CN111245403A - 一种脉冲高压发生器 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种脉冲高压发生器，通过设置PWM调节电路和反馈调节电路，根据反馈调节电路输出的反馈电压信号调节PWM调节电路输出PWM波形的占空比，可以实现精确调节PWM波形占空比；通过在PWM调节电路中设置第一比较器、第二比较器、RS触发器和放大器，利用第一比较器和第二比较器跟踪信号，RS触发器决定PWM波形上下沿，放大器放大PWM波形，有利于驱动后级的开关管。由于PWM调节电路采用的比较器与门电路结合的形式，因此，在控制电路中不需要误差综合，它能在一个周期内自动消除稳态、瞬态误差，使前一周期的误差不会带到下一周期，具有反应快、开关频率恒定、鲁棒性强等优点。

Description

一种脉冲高压发生器
技术领域
本发明涉及脉冲功率技术领域，尤其涉及一种脉冲高压发生器。
背景技术
脉冲功率技术是指把所存储的高密度能量存储在电容器、电感器等储能元件中，然后经过快速压缩转换在短时间内将该能量有效释放到负载上的电物理技术。脉冲功率技术中最为关键的是高压脉冲电源，其可以控制脉冲发射的频率、宽度等参数。高压脉冲电源的主要结构包括：顺次串联的高压直流电源、逆变升压、整流和固体开关，以及控制器，其中控制器控制高压直流电源的输出以及控制逆变升压。高压脉冲电源控制效率与高压直流电源的性能密切相关，高压直流电源将低压转换成连续可调的高压信号，但是在转换过程中，高压直流电源的调节精度与PWM波的占空比相关，高压直流电源无法精确调节PWM波占空比，因此，为解决上述问题，本发明提供一种脉冲高压发生器，可以根据高压脉冲电源的输出电压精确调节PWM波的占空比。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了发明提供一种脉冲高压发生器，可以根据高压脉冲电源的输出电压精确调节PWM波的占空比。
本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种脉冲高压发生器，其包括高压直流电源，高压直流电源包括PWM调节电路、开关电路、倍压电路和反馈调节电路；
PWM调节电路产生PWM波形，该PWM波形输出至开关电路并驱动开关电路关断或闭合，在开关电路关断或闭合期间，倍压电路充放电将开关电路输出的电压抬升，反馈调节电路采集倍压电路输出的电压信号，并将电压信号反馈给PWM调节电路，PWM调节电路根据反馈的电压信号调节PWM波形的占空比。
在以上技术方案的基础上，优选的，PWM调节电路包括第一比较器、第二比较器、RS触发器和放大器；
第一比较器的反相输入端与反馈调节电路的输出端电性连接，其同相输入端接地，其输出端与RS触发器的RD输入端电性连接；
第二比较器的反相输入端和其同相输入端均接地，且反相输入端和其同相输入端电位具有电位差，第二比较器的输出端与RS触发器的SD输入端电性连接；
RS触发器的QN输出端与放大器的输入端电性连接，放大器的输出端与反馈调节电路的输入端电性连接。
进一步优选的，第一比较器包括：电阻R23、电阻R24、电阻R26、电容C16、电容C9和运放LM2904P；
运放LM2904P的引脚2分别与电阻R23的一端、电容C16的一端、电阻R24的一端和反馈调节电路的输出端电性连接，电阻R23的另一端与电源电性连接，电容C16的另一端接地，运放LM2904P的引脚3分别与电阻R26的一端、电容C9的一端电性连接，电阻R26的另一端与电源电性连接，电容C9的另一端接地，运放LM2904P的引脚1与RS触发器的RD输入端电性连接。
进一步优选的，第二比较器包括：电阻R25和运放LM2904P；
运放LM2904P的引脚6分别与电阻R26的一端、电容C9的一端电性连接，电阻R26的另一端与电源电性连接，电容C9的另一端接地，运放LM2904P的引脚5分别与电阻R24的另一端和电阻R25的一端电性连接，电阻R25的另一端接地。
进一步优选的，放大器包括：顺次串联的第一非门和第二非门；
