器的INPUT(+)端口；该比较器的INPUT(-)端口连接至所述二极管的负极端，它的OUTPUT1端口则串接到所述与门器件的B端口；该与门器件的A端口用于输入由所述微控制器产生的PWM信号，它的Y端口则接入到所述斩波调压子模块驱动单元的输入端；该二极管的正极端同样连接至所述比较器的OUTPUT1端口；此外，全桥谐振逆变子模块的与门元件的B端口直接由Pro端口接入。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
1、本发明中通过对此高压直流电源的内部构造组成及其连接方式、尤其是多个关键组件如旋钮电压输入子模块、过压保护子模块和信号反馈子模块等的具体电路结构和工作方式作出进一步的研究和设计，这些因素的综合考虑和针对性改进不仅能够以结构紧凑、便于操控和高精度的方式实现更宽范围的电压调节和更宽范围的电压信号采集，同时在主控芯片发生故障时也能够有效进行系统保护；
2、通过选择以微控制器控制采样PGA放大器增益值的方式来执行采样环节，实际测试表明，可将高压电源的宽范围电压输出所对应的宽范围采样信号范围缩短到明显较小的范围内，同时增加了采样信号精度和电路的抗干扰性，使得采样信号更加可靠；
3、同样，通过选择以微控制器控制旋钮PGA放大器增益值的方式来执行电压信号输入，实际测试表明，可将宽范围旋钮预设电压信号范围缩短到较小的范围内，增加了旋钮信号精度和电路的抗干扰性，使得旋钮信号更加可靠；
4、此外，本发明还对配套的主电路模块的具体构造也进行针对性设计，其中通过同时控制斩波调压模块的占空比和全桥谐振逆变模块的移相角来控制输出的电压值，能够进一步增大了调压范围，并与上述采样和电压输入环节更好地匹配；
5、最后，通过比较器将采样电压信号与基准电压进行比较后转换成逻辑信号，然后与微控制器输出的PWM信号进行逻辑运算实现系统在主控芯片出现问题下时的模拟过压保护，在微控制器主控芯片正常运行时进行数字保护，数字与模拟双重保护，增加了系统的安全性。
附图说明
图1是按照本发明所构建的高压直流电源的整体构造示意图；
图2是按照本发明一个优选实施例设计的、用于显示旋钮电压输入子模块的组成电路优选构造图；
图3是按照本发明另一优选实施例设计的、用于显示过压保护子模块的组成电路优选构造图；
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-主电路模块 2-控制电路模块 3-辅助电源模块 202-采样单元 203-采样滤波单元 204-采样PGA放大器单元 205-光耦隔离单元206-采样信号调理单元 21-微控制器221-旋钮电压调理单元 222-旋钮PGA放大器单元 223-旋钮单元 204-旋钮电压采样单元205-旋钮滤波单元 231-可调基准电源单元 232-比较器单元 233-与门电路单元 24-驱动电路子模块
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1是按照本发明所构建的高压信号发生器的整体构造示意图。如图1所示，该高压信号发生器主要包括主电路模块、以及配套的人机交互模块、控制电路模块和辅助电源模块等功能模块，其中控制电路模块除了包括微控制器之外，还包括信号反馈子模块和过压保护子模块这两个功能组件。下面将对这些组件逐一进行具体的解释说明。
如图1所示，主电路模块用于接入外部电源，并经过电压变换和功率变换后向负载提供高压直流电。控制电路模块完成信号采集、输出电压控制和系统保护等功能，人机交互模块则用于完成预设电压输入。
