CN113556093A - 一种高压放大器及多路可调高压输出电源电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高压放大器及多路可调高压输出电源电路，包括高压均分单元、NPN晶体管串联放大单元、PNP晶体管串联放大单元及光耦合器，高压均分单元分别与PNP晶体管串联放大单元和NPN晶体管串联放大单元连接；PNP晶体管串联放大单元的高压端输入高压基准电源，PNP晶体管串联放大单元的输入端与光耦合器连接，PNP晶体管串联放大单元的输出端与高压放大器的输出端连接，NPN晶体管串联放大单元的输出端与光耦合器连接，光耦合器与高压放大器的输出端连接或者NPN晶体管串联放大单元的输出端用于作为高压放大器的输出端输出电压。本发明提供一种能够避免使用多个升压变压器、输出电压更高、电压调节范围更大的高压放大器及多路可调高压输出电源电路。

Description

一种高压放大器及多路可调高压输出电源电路

技术领域

本发明涉及电源电路领域，特别是涉及一种高压放大器及多路可调高压输出电源电路。

背景技术

激光打印机等电子产品中通常需要多路上千伏至数千伏的可调直流或交流高压电源，这些高压电源通常是通过电子振荡器、升压变压器、倍压整流器等电路环节获得。由于半导体器件的耐压限制，电压的调节和控制一般是通过对变压器原边的低压振荡电路的振幅进行控制，然后通过变压器升压获得所需交流高压，再通过对高频交流高压进行整流或倍压整流获得所需直流高压。当电路中需要多路独立可调的高压电源时，则需要多个升压变压器和功率晶体管振荡器的组合来实现，导致高压电源电路的结构尺寸较大、成本较高，而且多个振荡升压电路之间的相互干扰也比较大。

当可调直流高压较低，例如低于1500V时，可以采用多晶体管自均压串联电路组成高压线性调节器，对来自直流高压基准电源的恒定直流高压进行调节，获得可调高压输出；采用一个共用的直流高压基准电源配合多个高压线性调节器，可获得多路独立可调的高压输出。相对于由多个变压器和晶体管振荡器构成的多路可调高压电路，这种由共用的直流高压基准电源配合多个高压线性调节器构成的多路可调高压电路，具有尺寸较小、成本较低的优点。但是公知的晶体管自均压串联电路由于不能实现饱和导通和完全截止，会导致较大的电压损失，电压调节范围也受到限制，需要通过提高直流高压基准电源的电压值等措施来弥补，这又提高了对晶体管的耐压要求，降低了电路的工作效率。而对于电压较高的可调高压需求，这种高压线性调节器由于输出电压总是低于高压基准电源电压，则需要更高的高压基准电源电压，需要更多的晶体管串联以满足耐压需求，导致电路元件过多、电路过于复杂、可靠性下降、成本升高等问题。通常当需求的最高输出电压高于2000V时，这种高压线性调节器已不再适用。

当电路需要交流高压时，所需交流高压的频率一般为1kHz～2kHz，相对较低，所需升压变压器的绕组匝数较多、磁芯截面较大，变压器尺寸大，成本高；如果需要多路交流高压，则需要多个升压变压器，结构尺寸更大。上述高压线性调节器由于电压损失太大，效率太低，通常不适用于交流高压调节；当各路交流高压的频率要求不同时，共用交流高压基准电源的方案也无法适用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种能够避免使用多个升压变压器、输出电压更高、电压调节范围更大、电压无衰减、工作效率高、且能同时适用于直流高压和交流高压的高压放大器及多路可调高压输出电源电路。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种高压放大器，包括：高压均分单元、NPN晶体管串联放大单元、PNP 晶体管串联放大单元及光耦合器，

所述高压均分单元的输入端输入高压基准电源，所述高压均分单元的输出端分别与所述PNP晶体管串联放大单元的均分电压参考端和所述NPN晶体管串联放大单元的均分电压参考端连接；

所述PNP晶体管串联放大单元的高压端输入高压基准电源，所述PNP晶体管串联放大单元的输入端与所述光耦合器的第一输出端连接，所述光耦合器的第二输出端与直流高压基准电源连接，所述PNP晶体管串联放大单元的输出端用于作为高压放大器的输出端输出电压；

