CN109245565A - 高压可调直流电源 - Google Patents

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邹家惠
杨安勇
陈实
李祖钢
刘治凡
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Abstract

本发明公开了一种高压可调直流电源，利用控制计算机通过光纤与两个直流电压源分别进行通信，可分别监控两个直流电压源分别输出不同等级的高压直流电，通过直流电压源内设的A/D转换电路实时检测电压输出端输出的电压值，并将其与预设电压值进行比较，并根据比较结果通过D/A转换电路控制驱动电路，以调节电压输出端输出的电压值使其等于预设电压值，能够对输出电压进行精确调节。本发明提供的高压可调直流电源能够对高压直流电压实现高精度调节，可广泛应用于对航空设备的高压测试，以模拟雷电对航空设备的干扰。

Description

高压可调直流电源
技术领域
本发明涉及直流电源技术，尤其涉及一种高压可调直流电源。
背景技术
传统直流稳压电源的电压等级都比较低，要实现高精度相对容易得多。而要实现高达160kV电压的直流稳压电源，如果在交流市电输入端改变电压，在变压器后整流滤波得到高压直流的话，由于交流端要实现精确的电压控制非常困难，同时由于是升压，在交流端电压发生微小的变化都会引起输出端电压的巨大变化，难对输出端电压实现高精度控制。
对航空设备(如飞机等)的高压测试、模拟雷电对航空设备的干扰等，在国内还是处于初级阶段，特别是对高达160kV的高压直流电压实现高精度(1/1000)调节还无法实现。
发明内容
本发明主要目的在于，提供一种高压可调直流电源，以实现对高压直流电压的高精度调节。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种高压可调直流电源，包括两个直流电压源和用于控制所述两个直流电压源的控制计算机；
所述直流电压源包括基准电压产生电路、D/A转换电路、A/D转换电路、单片机电路、倍压电路、驱动电路、光纤接口电路和电压输出端；
所述基准电压产生电路与所述D/A转换电路和所述A/D转换电路连接，用于为所述D/A转换电路和所述A/D转换电路提供基准电压；
所述驱动电路通过所述倍压电路连接所述电压输出端，用于驱动所述倍压电路对输入电压进行升压，并通过所述电压输出端输出升压后的电压；
所述单片机电路通过所述A/D转换电路与所述电压输出端连接，用于通过所述A/D转换电路检测所述电压输出端输出的电压值；
所述单片机电路还通过所述D/A转换电路与所述驱动电路连接，用于通过所述D/A转换电路控制所述驱动电路，以调节所述电压输出端输出的电压值，使其等于预设电压值；
所述直流电压源还包括与所述单片机电路连接的光纤接口电路，所述控制计算机通过光纤与所述光纤接口电路连接，通过所述光纤与所述单片机电路进行通信。
进一步地，所述电压输出端上连接有电压输出柱，所述电压输出端通过所述电压输出柱输出所述升压后的电压。
进一步地，其中一个直流电压源的预设电压值包括1kV、5kV、10kV和20kV，另一个直流电压源的预设电压值包括160kV、+8kV和-8kV。
进一步地，所述光纤通过光纤收发器与所述光纤接口电路连接，所述光纤收发器包括接收器和发射器，所述接收器型号为HFBR-2522，所述发射器型号为HFBR-1522。
进一步地，所述驱动电路包括脉冲宽度调制器及与所述脉冲宽度调制器连接的第一外围电路，所述第一外围电路中设置有电源滤波电路。
进一步地，所述驱动电路通过高频变压器与所述倍压电路连接，所述高频变压器的初级连接所述驱动电路，所述高频变压器的次级连接所述倍压电路。
进一步地，所述倍压电路包括：
开关电源电路，用于将工频电压转换为直流电压；
逆变电路，用于将所述直流电压逆变为交流电压；
倍压整流电路，用于对所述交流电压升压；
滤波网络，与所述电压输出端连接，用于对所述倍压整流电路输出的电压进行滤波，并通过所述电压输出端输出滤波后的电压。
进一步地，所述高压可调直流电源还包括用于接通或断开所述倍压电路的电源输入的继电器。
进一步地，所述倍压整流电路中采用的电容为耐压电容，所述倍压整流电路中采用的二极管为高压硅柱。
与现有技术相比，本发明提供的高压可调直流电源，利用控制计算机通过光纤与两个直流电压源分别进行通信，可分别监控两个直流电压源分别输出不同等级的高压直流电，通过直流电压源内设的A/D转换电路实时检测电压输出端输出的电压值，并将其与预设电压值进行比较，并根据比较结果通过D/A转换电路控制驱动电路，以调节电压输出端输出的电压值使其等于预设电压值，能够对输出电压进行精确调节。本发明提供的高压可调直流电源能够对高压直流电压实现高精度调节，可广泛应用于对航空设备的高压测试，以模拟雷电对航空设备的干扰。
附图说明
图1是本发明实施例高压可调直流电源的总体组成原理示意图；
图2是本发明实施例高压可调直流电源中直流电压源内部组成原理示意图；
图3是本发明实施例高压可调直流电源中基准电压产生电路结构示意图
图4是本发明实施例高压可调直流电源中A/D转换电路结构示意图；
图5是本发明实施例高压可调直流电源中D/A转换电路结构示意图；
图6是本发明实施例高压可调直流电源中驱动电路结构示意图；