更具体地，人机交互模块具备旋钮电压输入子模块，该旋钮电压输入子模块包括用于输入预定电压参数的旋钮单元223、以及后面依次连接的旋钮电压采样单元224、旋钮滤波单元225、旋钮PGA放大器单元222和旋钮电压调理单元221。参看图1可见，该旋钮电压输入子模块的旋钮单元223与旋钮电压采样单元224的输入端连接，然后依次和旋钮滤波单元225，旋钮PGA放大器单元222，旋钮电压调理单元221连接，旋钮电压调理单元221的输出端连接到微控制器子模块21的AD采集端口。此外，在本发明中，微控制器21可通过I/O端口控制旋钮PGA放大器单元222的增益值，相应将旋钮的宽范围电压信号变为窄范围的大信号输入，由此显著提高了旋钮电压信号的精度和抗干扰性。
作为本发明的关键改进之一，所述控制电路模块除了所述微控制器21之外，还包括信号反馈子模块和过压保护子模块。
对于所述信号反馈子模块而言，它由电压信号反馈子模块和电流信号反馈子模块共同组成，并且这两个子模块均包括依次连接的采样单元202、采样滤波单元203、采样PGA放大器单元204、光耦隔离单元205和采样信号调理单元206，并且在本发明中，其中各个采样PGA放大器单元204的增益值同样在微控制器21的控制下获得调节，相应将宽范围的电压/电流采样信号转换成为窄范围的电压/电流采样信号。
更具体地，电压信号反馈子模块的采样单元202譬如可通过电阻分压产生，电流信号反馈子模块的采样单元202优选可通过电阻将电流信号转换成电压信号，且幅值与电压信号反馈子模块的电压信号幅值相同。电压信号反馈子模块与电流信号反馈子模块的采样滤波单元203，采样PGA放大器单元204,光耦隔离单元205，采样信号调理单元206相同，且通过微控制器子模块21的I/O端口控制采样PGA放大器单元204的增益值，将宽范围采样信号变成窄范围的大信号，从而提高了采样信号的抗干扰性和精度。
作为本发明的配套的另一关键改进，对于所述过压保护子模块而言，它包括可调基准电源单元231、比较器单元232和与门电路单元233，其中该可调基准电源单元231根据需要产生过压保护电压值，并连接至所述比较器单元232的正向输入端以提供参考电压值；该比较器单元232的输出端与所述微控制器21的PWM信号输出端一同连接至所述与门电路单元233的输入端，由此向该与门电路单元233输出两个比较信号；该与门电路单元233对所接收的比较信号进行运算处理，并在发生过压现象时，使得向所述主电路模块输出的电压降低至安全范围。
更具体地，控制电路模块的过压保护子模块并联输入到比较器单元232的反向端，可调基准电源单元231由辅助电源模块3产生，可根据需要设置过压保护电压值，其连接比较器单元232正向输入端，为比较器单元232提供参考电压值。比较器单元232的输出端与微控制器子模块21的PWM信号输出端口一起连接到与门电路单元233的输入端，与门电路单元233的输出端连接驱动电路模块24输入端，驱动电路模块24输出端连接BUCK斩波调压子模块和全桥谐振逆变子模块。
最后，所述辅助电源模块3的输入端为系统整体电源输入端，输出端通过各种稳压芯片实现稳压输出，由此用于为上述人机交互模块、控制电路模块和辅助电源模块的各个直流组件提供工作电源。
为了进一步发挥上述电压信号反馈子模块、电流信号反馈子模块和过压保护子模块的作用，本发明还针对性地对配套的主电路模块进行了调整式设计，当其他常规形式的主电路模块同样适用于本发明。
相应地，按照本发明的一个优选实施例，该主电路模块1进一步优选包括整流滤波子模块，BUCK斩波调压子模块，全桥谐振逆变子模块，变压器升压子模块和倍压整流子模块，其中整流滤波子模块的输入端接外部电源，输出端依次连接BUCK斩波调压子模块，全桥谐振逆变子模块，变压器升压子模块，倍压整流子模块，倍压整流子模块输出端连接负载。此外，主电路模块1的调压通过BUCK斩波调压子模块和全桥谐振逆变模块联合子调压，可进一步增大调压范围。