所述NPN晶体管串联放大单元的输入端用于作为高压放大器的输入端输入控制信号，所述NPN晶体管串联放大单元的输出端与所述光耦合器的驱动发光管的一端连接，所述光耦合器的驱动发光管的另一端用于与所述高压放大器的输出端连接，所述NPN晶体管串联放大单元的接地端与零电位参考点连接。

优选的，所述NPN晶体管串联放大单元包括n个串联连接的第一NPN晶体管，所述第一NPN晶体管的发射极与其相邻的第一NPN晶体管的集电极串联连接，并且第1个第一NPN晶体管的集电极用于作为所述NPN晶体管串联放大单元的输出端与光耦合器的驱动发光管的一端连接，所述光耦合器的驱动发光管的另一端用于与所述高压放大器的输出端连接，第n个第一NPN晶体管的发射极经所述第三电阻后作为所述NPN晶体管串联放大单元的接地端与零电位参考点连接。

本发明还提供一种高压放大器，包括：高压均分单元、NPN晶体管串联放大单元、PNP晶体管串联放大单元及光耦合器，

所述高压均分单元的输入端输入高压基准电源，所述高压均分单元的输出端分别与所述PNP晶体管串联放大单元的均分电压参考端和所述NPN晶体管串联放大单元的均分电压参考端连接；

所述PNP晶体管串联放大单元的高压端输入高压基准电源，所述PNP晶体管串联放大单元的输入端与所述光耦合器的第一输出端连接，所述光耦合器的第二输出端与直流高压基准电源连接，所述PNP晶体管串联放大单元的输出端用于作为高压放大器的输出端输出电压；

所述NPN晶体管串联放大单元的输入端用于作为高压放大器的输入端输入控制信号，所述NPN晶体管串联放大单元的输出端与高压放大器的输出端连接，所述NPN晶体管串联放大单元的接地端与所述光耦合器的驱动发光管的一端连接，所述光耦合器的驱动发光管的另一端与零电位参考点连接。

优选的，所述NPN晶体管串联放大单元包括n个串联连接的第一NPN晶体管，所述第一NPN晶体管的发射极与其相邻的第一NPN晶体管的集电极串联连接，并且第1个第一NPN晶体管的集电极用于作为所述NPN晶体管串联放大单元的输出端与所述高压放大器的输出端连接，第n个第一NPN晶体管的发射极串联一第三电阻后与所述光耦合器驱动发光管的一端连接，所述光耦合器的驱动发光管的另一端连接零电位参考点。

优选的，n个所述第一NPN晶体管的基极分别串联连接一第四电阻，并且第1个至第n-1个第一NPN晶体管的基极上串联连接的所述第四电阻的另一端分别与所述高压均分单元的对应均分电压输出端连接，第n个第一NPN晶体管的基极上串联连接的所述第四电阻的另一端用于作为高压放大器的输入端输入控制信号。

优选的，所述PNP晶体管串联放大单元包括n个串联连接的第一PNP晶体管，所述第一PNP晶体管的集电极与其相邻的第一PNP晶体管的发射极串联连接，并且第1个第一PNP晶体管的发射极经第一电阻与高压基准电源连接，第 n个第一PNP晶体管的集电极用于作为高压放大器的输出端输出电压。

优选的，n个所述第一PNP晶体管的基极分别串联连接一第二电阻，并且第1个第一PNP晶体管的基极上的所述第二电阻的另一端接零电位参考点，第 2～n个第一PNP晶体管的基极上串联连接的所述第二电阻的另一端分别与所述高压均分单元的对应均分电压输出端连接。

优选的，所述高压均分单元包括n+2个第五电阻、n-1个第二PNP晶体管及 n-1个第二NPN晶体管，n个所述第五电阻顺序串联连接，所述n个第五电阻串联连接的一端与高压基准电源连接，另一端与零电位参考点连接，n个串联连接的所述第五电阻之间组成n-1个串联连接节点，n-1个所述串联连接节点分别对应与n-1个所述第二PNP晶体管的基极连接，并且n-1个所述串联连接节点分别对应与n-1个所述第二NPN晶体管的基极连接；