RS触发器的QN输出端通过顺次串联的第一非门和第二非门与开关电路的输入端电性连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，倍压电路包括变压器和二阶4倍压电路；
开关电路的输出端与变压器初级线圈的一端电性连接，变压器初级线圈的另一端与电源电性连接，变压器次级线圈的两端分别与二级4倍压电路的两个输入端电性连接，二级4倍压电路的输出端与反馈调节电路的输入端电性连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，脉冲高压发生器还包括：顺次电性连接的逆变升压电路、整流电路和固体开关，以及控制器；
控制器的I/O口分别与逆变升压电路的控制端与固体开关的控制端电性连接。
本发明的一种脉冲高压发生器相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)通过设置PWM调节电路和反馈调节电路，根据反馈调节电路输出的反馈电压信号调节PWM调节电路输出PWM波形的占空比，可以实现精确调节PWM波形占空比；
(2)通过在PWM调节电路中设置第一比较器、第二比较器、RS触发器和放大器，利用第一比较器和第二比较器跟踪信号，RS触发器决定PWM波形上下沿，放大器放大PWM波形，有利于驱动后级的开关管。由于PWM调节电路采用的比较器与门电路结合的形式，因此，在控制电路中不需要误差综合，它能在一个周期内自动消除稳态、瞬态误差，使前一周期的误差不会带到下一周期，具有反应快、开关频率恒定、鲁棒性强等优点。
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为本发明一种脉冲高压发生器的结构图；
图2为本发明一种脉冲高压发生器中高压直流电源的结构图；
图3为本发明一种脉冲高压发生器中PWM调节电路的电路图；
图4为本发明一种脉冲高压发生器中开关电路、倍压电路的电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，本发明的一种脉冲高压发生器，其包括顺次电性连接的高压直流电源、逆变升压电路、整流电路和固体开关，以及控制器；其中，控制器的I/O口分别与逆变升压电路的控制端与固体开关的控制端电性连接。高压直流电源将三相工频交流经整流和斩波调压后产生连续可调的高压直流，高压直流经过逆变升压电路升压后得到高频高电压，高频高电压经过整流电路整流到达固体开关，固体开关根据控制器输出的控制信号将整流后的高频高压变换成占空比和频率可调的高压脉冲。
进一步优选的，如图1所示，高压直流电源包括PWM调节电路、开关电路、倍压电路和反馈调节电路；其中，PWM调节电路产生PWM波形，该PWM波形输出至开关电路并驱动开关电路关断或闭合，在开关电路关断或闭合期间，倍压电路充放电将开关电路输出的电压抬升，反馈调节电路采集倍压电路输出的电压信号，并将电压信号反馈给PWM调节电路，PWM调节电路根据反馈的电压信号调节PWM波形的占空比。
进一步优选的，如图2所示，PWM调节电路包括第一比较器、第二比较器、RS触发器和放大器；具体的，第一比较器的反相输入端与反馈调节电路的输出端电性连接，其同相输入端接地，其输出端与RS触发器的RD输入端电性连接；第二比较器的反相输入端和其同相输入端均接地，且反相输入端和其同相输入端电位具有电位差，第二比较器的输出端与RS触发器的SD输入端电性连接；RS触发器的QN输出端与放大器的输入端电性连接，放大器的输出端与反馈调节电路的输入端电性连接。
其中，第一比较器的同相输入端和第二比较器的反相输入端电压恒定。反馈调节电路反馈的电压信号作用在第一比较器的反相输入端，第一比较器的反相输入端有附加电压，第一比较器的反相输入端电压大于第一比较器的同相输入端电压，第一比较器输出低电平；反之输出高电平。第二比较器的反相输入端电压小于第二比较器的同相输入端电压，第二比较器输出高电平，反之，输出低电平，通过上述过程，可以产生PWM波形。PWM波形的占空比与反馈调节电路反馈的电压信号与第一比较器的同相输入端电压之间的误差变化量相关。