更具体地，与门电路单元233可经由驱动电路子模块24与所述主电路模块保持相连；其中该驱动电路模块24包括斩波调压子模块驱动单元和全桥谐振逆变子模块驱动单元，并分别连接至所述BUCK斩波调压子模块和所述全桥谐振逆变子模块，同时通过所述微控制器21执行电压闭环负反馈，由此让输出电压实现自动调节。该调压操作优选通过所述BUCK斩波调压子模块和所述全桥谐振逆变子模块来联合执行：即通过所述主控制器来调节所述BUCK斩波调压子模块的占空比以及所述桥谐振逆变子模块的移相角，由此实现更宽范围的调压。
为了更为清楚的说明本发明的上述技术改进及其相应可带来的技术效果。本发明还进一步针对旋钮电压输入子模块、过压保护子模块的具体电路结构设计做出了针对性的研究和设计。
如图2所示，按照本发明的一个优选实施例，该旋钮电压输入子模块可包括旋钮电位器R29、PGA放大器U12、调压电位器R33、由第一电阻R31和与之并联的第一电容C29和第二电容C30共同组成的输入滤波电路、以及由第二电阻R33和与之并联的第三电容C31和第四电容C31共同组成的输出滤波电路。更具体地，其中该旋钮电位器R29的一端连接至基准电源+Vcc1，另外一端接地，并且它的分压端与所述输入滤波电路串接后接入所述PGA放大器U12的Vin+引脚；该PGA放大器U12的Vin-引脚接地，它的A1和A0引脚分别连接至所述微控制器21的I/O端口，它的Vo引脚则与所述调压电位器R33相串接；此外，该调压电位器R33的分压端与所述输出滤波电路相串接，然后连接至所述微控制器21的AD采集端口。PGA放大器U12的其余引脚可以根据芯片手册进行连接。
上述旋钮电压输入子模块的工作过程可解释如下：用户旋转旋钮电位器R29设置预设电压值，此电压值电话首先经过R31、C29和C30组成的输入滤波电路滤波后输送PGA放大器U12，U12不作处理，然后经过分压电位器R33分压后产生微控制器子模块21的AD采集电压范围内的电压信号值，最后此电压信号值经过R34、C31和C32组成的输出滤波电路滤波后输送到微控制器子模块21，微控制器子模块21判断此电压信号是否在系统设置的旋钮电压输入范围之内，若在则直接处理，将此值直接作为旋钮电压输入值，若不在，微控制器子模块21控制PGA放大器U12的增益值增加一级，然后重复上面的判断，直到采集的旋钮电压值在系统设置的采集电压范围之内。这样采集方式缩小了宽范围高压直流对应的宽范围旋钮设置电压信号范围，提高了信号的抗干扰性和采集精度。
如图3所示，按照本发明的另一优选实施例，该过压保护子模块具体的电路结构优选设计如下：它包括电位器R68、比较器U29、二极管D31、与门器件U28，以及由第三电阻R69和与之并联的第五电容C82和第六电容C83共同组成的过压保护滤波电路，其中该电位器R68的一端连接至基准电源+Vcc2，另外一端接地，并且它的分压端与所述过压保护滤波电路串接后接入所述比较器U29的INPUT(+)端口；该比较器U29的INPUT(-)端口连接至所述二极管D31的负极端，它的OUTPUT1端口则串接到所述与门器件U28的B端口；该与门器件U28的A端口用于输入由所述微控制器产生的PWM信号，它的Y端口则接入到所述斩波调压子模块驱动单元的输入端；此外，该二极管D31的正极端同样连接至所述比较器U29的OUTPUT1端口。与门器件U28和电位器R68的其余端口按照芯片手册进行连接。全桥谐振子模块的保护电路与BUCK斩波子模块的保护电路类似，只需从V Pro B处接入到对应的与门器件即可。
上述过压保护子模块工作过程如下，譬如对于BUCK斩波子模块而言：电位器R68从辅助电源模块分压产生过压保护值信号，用户通过调整电位器R68设置过压保护值，产生的过压保护值通过R69、C82和C83组成的滤波电路滤波后输送到比较器U29的正向输入端INPUT(+)作为参考电压值。同时，输出端电压采集信号经过输出电压采集子模块调理后输送到U29的反向输入端INPUT(-)，比较器U29对输入的两个信号进行运算，若反向输入端INPUT(-)输入的采集信号大于正向输入端INPUT(+)的参考参考电压值，则表明发生了过压现象，比较器U29的输出端OUTPUT1输出低电平信号，反之，则比较器U29的输出端OUTPUT1输出高电平信号。