在n-1个第二PNP晶体管中，第1个第二PNP晶体管的发射极经一第五电阻后与高压基准电源连接，第n-1个第二PNP晶体管的集电极与零电位参考点连接，在n-1个第二NPN晶体管中，其中第1个第二NPN晶体管的集电极与高压基准电源连接，第n-1个第二NPN晶体管的发射极串联一第五电阻后与零电位参考点连接，并且连接同一串联连接节点的第二PNP晶体管的发射极和第二 NPN晶体管的发射极连接后作为高压均分单元的输出端输出均分电压。

本发明还提供一种多路可调高压输出电源电路，包括：基准电压输入模块及多个高压输出模块，所述基准电压输入模块输出的高压基准电源分别与各所述高压输出模块电连接；

在每一所述高压输出模块中，所述高压输出模块包括如上所述的高压放大器，所述高压输出模块还包括交流发生单元及高压输出单元，各所述高压输出模块中的高压放大器均与公共的所述基准电压输入模块电连接，并与各自的交流发生单元以及高压输出单元电连接，所述各高压放大器将与其连接的交流发生单元输出的交流信号电压放大后输出至与其连接的所述高压输出单元中，所述高压输出单元输出交流高压或直流高压。

优选的，其中的多个所述高压放大器可以共用一个公共的所述高压均分单元。

所述基准电压输入模块、交流发生单元和高压输出单元均采用公知技术构成。

本发明相比于现有技术的优点及有益效果如下：

1、本发明公开的高压放大器中，通过设置高压均分单元、NPN晶体管串联放大单元和PNP晶体管串联放大单元，由高压均分单元为NPN晶体管串联放大单元和PNP晶体管串联放大单元提供固定的均分电压参考电平，保证各串联连接NPN晶体管和PNP晶体管均在其均分的电压范围内工作，通过串联叠加获得 n倍于均分电压的工作电压范围，而且各晶体管均能够饱和导通和完全截止，使得输出电压可以在0至基准高压电源电压之间变化，几乎没有电压损失，克服了公知的晶体管自均压串联工作方式中晶体管不能饱和导通，且串联支路电流不能完全截止，导致电压损失大、效率低的缺点；

2、NPN晶体管串联放大单元和PNP晶体管串联放大单元通过光耦合器互补关联，以互补推挽方式工作，负载能力强，效率高；

3、本发明公开的高压放大器具有数百倍至上千倍的电压放大倍数，输入端数伏特的电压变化，可在输出端获得数千伏特的电压变化，通过控制输入端低电压信号的幅值即可在输出端获得所需可调高压，可避免使用升压变压器；

4、本发明公开的高压放大器既可放大直流电压，也可放大交流电压，既适用于输出可调直流高压，也适用于输出可调交流高压；

5、本发明公开的多路可调高压输出电源电路，通过设置交流发生单元、高压放大器和高压输出单元，通过控制交流发生单元输出的交流信号幅度，即可获得可调的交流高压输出，通过在高压输出单元中设置倍压整流电路，则可获得数倍于高压基准电源电压的直流高压输出，克服了公知的高压线性调节电路输出电压总是低于输入高压基准电源电压的缺点；

6、本发明公开的多路可调高压输出电源电路，由一个公共的高压基准电源供电，可获得多路独立可调的直流或交流高压输出，避免了公知技术必需使用多个升压变压器的缺点。

附图说明

图1为本发明一实施方式的高压放大器的原理框图；

图2为本发明另一实施方式的高压放大器的原理框图；

图3为图1所示的高压放大器的电路图；

图4为图2所示另一实施例的高压放大器的电路图；

图5为本发明一实施方式的高压均分单元的电路图；

图6为本发明一实施方式的多路可调高压输出电源电路的原理框图；

图7为图6所示多路可调高压输出电源电路一实施方式的高压放大器和高压输出单元的电路图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使本发明的公开内容可以被理解得更加透彻全面。