图7是本发明实施例高压可调直流电源中倍压电路结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明实施例提供的高压可调直流电源，包括两个直流电压源3和用于控制两个直流电压源3的控制计算机1。控制计算机1通过光纤2与两个直流电压源3连接，实现对两个直流电压源3电压、电流、过流、欠压等信息的读取和分析以及对两个直流电压源3的电压、电流等参数进行调节，以及对两个直流电压源3过流、过压的保护，同时还保存两个直流电压源3的相关数据等。两个直流电压源3是在控制计算机1的控制下独立工作，实现电压调节、输出开关控制、工作状态监测和故障检测等，彼此并不产生联系，只是各自产生的直流电压等级不同。每个直流电压源3均连接有一个电压输出柱4，通过电压输出柱4输出电压。两个直流电压源3用于将工频电压转变为不同等级的高压直流电压后通过各自连接的电压输出柱4输出，以供用户使用。
两个直流电压源3只是产生的直流电压等级不同，内部结构是基本一致的，直流电压源3的内部组成原理如图2所示，直流电压源3包括基准电压产生电路5、D/A转换电路6、A/D转换电路7、单片机电路8、倍压电路11、驱动电路12、光纤接口电路9和电压输出端10。其中：
基准电压产生电路5与D/A转换电路6和A/D转换电路7连接，用于为D/A转换电路6和A/D转换电路7提供基准电压。驱动电路12通过倍压电路11连接电压输出端10，用于驱动倍压电路11对输入电压进行升压，并通过电压输出端10输出升压后的电压。单片机电路8通过A/D转换电路7与电压输出端10连接，用于通过A/D转换电路7检测电压输出端10输出的电压值。单片机电路8还通过D/A转换电路6与驱动电路12连接，用于通过D/A转换电路6控制驱动电路12，以调节电压输出端10输出的电压值，使其等于预设电压值。电压输出端10上连接有电压输出柱4，电压输出端10通过电压输出柱4输出升压后的电压。如果检测到电压输出端10输出的电压值低于预设电压值，则控制驱动电路12以调高倍压电路11输出的电压，反之则控制驱动电路12以调低倍压电路11输出的电压，使倍压电路11通过电压输出端10输出的电压值等于预设电压值。
直流电压源3还包括与单片机电路8连接的光纤接口电路9，控制计算机1通过光纤2与光纤接口电路9连接，通过光纤2与单片机电路8进行通信。光纤2通过光纤收发器与光纤接口电路9连接，光纤收发器包括接收器和发射器，接收器型号为HFBR-2522，发射器型号为HFBR-1522。通过光纤通信能够有效避免采用金属导线通信容易造成信号干扰的问题，同时起到绝缘作用，提高安全性。
两个直流电压源3中，其中一个直流电压源3的预设电压值包括1kV、5kV、10kV和20kV，另一个直流电压源3的预设电压值包括160kV、+8kV和-8kV。即其中一个直流电压源3用于产生并输出1kV、5kV、10kV和20kV直流电压，另一个直流电压源3用于产生并输出160kV、+8kV和-8kV直流电压。
图3是基准电压产生电路5结构示意图，基准电压产生电路5基于AD586基准电压芯片及其外围电路，能够提供稳定的基准电压。A/D转换电路7采用型号为AD7706的16位A/D转换器，以确保输出电压的分辨率与尽量小的误差，D/A转换电路6采用型号为AD5390的14位D/A转换器，同样是为了确保输出电压的分辨率与尽量小的误差。图4和图5分别为基于AD7706转换器的A/D转换电路7和基于AD5390D/A转换器的D/A转换电路6的结构示意图。
驱动电路12通过PWM脉冲宽度调制方式对倍压电路11进行驱动调节，驱动电路12包括脉冲宽度调制器及与脉冲宽度调制器连接的第一外围电路，第一外围电路中设置有电源滤波电路。图6是驱动电路12结构示意图，驱动电路12采用一片SG1525AJ集成电路与外围电路(即第一外围电路)构成。第一外围电路中，由电容C9、C23、C26、C27、C28组成电源滤波电路，增强抗干扰能力。电阻R26和电容C22决定电路振荡频率。由单片机电路8中单片机的输入脚控制输出电压。
驱动电路12通过高频变压器与倍压电路11连接，高频变压器的初级连接驱动电路12，高频变压器的次级连接倍压电路11。图中T1为该高频变压器，变压器T1与倍压电路11相连，V5为驱动电路12的驱动三极管，驱动电路12通过该驱动三极管驱动倍压电路11。
倍压电路11总体包括开关电源电路、逆变电路、倍压整流电路和滤波网络。其中，开关电源电路用于将工频电压转换为直流电压，逆变电路用于将直流电压逆变为交流电压，倍压整流电路用于对交流电压升压，滤波网络与电压输出端10连接，用于对倍压整流电路输出的电压进行滤波，并通过电压输出端10输出滤波后的电压。图7为倍压电路11结构示意图，其中K3是开关电源电路，将220V工频电压转换为360直流电压。T1为高频变压器，其初级与驱动电路12相连，次级由V18、V13等组成高频输出电路。T2为输出变压器，其输出的交流电压经由电容C1至C16、二极管D1至D16组成的倍压整流电路整流成直流并升压，达到所需的直流电压等级。两个直流电压源3里的倍压电路11除倍压整流电路和使用的开关电源电路电压不同外，其基本构成相同，不局限于某个具体电压值。而两个直流电压源3里的倍压整流电路只是采用的电容与整流硅柱的级数不同，输出电压等级高整流硅柱的级数就多，反之就少。
倍压整流电路中采用的电容为耐压电容，倍压整流电路中采用的二极管为高压硅柱，以此满足耐压需求。直流电压源3的输出电压除了与倍压整流的级数有关外，还与变压器T1的输入端有关，并由变压器T1的初级进行电压调节。该高压可调直流电源还包括用于接通或断开倍压电路11的电源输入的继电器，当变压器T1初级电路失电或故障时，该继电器自动切断开关电源K1的电压输入，使与变压器T1次级相连的倍压电路11切断电源，停止工作。继电器K1由MOS管V2控制，这也有益于电路的安全。
上述实施例仅为优选实施例，并不用以限制本发明的保护范围，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 (9)

