CN109375692B - 一种受电流控制的高压线性稳压源 - Google Patents

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    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices

Abstract

本发明提供了一种受电流控制的高压线性稳压源，包括阴极电流采样变压器T1和阴极电流稳压器，所述阴极电流采样变压器T1的原边接阴极，所述阴极电流采样变压器T1的副边与所述阴极电流稳压器连接，所述阴极电流采样变压器T1对阴极输出总电流进行高压隔离采样。本发明的有益效果是：适用于高压输出的场合、电路简单、易于实现、元器件电压应力低（无需承受高压应力）、成本低、可靠性高，同时可以实现某一路（高压）输出电压与输出总电流的一种线性关系。

Description

一种受电流控制的高压线性稳压源
技术领域
本发明涉及线性稳压源，尤其涉及一种受电流控制的高压线性稳压源。
背景技术
在某些特殊应用的场合，例如在航空航天领域中的某高压电源，要求某一路(高压)输出电压与阴极输出总电流在设定的条件下需要保持一种线性关系，当阴极输出总电流较小时，某一路(高压)输出电压需要降低，当阴极输出总电流较大时，某一路(高压)输出电压需要升高，同时某一路(高压)输出电压也限制了输出总电流的大小。若某一路输出电压为5050V(对阴极)的高压输出，需要实现其与阴极输出电流的一种线性关系，故此线性稳压源需要涉及到两个方面的问题：阴极电流采样和高压。虽然这种运用场合使用得很少，但是相关技术也不完善。文献【1】中提供了一种负电压线性稳压源，通过增加软启动电路降低了输出功率管的瞬时功率，解决线性稳压源启动时造成的电压瞬时过冲和负载电流冲击过大的问题。文献【2】和文献【3】中提供了一种线性稳压源，其发明目的是控制线性稳压源启动时的电流。文献【4】中提供了一种高压测试的稳压源，主要说明了高压源的测试系统和系统构成。文献【5】中提供了一种无片外电容的低压差线性稳压源，其发明目的是无需提供外加稳压电容就能输出纹波小的稳定电压，尤其在大负载电流跳变的情况下，能够实现较低的纹波电压和较快的恢复能力。文献【6】中提供了一种高带宽低压差线性稳压源，其发明目的是拓宽稳压源的环路带宽，使其负反馈环路稳定的同时，满足低负载调整率的要求。文献【7】中提供了一种宽输入电压范围的线性稳压源，其发明目的是为大摆幅输入电压提供稳压电压源的线性电压源电路。文献【8】中提供了一种线性稳压源，其发明目的是解决电源输出电压温飘大、长期稳定性差的问题。以上8篇文献均谈及了线性稳压源，但是均未涉及到某一路(高压)输出电压与输出总电流之间的关系，当然无法适用于上述的特殊场合。因此，如何实现某一路(高压)输出电压与(阴极)输出总电流的一种线性关系，以满足某高压电源特殊应用场合的需求，是本领域技术人员所亟待解决的技术问题。
【1】CN 201710908972.4负电压线性稳压源
【2】CN 201210309178.5线性稳压源
【3】CN 201310597266.4具有软启动控制电路的线性稳压源
【4】CN 201611210963.X一种稳压源
【5】CN 201210390845.7无片外电容的低压差线性稳压源
【6】CN 201220066075.6高带宽低压差线性稳压源及系统级芯片
【7】CN 201310244866.2大摆幅输入的线性稳压电源电路
【8】CN 201610906818.9一种线性稳压电源及调整方法
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种受电流控制的高压线性稳压源。
本发明提供了一种受电流控制的高压线性稳压源，包括阴极电流采样变压器T1和阴极电流稳压器，所述阴极电流采样变压器T1的原边接阴极，所述阴极电流采样变压器T1的副边与所述阴极电流稳压器连接，所述阴极电流采样变压器T1对阴极输出总电流进行高压隔离采样，所述阴极电流稳压器的输出电压Vo与阴极输出总电流为线性关系，即某一路的阴极电流稳压器的输出电压Vo受阴极输出总电流的控制，同时某一路的的阴极电流稳压器的输出电压Vo也限制了阴极输出总电流的大小。
作为本发明的进一步改进，所述阴极电流稳压器包括桥式整流二极管D1、桥式整流二极管D2、桥式整流二极管D3、桥式整流二极管D4和桥式整流输出电容Co，所述阴极电流采样变压器T1的副边的一端分别与所述桥式整流二极管D1的阳极、桥式整流二极管D3的阴极连接，所述阴极电流采样变压器T1的副边的另一端分别与所述桥式整流二极管D2的阳极、桥式整流二极管D4的阴极连接，所述桥式整流二极管D1的阴极、桥式整流二极管D2的阴极、桥式整流输出电容Co的一端接所述阴极电流采样变压器T1的输出电压Vo2，所述桥式整流二极管D3的阳极、桥式整流二极管D4的阳极、桥式整流输出电容Co的另一端接高压发生器。