比较器U29的输出端OUTPUT1输出的信号输送到与门器件U28的B输入端口，同时，微控制器子模块21产生的BUCK斩波子模块的BUCK PWM信号输入到与门器件U28的A输入端口，与门器件对此两个信号进行逻辑与运算，若发生过压现象，则BUCK斩波子模块的与门器件U28输出低电平，关闭BUCK斩波子模块的开关管，从而使得输出的电压降低，避免过压现象对系统造成影响，若未发生过压现象，则BUCK斩波子模块的与门器件U28输出与微控制器子模块21输出一样的BUCK PWM信号到驱动电路子模块，系统正常运行。
下面将更为具体地说明按照本发明包含以上具体电路构造的高压直流电源的整体工作过程。
在微控制器21正常工作的情况下，用户根据实际需求调节电位器R68，设置需要的过压保护值，通过旋钮电压输入子模块或者上位机人机交互界面向微控制器子模块21输入需要的电压值，此时，未发生过压现象，比较器U29的OUTPUT1输出引脚输出的信号为高电平，微控制器产生PWM波与比较器U29输出的高电平进行逻辑与运算后输出的仍为PWM波，PWM波经过驱动子模块后打开BUCK斩波子模块和全桥谐振逆变子模块的开关管。系统电源输入的交流电经过整流滤波模块后变为直流电，再经过BUCK斩波子模块调理后通过全桥谐振逆变子模块逆变成交流电，再经过变压器进行放大，最后经过倍压整流子模块后输送到负载。
输出电压采样子模块和输出电流采样子模块分别采样调理输出电压和电流，采集的输出端电流用于监测，采集的输出端电压用于与用户设置的电压进行比较，若已经达到设置的电压值，则微控制器21产生的PWM信号保持不变，若输出端电压值小于用户设置值，微控制器21增大对BUCK斩波子模块的PWM占空比和减小对全桥谐振逆变子模块的移相角，直到输出电压到达用户设置值，若输出端电压值大于用户设置值，微控制器21减小对BUCK斩波子模块的PWM占空比和增大对全桥谐振逆变子模块的移相角，直到输出电压到达用户设置值。同时，通过霍尔传感器采集全桥谐振逆变子模块的交流电压和电流用于系统监测。若系统全桥谐振逆变子模块或者输出电路发生过压或者过流，系统可通过软件实现保护。
在微控制器21无法正常工作的情况下，当系统发生过压现象时，则比较器U29输出的为低电平，此低电平与BUCK斩波子模块和全桥谐振逆变子模块PWM信号进行逻辑与运算，输出的仍为低电平，则系统的开关管关闭，输出电压减小，从而实现对单一微控制器控制的高压直流电源，在微控制器出现问题情况下的过压保护。系统各个模块相互配合，保证输出的电压稳定和快速输出。
本领域的技术人员容易理解，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于微控制器的宽范围连续可调的高压直流电源，该高压直流电源包括主电路模块、以及配套的人机交互模块、控制电路模块和辅助电源模块，其特征在于：
所述主电路模块用于接入外部电源，并经过电压变换和功率变换后向负载提供高压直流电；
所述人机交互模块具备旋钮电压输入子模块，该旋钮电压输入子模块包括用于输入预定电压参数的旋钮单元(225)、以及后面依次连接的旋钮电压采样单元(224)、旋钮滤波单元(223)、旋钮PGA放大器单元(222)和旋钮电压调理单元(221)，并且其中所述旋钮电压调理单元(221)的输出端被连接至所述控制电路模块的微控制器(21)的AD采集端口，由此在此微控制器的控制下对所述旋钮PGA放大器单元(222)的增益值进行调节，相应将上述人机交互模块的宽范围电压信号转换成为窄范围电压信号；
