CN111130354B - 一种输出电压与控制电压呈线性关系的高压电源 - Google Patents

一种输出电压与控制电压呈线性关系的高压电源 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种输出电压与控制电压呈线性关系的高压电源，包括输入滤波电路、功率变换及升压电路、整流滤波取样电路、误差放大及控制电路、MOS管驱动电路；所述输入滤波电路的输入端连接供电电源端，所述输入滤波电路的输出端连接功率变换及升压电路，所述功率变换及升压电路连接整流滤波取样电路，所述整流滤波取样电路连接误差放大及控制电路，所述误差放大及控制电路连接MOS管驱动电路。有益效果在于：本发明所述的高压电源不仅输出电压可在0V～500V之间连续可调，而且输出电压与控制电压可线性调节，有效提升电源输出电压的稳定性，实用性好。

Description

一种输出电压与控制电压呈线性关系的高压电源
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，具体涉及一种输出电压与控制电压呈线性关系的高压电源。
背景技术
开关变换器又称开关电源，是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，它通过开关的周期性导通和关断，将输入端的输入电压转换成负载端的输出电压。高压电源是开关变换器的一种，它能将输入十几伏的低电压转换成输出几千伏甚至几万伏的高电压，在各个领域有着广泛的应用。许多高新技术的发展，如激光领域，医用X光机等都需要使用高压电源。
随着大规模和超大规模集成电路的的快速发展，那种体积大而笨重的的线性调节稳压电源已经过时，取而代之的是小型化、重量轻、精度高的隔离开关电源。因此，电压可调的高压电源也必须适应发展，不断提高控制电压与输出电压的线性精度，同时减小电源体积和重量。但是目前的高压电源普遍以电阻分压作为基准电压和反馈电压，同时采用电位器调压的方式不仅输出电压范围有限，难以满足用户需求，而且电压调节精度不容易控制，输出电压与控制电压很难做到线性调节，电源稳定性差。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种输出电压与控制电压呈线性关系的高压电源，以解决现有的高压电源输出电压范围小，限制了高压电源的推广应用，而且输出电压与控制电压难以做到线性调节，电源输出电压稳定性差等问题。本发明提供的高压电源不仅可以实现输出电压0V～500V连续可调，而且输出电压与控制电压可线性调节，有效提升电源输出电压的稳定性，实用性好，详见下文阐述。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供的一种输出电压与控制电压呈线性关系的高压电源，包括输入滤波电路、功率变换及升压电路、整流滤波取样电路、误差放大及控制电路、MOS管驱动电路；所述输入滤波电路的输入端连接供电电源端，所述输入滤波电路的输出端连接功率变换及升压电路，所述功率变换及升压电路连接整流滤波取样电路，所述整流滤波取样电路连接误差放大及控制电路，所述误差放大及控制电路连接MOS管驱动电路。
作为本案的重要设计，所述输入滤波电路包括电感器L1和电容器C1，所述电感器L1的一端连接电压输入端VIN，所述电感器L1的另一端连接电容器C1的一端和输出端OUT1，所述电容器C1的另一端连接GND。
作为本案的优化设计，所述功率变换及升压电路包括电压器T1，所述变压器T1原边绕组的1端与输出端OUT1连接，所述变压器T1副边绕组的3端与输入端OUT2连接，所述变压器T1副边绕组的4端与输入端OUT3连接，所述变压器T1原边绕组的2端连接MOS管V1的漏极和电容器C3的一端，所述MOS管V1的源极连接GND、电容器C3的另一端和电容器C4的一端，所述MOS管V1的栅极连接二极管V4的阳极、二极管V3的阳极、电阻R1的一端和电容器C4的另一端，所述二极管V3的阴极连接输入端IN1和电阻R1的另一端，所述二极管V4的阴极连接二极管V5的阴极和输入端IN2，所述二极管V5的阳极连接输入端IN3和电容器C5的一端，电容器C5的另一端连接GND。