请参阅图1和图2，一种高压放大器，包括：高压均分单元100、NPN晶体管串联放大单元200、PNP晶体管串联放大单元300及光耦合器400，所述高压均分单元100用于将高压基准电源平均分配，分别输出至NPN晶体管串联放大单元200和PNP晶体管串联放大单元300中；所述NPN晶体管串联放大单元 200和PNP晶体管串联放大单元300用于对输入控制电压或信号电压进行放大后输出；所述光耦合器400用于获取NPN晶体管串联放大单元200的输出电流，反馈至PNP晶体管串联放大单元300中。

请参阅图1和图2，所述高压均分单元100的输入端输入高压基准电源，所述高压均分单元100的输出端分别与所述PNP晶体管串联放大单元300的均分电压参考端和所述NPN晶体管串联放大单元200的均分电压参考端连接。在本实施例中，高压基准电源为直流高压基准电源。

进一步地，所述高压放大器具有输入端和输出端，高压放大器的输入端用于连接输入控制电压或信号电压，而高压放大器的输出端则用于输出放大后的高压。

所述PNP晶体管串联放大单元300的高压端输入高压基准电源，所述PNP 晶体管串联放大单元300的输入端与所述光耦合器400的第一输出端连接，所述光耦合器400的第二输出端与直流高压基准电源连接，所述PNP晶体管串联放大单元的输出端300用于作为高压放大器的输出端输出电压。

请参阅图1，一实施例中，所述NPN晶体管串联放大单元200的输入端用于作为高压放大器的输入端输入控制信号，所述NPN晶体管串联放大单元200 的输出端与所述光耦合器400的驱动发光管连接，所述光耦合器400的驱动发光管的另一端用于与所述高压放大器的输出端，所述NPN晶体管串联放大单元的接地端与零电位参考点连接。

在另一实施例中，请参阅图2，所述NPN晶体管串联放大单元200的输入端用于作为高压放大器的输入端输入控制信号，所述NPN晶体管串联放大单元 200的输出端与高压放大器的输出端连接，所述NPN晶体管串联放大单元200 的接地端与所述光耦合器400的驱动发光管的一端连接，所述光耦合器400的驱动发光管的另一端连接零电位参考点。

请参阅图1和图2，NPN晶体管串联放大单元200和光耦合器400之间的连接有两种连接方式，第一种是NPN晶体管串联放大单元200的输出端串联光耦合器的驱动发光管后连接所述高压放大器的输出端，NPN晶体管串联放大单元200的接地端接零电位参考点；第二种是NPN晶体管串联放大单元200的输出端接所述高压放大器的输出端，NPN晶体管串联放大单元200的接地端串联光耦合器400的驱动发光管后接零电位参考点；这两种连接方式均可获取NPN 晶体管串联放大单元200的输出电流。NPN晶体管串联放大单元200的均分电压参考端接高压均分单元100的对应输出端。

请参阅图3，所述NPN晶体管串联放大单元200包括n个串联连接的第一NPN晶体管，所述第一NPN晶体管的发射极与其相邻的第一NPN晶体管的集电极串联连接，并且第1个第一NPN晶体管的集电极与所述光耦合器400的输入端连接，第n个第一NPN晶体管的发射极串联一第三电阻后与零电位参考点连接，光耦合器400的另一输入端用于与所述高压放大器的输出端连接。在本文中的n≥1且n为整数，下列中的n不再赘述。需要说明的是，所述第三电阻为图3和图4中的电阻R3。

或者，请参阅图4，所述NPN晶体管串联放大单元200包括n个串联连接的第一NPN晶体管，所述第一NPN晶体管的发射极与其相邻的第一NPN晶体管的集电极串联连接，并且第1个第一NPN晶体管的集电极用于作为高压放大器的输出端输出电压，第n个第一NPN晶体管的发射极经所述第三电阻后与所述光耦合器400的一输入端连接，所述光耦合器400的另一输入端与零电位参考点连接。

n个所述第一NPN晶体管的基极分别串联连接一第四电阻，并且第1个至第n-1个第一NPN晶体管的基极上串联连接的所述第四电阻的另一端分别与所述高压均分单元的对应均分电压输出端连接，第n个第一NPN晶体管的基极上串联连接的所述第四电阻的另一端用于作为高压放大器的输入端输入控制信号。需要说明的是，所述第四电阻为图3和图4中的电阻R4-1、电阻R4-2、电阻R4-3、…电阻R4-n。