所述控制电路模块除了所述微控制器(21)之外，还包括信号反馈子模块和过压保护子模块；其中对于所述信号反馈子模块而言，它由电压信号反馈子模块和电流信号反馈子模块共同组成，并且这两个子模块均包括依次连接的采样单元(202)、采样滤波单元(203)、采样PGA放大器单元(204)、光耦隔离单元(205)和采样信号调理单元(206)，并且其中各个采样PGA放大器单元(204)的增益值同样在所述微控制器(21)的控制下获得调节，相应将宽范围的电压/电流采样信号转换成为窄范围的电压/电流采样信号；
而对于所述过压保护子模块而言，它包括可调基准电源单元(231)、比较器单元(232)和与门电路单元(233)，其中该可调基准电源单元(231)根据需要产生过压保护电压值，并连接至所述比较器单元(232)的正向输入端以提供参考电压值，所述采样信号调理单元(206)输出的电压采样信号输入到该比较器单元的反向端；该比较器单元(232)的输出端与所述微控制器(21)的PWM信号输出端一同连接至所述与门电路单元(233)的输入端，由此向该与门电路单元(233)输入两个比较信号；该与门电路单元(233)对所接收的比较信号进行运算处理，并在发生过压现象时，使得所述主电路模块输出的电压降低至安全范围；
所述辅助电源模块(3)用于为上述人机交互模块、控制电路模块的各个直流组件提供工作电源。
2.如权利要求1所述的高压直流电源，其特征在于，对于所述主电路模块而言，其包括整流滤波子模块，BUCK斩波调压子模块，全桥谐振逆变子模块，变压器升压子模块和倍压整流子模块，其中该整流滤波子模块的输入端接入外部电源，它的输出端依次连接所述BUCK斩波调压子模块、全桥谐振逆变子模块、变压器升压子模块和倍压整流子模块，最后经由该倍压整流子模块的输出端连接负载。
3.如权利要求2所述的高压直流电源，其特征在于，所述与门电路单元(233)经由驱动电路子模块(24)与所述主电路模块相连；其中该驱动电路子模块(24)包括斩波调压子模块驱动单元和全桥谐振逆变子模块驱动单元，并分别连接至所述BUCK斩波调压子模块和所述全桥谐振逆变子模块，同时通过所述微控制器(21)执行电压闭环负反馈，由此让输出电压实现自动调节。
4.如权利要求3所述的高压直流电源，其特征在于，所述主电路模块的调压操作通过所述BUCK斩波调压子模块和所述全桥谐振逆变子模块来联合执行：即通过所述微控制器来调节所述BUCK斩波调压子模块的占空比以及所述全桥谐振逆变子模块的移相角，由此实现更宽范围的调压。
5.如权利要求1-4任意一项所述的高压直流电源，其特征在于，对于所述旋钮电压输入子模块而言，其具体的电路结构设计如下：它包括旋钮电位器(R29)、PGA放大器(U12)、调压电位器(R33)、由第一电阻(R31)和第一电容(C29)和第二电容(C30)共同组成的输入滤波电路、以及由第二电阻(R34)和第三电容(C31)和第四电容(C31)共同组成的输出滤波电路，其中该旋钮电位器(R29)的一端连接至基准电源，另外一端接地，并且它的分压端与所述输入滤波电路连接后接入所述PGA放大器(U12)的Vin+引脚；该PGA放大器(U12)的Vin-引脚接地，它的A1和A0引脚分别连接至所述微控制器(21)的I/O端口，它的Vo引脚则与所述调压电位器(R33)的一端相连接；此外，该调压电位器(R33)的分压端与所述输出滤波电路连接，该调压电位器的另外一端接地；所述输出滤波电路的输出端连接至所述微控制器(21)的AD采集端口。
6.如权利要求2-4任意一项所述的高压直流电源，其特征在于，对于所述过压保护子模块而言，其具体的电路结构设计如下：它包括电位器(R68)、比较器(U29)、二极管(D31)、与门器件(U28)，以及由第三电阻(R69)和第五电容(C82)和第六电容(C83)共同组成的过压保护滤波电路，其中该电位器(R68)的一端连接至基准电源，另外一端接地，并且它的分压端与所述过压保护滤波电路连接后接入所述比较器(U29)的INPUT(+)端口；该比较器(U29)的INPUT(-)端口连接至所述二极管(D31)的负极端，同时输出端电压经过所述电压信号反馈子模块调理后输送到所述比较器的反向输入端INPUT(-)；该比较器的OUTPUT1端口则连接到所述与门器件(U28)的B端口；该与门器件(U28)的A端口用于输入由所述微控制器产生的PWM信号，它的Y端口则接入到所述BUCK斩波调压子模块驱动单元的输入端；该二极管(D31)的正极端连接至所述比较器(U29)的OUTPUT1端口。