作为本发明的进一步改进，所述阴极电流稳压器还包括三极管V1、三极管V2、稳压二极管V3、稳压二极管V4、稳压二极管V5，所述三极管V1的集电极接输入电压Vin，所述三极管V1的发射极通过电阻R2与所述稳压二极管V5的阳极连接，所述稳压二极管V5的阴极接所述阴极电流采样变压器T1的输出电压Vo2，所述电阻R2、稳压二极管V5之间接输出电压Vo，所述三极管V1的基极与所述稳压二极管V3的阴极连接，所述三极管V2的发射极串联电阻R5后与所述高压发生器连接，所述稳压二极管V3的阳极连接于所述三极管V2的发射极、电阻R5之间，所述三极管V2的集电极接输出电压Vo，所述三极管V2的基极与所述稳压二极管V4的阴极连接，所述稳压二极管V4的阳极与所述高压发生器连接。
作为本发明的进一步改进，所述三极管V1的发射极、基极之间串联有电阻R1，所述三极管V1的基极连接有电阻R3，所述电阻R3的另一端接所述阴极电流采样变压器T1的输出电压Vo2，所述电阻R1的一端连接于所述三极管V1的基极、电阻R3之间，所述电阻R1的另一端连接于所述三极管V1的发射极、电阻R2之间。
作为本发明的进一步改进，所述三极管V2的基极、集电极串联有电阻R4，所述电阻R4的一端连接于所述三极管V2的基极，所述电阻R4的另一端连接于输出电压Vo。
本发明的有益效果是：适用于高压输出的场合、电路简单、易于实现、元器件电压应力低(无需承受高压应力)、成本低、可靠性高，同时可以实现某一路(高压)输出电压与输出总电流的一种线性关系。
附图说明
图1是本发明一种受电流控制的高压线性稳压源的实例应用框图。
图2是本发明一种受电流控制的高压线性稳压源的原理图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1所示，为一种受电流控制的高压线性稳压源的实例应用框图，其中的阴极电流采样变压器和阴极电流稳压器构成了一种受电流控制的高压线性稳压源，所述阴极电流采样变压器的原边接阴极，所述阴极电流采样变压器的副边与所述阴极电流稳压器连接。在本实例应用中，整个高压线性稳压源浮在高压5(5050V)之上，当然也可以浮在其他高压(如高压6、高压4、高压3、高压2和高压1)之上，高压线性稳压源的元器件电压应力低，无需承受高压5对阴极的高压应力(在本实例中高压5对阴极的电压为5050V)。在整个高压线性稳压源中，只需要使用一个高压元器件，即阴极电流采样变压器。阴极电流采样变压器对阴极输出总电流进行高压隔离采样，但是阴极输出电流为非脉动信号，需要外加电路进行脉动信号变换后才能通过阴极电流采样变压器把阴极电流信号进行采样。在阴极电流采样变压器进行制作时需要考虑变压器初次级之间的绝缘耐压等级，通常采用U型磁芯，并灌封环氧树脂进行高压绝缘。
如图2所示，为一种受电流控制的高压线性稳压源的原理图，其工作原理如下：T1为阴极电流(高压)采样变压器，阴极电流采样变压器T1的输出电压为Vo2，D1、D2、D3、D4为桥式整流二极管，Co为桥式整流输出电容，V1、V2为三极管，V3、V4、V5为稳压二极管，所述阴极电流采样变压器T1的副边的一端分别与所述桥式整流二极管D1的阳极、桥式整流二极管D3的阴极连接，所述阴极电流采样变压器T1的副边的另一端分别与所述桥式整流二极管D2的阳极、桥式整流二极管D4的阴极连接，所述桥式整流二极管D1的阴极、桥式整流二极管D2的阴极、桥式整流输出电容Co的一端接所述阴极电流采样变压器T1的输出电压Vo2，所述桥式整流二极管D3的阳极、桥式整流二极管D4的阳极、桥式整流输出电容Co的另一端接高压发生器。
如图2所示，所述阴极电流稳压器还包括三极管V1、三极管V2、稳压二极管V3、稳压二极管V4、稳压二极管V5，所述三极管V1的集电极接输入电压Vin，所述三极管V1的发射极通过电阻R2与所述稳压二极管V5的阳极连接，所述稳压二极管V5的阴极接所述阴极电流采样变压器T1的输出电压Vo2，所述电阻R2、稳压二极管V5之间接输出电压Vo，所述三极管V1的基极与所述稳压二极管V3的阴极连接，所述三极管V2的发射极串联电阻R5后与所述高压发生器连接，所述稳压二极管V3的阳极连接于所述三极管V2的发射极、电阻R5之间，所述三极管V2的集电极接输出电压Vo，所述三极管V2的基极与所述稳压二极管V4的阴极连接，所述稳压二极管V4的阳极与所述高压发生器连接。
如图2所示，所述三极管V1的发射极、基极之间串联有电阻R1，所述三极管V1的基极连接有电阻R3，所述电阻R3的另一端接所述阴极电流采样变压器T1的输出电压Vo2，所述电阻R1的一端连接于所述三极管V1的基极、电阻R3之间，所述电阻R1的另一端连接于所述三极管V1的发射极、电阻R2之间。