作为本案的优化设计，所述整流滤波取样电路包括二极管V6、电阻R2，所述二极管V6的阳极连接输入端OUT2，所述二极管V6的阴极连接电阻R2的一端和电容C6的一端，所述电阻R2的另一端与电容C7的一端、电容C8的一端、电阻R3的一端、电容C9的一端和输出端OUT连接，所述电容C6的另一端、电容C7的另一端、电容C8的另一端均与输入端OUT3和GND连接，所述电阻R3的另一端和电容C9的另一端连接电阻R4的一端，所述电阻R4的另一端连接电阻R5的一端和输出端OUT4，电阻R5的另一端连接GND。
作为本案的优化设计，所述误差放大及控制电路包括运算放大器V8-1、运算放大器V8-2和稳压器V7，所述运算放大器V8-2的4脚连接GND，所述运算放大器V8-1的反向输入端与电容C11的一端、电容C12的一端、输出端OUT4连接，所述运算放大器V8-1的同向输入端连接电阻R9的一端、电阻R8的一端和电容C11的另一端，所述电阻R9的另一端连接GND，所述运算放大器V8-1的输出端连接电容C12的另一端和电阻R10的一端，所述电阻R10的另一端连接输入端IN2，所述电阻R8的另一端连接运算放大器V8-2的输出端，所述运算放大器V8-2的反向输入端连接到运算放大器V8-2的输出端，所述运算放大器V8-2的同向输入端与电阻R6的一端、电阻R7的一端、稳压器V7的一端、电容C10的一端连接，电阻R6的另一端连接输入端IN4，电阻R7的另一端、稳压器V7的另一端、电容C10的另一端均与GND连接。
作为本案的优化设计，所述MOS驱动电路包括定时器NI，定时器NI的GND脚与电容C14的一端、GND连接，定时器NI的TR脚与定时器NI的TH脚、电阻R13的一端、电容C14的另一端连接，电阻R13的另一端与电阻R12的一端、定时器NI的D脚连接，电阻R12的另一端与定时器NI的VCC脚、定时器NI的REST脚、电容C13的一端、电阻R11的一端连接，电容C13的另一端连接GND，电阻R11的另一端连接输入端VIN，定时器NI的OUT脚连接输入端IN1，定时器NI的C脚与电容C15的一端、输入端IN3连接，电容C15的另一端连接GND。
有益效果在于：本发明所述的高压电源不仅输出电压可在0V～500V之间连续可调，而且输出电压与控制电压可线性调节，有效提升电源输出电压的稳定性，实用性好。
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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的电路组成结构示意图；
图2是本发明输入滤波电路的示意图；
图3是本发明功率变换及升压电路的示意图；
图4是本发明整流滤波取样电路的示意图；
图5是本发明误差放大及控制电路的示意图；
图6是本发明MOS管驱动电路的示意图。
实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
参见图1所示，本发明提供的一种输出电压与控制电压呈线性关系的高压电源，包括输入滤波电路、功率变换及升压电路、整流滤波取样电路、误差放大及控制电路、MOS管驱动电路；输入滤波电路的输入端连接供电电源端，输入滤波电路的输出端连接功率变换及升压电路，功率变换及升压电路连接整流滤波取样电路，整流滤波取样电路连接误差放大及控制电路，误差放大及控制电路连接MOS管驱动电路；输入滤波电路将输入的直流低压输入电源转换成稳定可靠的直流低压电压后供给功率变换及升压电路，功率变换及升压电路将输入滤波电路供给的直流低压电压变换为交流高压方波电压后供给整流滤波取样电路，交流高压方波电压经整流滤波取样电路整流滤波后输出低纹波直流高压电压供外接用电设备使用，当需要调整低纹波直流高压电压的大小时，先控制MOS管驱动电路接通误差放大及控制电路和功率变换及升压电路，然后调整输入到误差放大及控制电路的控制电压的大小即可实现输出低纹波直流高压电压与输入控制电压线性调节，有效提升电源输出的低纹波直流高压电压的稳定性，实用性好。
参见图2所示，输入滤波电路包括电感器L1和电容器C1，电感器L1的一端连接电压输入端VIN，电感器L1的另一端连接电容器C1的一端和输出端OUT1，电容器C1的另一端连接GND；直流低压电压经输入端VIN进入输入滤波电路，然后经电感器L1和电容电容器C1滤除直流低压电源中的低频和高频纹波后，在输出端OUT1输出一路稳定的直流低压电压。