第一比较器输出的低电平到达RS触发器的RD输入端，第二比较器的高电平到达RS触发器的SD输入端，即R＝1，S＝0，RS触发器的输出端输出0，代表低电平，该低电平经过放大器放大后，输出至开关电路中的开关管的基极，进而驱动开关管导通。相反，当RS触发器的输出端输出高电平时，该高电平经放大器放大后输出至开关电路中的开关管的基极，进而关断开关管。
开关电路实际为一个MOS管，用于关断和闭合线路。其关断和闭合状态由PWM调节电路输出PWM波形决定。
进一步优选的，倍压电路包括变压器和二阶4倍压电路；开关电路的输出端与变压器初级线圈的一端电性连接，变压器初级线圈的另一端与电源电性连接，变压器次级线圈的两端分别与二级4倍压电路的两个输入端电性连接，二级4倍压电路的输出端与反馈调节电路的输入端电性连接。
反馈调节电路采集倍压电路输出电压并将采集电压反馈给PWM调节电路，该部分可以通过现有技术实现，因此，在此不再累述。
由于本实施例并不涉及逆变升压电路、整流电路和固体开关的改进，因此，本实施例不再累述。
本实施例的有益效果为：通过设置PWM调节电路和反馈调节电路，根据反馈调节电路输出的反馈电压信号调节PWM调节电路输出PWM波形的占空比，可以实现精确调节PWM波形占空比；
通过在PWM调节电路中设置第一比较器、第二比较器、RS触发器和放大器，利用第一比较器和第二比较器跟踪信号，RS触发器决定PWM波形上下沿，放大器放大PWM波形，有利于驱动后级的开关管。由于PWM调节电路采用的比较器与门电路结合的形式，因此，在控制电路中不需要误差综合，它能在一个周期内自动消除稳态、瞬态误差，使前一周期的误差不会带到下一周期，具有反应快、开关频率恒定、鲁棒性强等优点。
实施例2
在实施例1的基础上，本实施例提供高压直流电源实现的具体实施方式。
具体如下：
如图3所示，第一比较器包括：电阻R23、电阻R24、电阻R26、电容C16、电容C9和运放LM2904P；运放LM2904P的引脚2分别与电阻R23的一端、电容C16的一端、电阻R24的一端和反馈调节电路的输出端电性连接，电阻R23的另一端与电源电性连接，电容C16的另一端接地，运放LM2904P的引脚3分别与电阻R26的一端、电容C9的一端电性连接，电阻R26的另一端与电源电性连接，电容C9的另一端接地，运放LM2904P的引脚1与RS触发器的RD输入端电性连接。
如图3所示，第二比较器包括：电阻R25和运放LM2904P；运放LM2904P的引脚6分别与电阻R26的一端、电容C9的一端电性连接，电阻R26的另一端与电源电性连接，电容C9的另一端接地，运放LM2904P的引脚5分别与电阻R24的另一端和电阻R25的一端电性连接，电阻R25的另一端接地。
如图3所示，放大器包括：顺次串联的第一非门和第二非门；RS触发器的QN输出端通过顺次串联的第一非门和第二非门与开关电路的输入端电性连接。
其中，倍压电路的电路图如图4所示，在开关管导通期间，变压器初级线圈电流上升，次级线圈同名端感应出和初级同相位的电压，使得D3、D5导通，电容C11、C13充电储存能量，同时D4、D6截止，电容C12、C14串联，在上一周期充电电压的基础上向逆变升压电路供电。在开关管关断期间，变压器次级感应电压反向，D3、D6截止，变压器次级感应电压与电容C11、C13上的电压叠加，分别给电容C12、C14充电，C14同时向逆变升压电路供电。即在开关管导通期间储存能量，在开关管关断期间释放能量。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种脉冲高压发生器，其包括高压直流电源，其特征在于：所述高压直流电源包括PWM调节电路、开关电路、倍压电路和反馈调节电路；
所述PWM调节电路产生PWM波形，该PWM波形输出至开关电路并驱动开关电路关断或闭合，在开关电路关断或闭合期间，倍压电路充放电将开关电路输出的电压抬升，反馈调节电路采集倍压电路输出的电压信号，并将电压信号反馈给PWM调节电路，PWM调节电路根据反馈的电压信号调节PWM波形的占空比。