如图2所示，所述三极管V2的基极、集电极串联有电阻R4，所述电阻R4的一端连接于所述三极管V2的基极，所述电阻R4的另一端连接于输出电压Vo。
如图2所示，当阴极输出电流减小时，阴极电流采样变压器T1的输出电压Vo2减小，那么UV1B＝UV3+UR5减小，三极管V1的发射极输出电压UV1E＝UV1B-VBE减小，所以输出电压Vo减小。同时，当UV1B＝UV3+UR5减小时，由于稳压二极管V3导通击穿电压不变，UR5减小，而稳压二极管V4的电压不变，UV4＝VBE+UR5，则三极管V2的VBE增大，三极管V2的集电极电流IC增大，那么输出电压Vo的负载电流增大，所以输出电压Vo也会降低。由于输出电压Vo的值对应于阴极输电流的值，所以，反过来，输出电压Vo的大小也限制了阴极输出电流的大小。
同理，当阴极输出电流增大时，阴极电流采样变压器T1的输出电压Vo2增大，那么UV1B＝UV3+UR5增大，三极管V1的发射极输出电压UV1E＝UV1B-VBE增大，所以输出电压Vo增大。同时，当UV1B＝UV3+UR5增大时，由于稳压二极管V3导通击穿电压不变，UR5增大，而稳压二极管V4的电压不变，UV4＝VBE+UR5，则三极管V2的VBE减小，三极管V2的集电极电流IC减小，那么输出电压Vo的负载电流减小，所以输出电压Vo也会升高。但是输出电压的最大值不大于输入电压与三极管V1的饱和压降之差，即：VO≤VIN-VCE。由于输出电压Vo的值对应于阴极输电流的值，所以，反过来，输出电压Vo的大小也限制了阴极输出电流的大小。
本发明提供的一种受电流控制的高压线性稳压源，采用普通的元器件(三极管和稳压管)替代集成电路(如运放)即可实现电流闭环线性稳压，与传统的采用运放闭环的形式相比，无需运放等元器件的高压供电，电路更简单，成本低，易于实现。整个线性稳压部分浮在高压上，元器件电压应力低，且整个线性稳压源中只需要采用一个高压电流采样变压器即可实现某一路(高压)输出电压受输出电流的控制。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种受电流控制的高压线性稳压源，其特征在于：包括阴极电流采样变压器T1和阴极电流稳压器，所述阴极电流采样变压器T1的原边接阴极，所述阴极电流采样变压器T1的副边与所述阴极电流稳压器连接，所述阴极电流采样变压器T1对阴极输出总电流进行高压隔离采样，所述阴极电流稳压器的输出电压Vo与阴极输出总电流为线性关系，所述阴极电流稳压器包括桥式整流二极管D1、桥式整流二极管D2、桥式整流二极管D3、桥式整流二极管D4和桥式整流输出电容Co，所述阴极电流采样变压器T1的副边的一端分别与所述桥式整流二极管D1的阳极、桥式整流二极管D3的阴极连接，所述阴极电流采样变压器T1的副边的另一端分别与所述桥式整流二极管D2的阳极、桥式整流二极管D4的阴极连接，所述桥式整流二极管D1的阴极、桥式整流二极管D2的阴极、桥式整流输出电容Co的一端接所述阴极电流采样变压器T1的输出电压Vo2，所述桥式整流二极管D3的阳极、桥式整流二极管D4的阳极、桥式整流输出电容Co的另一端接高压发生器，所述阴极电流稳压器还包括三极管V1、三极管V2、稳压二极管V3、稳压二极管V4、稳压二极管V5，所述三极管V1的集电极接输入电压Vin，所述三极管V1的发射极通过电阻R2与所述稳压二极管V5的阳极连接，所述稳压二极管V5的阴极接所述阴极电流采样变压器T1的输出电压Vo2，所述电阻R2、稳压二极管V5之间接输出电压Vo，所述三极管V1的基极与所述稳压二极管V3的阴极连接，所述三极管V2的发射极串联电阻R5后与所述高压发生器连接，所述稳压二极管V3的阳极连接于所述三极管V2的发射极、电阻R5之间，所述三极管V2的集电极接输出电压Vo，所述三极管V2的基极与所述稳压二极管V4的阴极连接，所述稳压二极管V4的阳极与所述高压发生器连接，所述三极管V1的基极连接有电阻R3，所述电阻R3的另一端接所述阴极电流采样变压器T1的输出电压Vo2。
2.根据权利要求1所述的受电流控制的高压线性稳压源，其特征在于：所述三极管V1的发射极、基极之间串联有电阻R1，所述电阻R1的一端连接于所述三极管V1的基极、电阻R3之间，所述电阻R1的另一端连接于所述三极管V1的发射极、电阻R2之间。
3.根据权利要求1所述的受电流控制的高压线性稳压源，其特征在于：所述三极管V2的基极、集电极串联有电阻R4，所述电阻R4的一端连接于所述三极管V2的基极，所述电阻R4的另一端连接于输出电压Vo。
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