参见图3所示，功率变换及升压电路包括变压器T1，变压器T1原边绕组的1端与输出端OUT1连接，变压器T1副边绕组的3端与输入端OUT2连接，变压器T1副边绕组的4端与输入端OUT3连接，变压器T1原边绕组的2端连接MOS管V1的漏极和电容器C3的一端，MOS管V1的源极连接GND、电容器C3的另一端和电容器C4的一端，MOS管V1的栅极连接二极管V4的阳极、二极管V3的阳极、电阻R1的一端和电容器C4的另一端，二极管V3的阴极连接输入端IN1和电阻R1的另一端，二极管V4的阴极连接二极管V5的阴极和输入端IN2，二极管V5的阳极连接输入端IN3和电容器C5的一端，电容器C5的另一端连接GND；变压器T1将输出端OUT1输入的直流低压电压变换为交流高压方波电压从输入端OUT2、输入端OUT3输出供给整流滤波取样电路；输入端IN1和输入端IN3向功率变换及升压电路输入PWM方波控制MOS管V1导通，此时，当输入端IN2输入的电压变化时，输入端OUT2、输入端OUT3输出的交流高压方波电压随之变化。
参见图4所示，整流滤波取样电路包括二极管V6、电阻R2，二极管V6的阳极连接输入端OUT2，二极管V6的阴极连接电阻R2的一端和电容C6的一端，电阻R2的另一端与电容C7的一端、电容C8的一端、电阻R3的一端、电容C9的一端和输出端OUT连接，电容C6的另一端、电容C7的另一端、电容C8的另一端均与输入端OUT3和GND连接，电阻R3的另一端和电容C9的另一端连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接电阻R5的一端和输出端OUT4，电阻R5的另一端连接GND；整流滤波取样电路接受输入端OUT2输入的交流高压方波，经二极管V6和电容C6整流后，输出直流高压电压，直流高压电压经过由电阻R2、电容C7、电容C8组成的RC滤波电路滤波后，降低了直流高压电压上的纹波并在输出端OUT输出低纹波直流高压电压，该输出端OUT也为本发明的高压电源的输出端，可用于外接用电设备；整流滤波取样电路采集输出端OUT输出的低纹波直流高压电压并经电阻R3、电阻R4、电阻R5分压后从输出端OUT4输出直流低压采样电压，若输出端OUT输出的低纹波直流高压电压升高，则输出端OUT4输出的直流低压采样电压随之升高；反之，若输出端OUT输出的低纹波直流高压电压降低，在输出端OUT4输出的直流低压采样电压随之降低。
参见图5所示，误差放大及控制电路包括运算放大器V8-1、运算放大器V8-2和稳压器V7，运算放大器V8-2的4脚连接GND，运算放大器V8-1的反向输入端与电容C11的一端、电容C12的一端、输出端OUT4连接，运算放大器V8-1的同向输入端连接电阻R9的一端、电阻R8的一端和电容C11的另一端，电阻R9的另一端连接GND，运算放大器V8-1的输出端连接电容C12的另一端和电阻R10的一端，电阻R10的另一端连接输入端IN2，电阻R8的另一端连接运算放大器V8-2的输出端，运算放大器V8-2的反向输入端连接到运算放大器V8-2的输出端，运算放大器V8-2的同向输入端与电阻R6的一端、电阻R7的一端、稳压器V7的一端、电容C10的一端连接，电阻R6的另一端连接输入端IN4，电阻R7的另一端、稳压器V7的另一端、电容C10的另一端均与GND连接；输入端IN4接受输入控制电压，经电阻R6、电阻R7、稳压器V7调压和电容C10滤波后得到低纹波的低压控制电压，然后该低压控制电压送至运算放大器V8-2的同相输入端，运算放大器V8-2输出端将调整后的控制电压经电阻R8分压后送给运算放大器V8-1的同向输入端作为基准电压，同时输出端OUT4将直流低压采样电压送给运算放大器V8-1的反向输入端，运算放大器V8-1比较同相输入端和反向输入端输入的电压大小并在运算放大器V8-1的输出端产生一个电压差，该电压差经电阻R10分压后输送到输入端IN2，继而进入功率变换及升压电路，当调节输入端IN4输入的控制电压时，输入端IN2输出的电压也随之发生改变，继而使输入端OUT2、输入端OUT3输出的交流高压方波电压也随之发生改变，后续整流滤波取样电路的输出端OUT输出的低纹波直流高压电压、输出端OUT4输出的直流低压采样电压也随之改变，也就是说，通过调节输入端IN4输入的控制电压的大小（调节范围为0-12v）即可线性调节输出端OUT输出的低纹波直流高压电压的大小（调节范围为0-500v），从而实现输出端OUT输出的低纹波直流高压电压在0V～500V间连续可调的技术效果。