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108732512B (zh) * 2018-06-13 2020-11-24 任志广 一种应用于高压电源的数据收集模块
CN109327141A (zh) * 2018-11-20 2019-02-12 武汉精鸿电子技术有限公司 一种宽范围电压和大电流输出方法及电源系统
CN110196613B (zh) * 2019-05-28 2021-03-30 电子科技大学 一种用于集成电路测试系统中dut的供电电源装置
CN113511443B (zh) * 2021-06-30 2023-03-21 浙江联运环境工程股份有限公司 一种ai破袋及基于垃圾识别判断分类准确性箱体的控制系统

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1684419A (zh) * 2004-03-26 2005-10-19 胡润泽 一种智能远供网络通信电源
CN202421330U (zh) * 2011-12-27 2012-09-05 深圳浩宁达仪表股份有限公司 单相宽量程费控智能电能表
CN204046910U (zh) * 2014-09-01 2014-12-24 辛学兰 一种高压直流电源
CN104868528A (zh) * 2015-04-30 2015-08-26 成都迈奥信息技术有限公司 一种集成时钟功能的智能手表充电底座
CN105763079A (zh) * 2014-12-15 2016-07-13 中车大连电力牵引研发中心有限公司 电压可调的ac-dc电源
CN106093573A (zh) * 2016-05-30 2016-11-09 中国西电电气股份有限公司 超、特高压直流输电tcu换流阀组件晶闸管级阻抗测试系统
CN106411277A (zh) * 2010-10-21 2017-02-15 爱特梅尔公司 用于可编程增益放大器的开关和可编程增益放大器

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1684419A (zh) * 2004-03-26 2005-10-19 胡润泽 一种智能远供网络通信电源
CN106411277A (zh) * 2010-10-21 2017-02-15 爱特梅尔公司 用于可编程增益放大器的开关和可编程增益放大器
CN202421330U (zh) * 2011-12-27 2012-09-05 深圳浩宁达仪表股份有限公司 单相宽量程费控智能电能表
CN204046910U (zh) * 2014-09-01 2014-12-24 辛学兰 一种高压直流电源
CN105763079A (zh) * 2014-12-15 2016-07-13 中车大连电力牵引研发中心有限公司 电压可调的ac-dc电源
CN104868528A (zh) * 2015-04-30 2015-08-26 成都迈奥信息技术有限公司 一种集成时钟功能的智能手表充电底座
CN106093573A (zh) * 2016-05-30 2016-11-09 中国西电电气股份有限公司 超、特高压直流输电tcu换流阀组件晶闸管级阻抗测试系统

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