1.一种高压可调直流电源，其特征在于，包括两个直流电压源和用于控制所述两个直流电压源的控制计算机；
所述直流电压源包括基准电压产生电路、D/A转换电路、A/D转换电路、单片机电路、倍压电路、驱动电路、光纤接口电路和电压输出端；
所述基准电压产生电路与所述D/A转换电路和所述A/D转换电路连接，用于为所述D/A转换电路和所述A/D转换电路提供基准电压；
所述驱动电路通过所述倍压电路连接所述电压输出端，用于驱动所述倍压电路对输入电压进行升压，并通过所述电压输出端输出升压后的电压；
所述单片机电路通过所述A/D转换电路与所述电压输出端连接，用于通过所述A/D转换电路检测所述电压输出端输出的电压值；
所述单片机电路还通过所述D/A转换电路与所述驱动电路连接，用于通过所述D/A转换电路控制所述驱动电路，以调节所述电压输出端输出的电压值，使其等于预设电压值；
所述直流电压源还包括与所述单片机电路连接的光纤接口电路，所述控制计算机通过光纤与所述光纤接口电路连接，通过所述光纤与所述单片机电路进行通信。
2.如权利要求1所述的高压可调直流电源，其特征在于，所述电压输出端上连接有电压输出柱，所述电压输出端通过所述电压输出柱输出所述升压后的电压。
3.如权利要求1所述的高压可调直流电源，其特征在于，其中一个直流电压源的预设电压值包括1kV、5kV、10kV和20kV，另一个直流电压源的预设电压值包括160kV、+8kV和-8kV。
4.如权利要求1所述的高压可调直流电源，其特征在于，所述光纤通过光纤收发器与所述光纤接口电路连接，所述光纤收发器包括接收器和发射器，所述接收器型号为HFBR-2522，所述发射器型号为HFBR-1522。
5.如权利要求1所述的高压可调直流电源，其特征在于，所述驱动电路包括脉冲宽度调制器及与所述脉冲宽度调制器连接的第一外围电路，所述第一外围电路中设置有电源滤波电路。
6.如权利要求1所述的高压可调直流电源，其特征在于，所述驱动电路通过高频变压器与所述倍压电路连接，所述高频变压器的初级连接所述驱动电路，所述高频变压器的次级连接所述倍压电路。
7.如权利要求1所述的高压可调直流电源，其特征在于，所述倍压电路包括：
开关电源电路，用于将工频电压转换为直流电压；
逆变电路，用于将所述直流电压逆变为交流电压；
倍压整流电路，用于对所述交流电压升压；
滤波网络，与所述电压输出端连接，用于对所述倍压整流电路输出的电压进行滤波，并通过所述电压输出端输出滤波后的电压。
8.如权利要求7所述的高压可调直流电源，其特征在于，还包括用于接通或断开所述倍压电路的电源输入的继电器。
9.如权利要求7所述的高压可调直流电源，其特征在于，所述倍压整流电路中采用的电容为耐压电容，所述倍压整流电路中采用的二极管为高压硅柱。
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