参见图6所示，MOS驱动电路包括定时器NI，定时器NI的GND脚与电容C14的一端、GND连接，定时器NI的TR脚与定时器NI的TH脚、电阻R13的一端、电容C14的另一端连接，电阻R13的另一端与电阻R12的一端、定时器NI的D脚连接，电阻R12的另一端与定时器NI的VCC脚、定时器NI的REST脚、电容C13的一端、电阻R11的一端连接，电容C13的另一端连接GND，电阻R11的另一端连接输入端VIN，定时器NI的OUT脚连接输入端IN1，定时器NI的C脚与电容C15的一端、输入端IN3连接，电容C15的另一端连接GND；MOS驱动电路接受输入端VIN的直流低压电压经电容C13滤波后给定时器NI供电，电阻R12、电阻R13和电容C14使得定时器NI产生一个PWM方波供给输入端IN1和输入端IN3使MOS管V1导通。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种输出电压与控制电压呈线性关系的高压电源，其特征是：包括输入滤波电路、功率变换及升压电路、整流滤波取样电路、误差放大及控制电路、MOS管驱动电路；所述输入滤波电路的输入端连接供电电源端，所述输入滤波电路的输出端连接功率变换及升压电路，所述功率变换及升压电路连接整流滤波取样电路，所述整流滤波取样电路连接误差放大及控制电路，所述误差放大及控制电路连接MOS管驱动电路；
所述输入滤波电路包括电感器L1和电容器C1，所述电感器L1的一端连接电压输入端VIN，所述电感器L1的另一端连接电容器C1的一端和输出端OUT1，所述电容器C1的另一端连接GND；
所述功率变换及升压电路包括变压器T1，所述变压器T1原边绕组的1端与输出端OUT1连接，所述变压器T1副边绕组的3端与输入端OUT2连接，所述变压器T1副边绕组的4端与输入端OUT3连接，所述变压器T1原边绕组的2端连接MOS管V1的漏极和电容器C3的一端，所述MOS管V1的源极连接GND、电容器C3的另一端和电容器C4的一端，所述MOS管V1的栅极连接二极管V4的阳极、二极管V3的阳极、电阻R1的一端和电容器C4的另一端，所述二极管V3的阴极连接输入端IN1和电阻R1的另一端，所述二极管V4的阴极连接二极管V5的阴极和输入端IN2，所述二极管V5的阳极连接输入端IN3和电容器C5的一端，电容器C5的另一端连接GND；
所述整流滤波取样电路包括二极管V6、电阻R2，所述二极管V6的阳极连接输入端OUT2，所述二极管V6的阴极连接电阻R2的一端和电容C6的一端，所述电阻R2的另一端与电容C7的一端、电容C8的一端、电阻R3的一端、电容C9的一端和输出端OUT连接，所述电容C6的另一端、电容C7的另一端、电容C8的另一端均与输入端OUT3和GND连接，所述电阻R3的另一端和电容C9的另一端连接电阻R4的一端，所述电阻R4的另一端连接电阻R5的一端和输出端OUT4，电阻R5的另一端连接GND；
所述误差放大及控制电路包括运算放大器V8-1、运算放大器V8-2和稳压器V7，所述运算放大器V8-2的电源地连接GND，所述运算放大器V8-1的反向输入端与电容C11的一端、电容C12的一端、输出端OUT4连接，所述运算放大器V8-1的同向输入端连接电阻R9的一端、电阻R8的一端和电容C11的另一端，所述电阻R9的另一端连接GND，所述运算放大器V8-1的输出端连接电容C12的另一端和电阻R10的一端，所述电阻R10的另一端连接输入端IN2，所述电阻R8的另一端连接运算放大器V8-2的输出端，所述运算放大器V8-2的反向输入端连接到运算放大器V8-2的输出端，所述运算放大器V8-2的同向输入端与电阻R6的一端、电阻R7的一端、稳压器V7的一端、电容C10的一端连接，电阻R6的另一端连接输入端IN4，电阻R7的另一端、稳压器V7的另一端、电容C10的另一端均与GND连接；
所述MOS驱动电路包括定时器NI，定时器NI的GND脚与电容C14的一端、GND连接，定时器NI的TR脚与定时器NI的TH脚、电阻R13的一端、电容C14的另一端连接，电阻R13的另一端与电阻R12的一端、定时器NI的D脚连接，电阻R12的另一端与定时器NI的VCC脚、定时器NI的REST脚、电容C13的一端、电阻R11的一端连接，电容C13的另一端连接GND，电阻R11的另一端连接输入端VIN，定时器NI的OUT脚连接输入端IN1，定时器NI的C脚与电容C15的一端、输入端IN3连接，电容C15的另一端连接GND。
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