2.如权利要求1所述的一种脉冲高压发生器，其特征在于：所述PWM调节电路包括第一比较器、第二比较器、RS触发器和放大器；
所述第一比较器的反相输入端与反馈调节电路的输出端电性连接，其同相输入端接地，其输出端与RS触发器的RD输入端电性连接；
所述第二比较器的反相输入端和其同相输入端均接地，且反相输入端和其同相输入端电位具有电位差，第二比较器的输出端与RS触发器的SD输入端电性连接；
所述RS触发器的QN输出端与放大器的输入端电性连接，放大器的输出端与反馈调节电路的输入端电性连接。
3.如权利要求2所述的一种脉冲高压发生器，其特征在于：所述第一比较器包括：电阻R23、电阻R24、电阻R26、电容C16、电容C9和运放LM2904P；
所述运放LM2904P的引脚2分别与电阻R23的一端、电容C16的一端、电阻R24的一端和反馈调节电路的输出端电性连接，电阻R23的另一端与电源电性连接，电容C16的另一端接地，运放LM2904P的引脚3分别与电阻R26的一端、电容C9的一端电性连接，电阻R26的另一端与电源电性连接，电容C9的另一端接地，运放LM2904P的引脚1与RS触发器的RD输入端电性连接。
4.如权利要求3所述的一种脉冲高压发生器，其特征在于：所述第二比较器包括：电阻R25和运放LM2904P；
所述运放LM2904P的引脚6分别与电阻R26的一端、电容C9的一端电性连接，电阻R26的另一端与电源电性连接，电容C9的另一端接地，运放LM2904P的引脚5分别与电阻R24的另一端和电阻R25的一端电性连接，电阻R25的另一端接地。
5.如权利要求2所述的一种脉冲高压发生器，其特征在于：所述放大器包括：顺次串联的第一非门和第二非门；
所述RS触发器的QN输出端通过顺次串联的第一非门和第二非门与开关电路的输入端电性连接。
6.如权利要求1所述的一种脉冲高压发生器，其特征在于：所述倍压电路包括变压器和二阶4倍压电路；
所述开关电路的输出端与变压器初级线圈的一端电性连接，变压器初级线圈的另一端与电源电性连接，变压器次级线圈的两端分别与二级4倍压电路的两个输入端电性连接，二级4倍压电路的输出端与反馈调节电路的输入端电性连接。
7.如权利要求1所述的一种脉冲高压发生器，其特征在于：所述脉冲高压发生器还包括：顺次电性连接的逆变升压电路、整流电路和固体开关，以及控制器；
所述控制器的I/O口分别与逆变升压电路的控制端与固体开关的控制端电性连接。
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Address after: Room 01, 2 / F, building A14, phase 1.1, Wuhan National Geospatial Information Industrialization Base (New Area), no.6, Beidou Road, Donghu New Technology Development Zone, Wuhan City, Hubei Province, 430000

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Address before: No.01-6, 1st floor, building 6, international enterprise center, special 1, Guanggu Avenue, Donghu New Technology Development Zone, Wuhan City, Hubei Province, 430000

Applicant before: HUBEI MEIHE YISI EDUCATION TECHNOLOGY Co.,Ltd.

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GR01 Patent grant
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