请参阅图3和图4，所述PNP晶体管串联放大单元300包括n个串联连接的第一PNP晶体管，所述第一PNP晶体管的集电极与其相邻的第一PNP晶体管的发射极串联连接，并且第1个第一PNP晶体管的发射极经第一电阻与高压基准电源连接，第n个第一PNP晶体管的集电极用于作为高压放大器的输出端输出电压。需要说明的是，所述第一电阻为图3和图4中的电阻R1。

进一步地，n个所述第一PNP晶体管的基极分别串联连接一第二电阻，并且第1个第一PNP晶体管的基极上的所述第二电阻的另一端接零电位参考点，第2～n个第一PNP晶体管的基极上串联连接的所述第二电阻的另一端分别与所述高压均分单元的对应均分电压输出端连接。需要说明的是，所述第二电阻为图3和图4中的电阻R2-1、电阻R2-2、电阻R2-3、…电阻R2-n。

工作时，电路中有n个第一NPN晶体管和n个第一PNP晶体管相互串联，跨接在高压基准电源(HVdc)和零电位参考点之间；除位于最高端的第一PNP 晶体管(即第1个第一PNP晶体管)和位于最低端的第一NPN晶体管(即第n 个第一NPN晶体管)外，其余的各晶体管的基极均串联电阻后分别与相应的均分电压参考端V1，V2……Vn-1连接，由于晶体管发射极电压对基极电压的跟随关系，各晶体管承受的最高电压为HVdc的1/n，因而电路可以在晶体管耐压的n倍电压下工作。例如采用耐压400V的晶体管，假定允许每个晶体管的最高工作电压为300V，则当n＝5时，电路可以在HVdc＝1500V的高压下工作。

请参阅图3和图4，电路中的第1个第一PNP晶体管和第n个第一NPN晶体管以共发射极方式工作，具有很高的电流放大倍数，而其它晶体管均以共基极方式工作，电流放大倍数约等于1，因此相互串联的n个第一NPN晶体管的集电极电流均与第n个第一NPN晶体管相同，相互串联的n个第一PNP晶体管的集电极电流均与第1个第一PNP晶体管相同。

当所述高压放大器的输入端电压低于第n个第一NPN晶体管的发射结死区电压时，第n个第一NPN晶体管的集电极电流约等于0，各第一NPN晶体管集电极电流均约等于0，光耦合器的发光管输入端电流约等于0，光耦合器的输出端光敏管电流也约等于0，第1个第一PNP晶体管的基极通过接地电阻获得电流，使该晶体管饱和导通，其它各第一PNP晶体管也随之饱和导通，高压放大器的输出端电压约等于高压基准电源电压HVdc；当所述高压放大器的输入端电压升高时，第n个第一NPN晶体管的集电极电流增大，其它各第一NPN晶体管的集电极电流也随之增大，光耦合器的发光管输入端电流随之增大，光耦合器的输出端光敏管电流也随之增大，使第1个第一PNP晶体管的基极电流减小，各第一PNP晶体管集电极电流也随之减小，高压放大器的输出端电压降低；当高压放大器的输入端电压继续升高时，高压放大器的输出端电压也会继续下降，直至各第一NPN晶体管均饱和导通，各第一PNP晶体管集电极电流减小至约等于0，高压放大器的输出端电压降低至约等于0电位。因此，高压放大器构成一个高压反相放大器，其中第一NPN晶体管组和第一PNP晶体管组以互补推挽方式工作，输出端电压可在0至HVdc之间变化，电压放大倍数可高至数百倍至上千倍。同时电路以互补推挽方式工作，可以获得较高的工作效率。

请参阅图5，所述高压均分单元100包括n+2个第五电阻、n-1个第二PNP 晶体管及n-1个第二NPN晶体管，其中n个所述第五电阻顺序串联连接，所述 n个第五电阻串联连接的一端与高压基准电源连接，另一端与零电位参考点连接，n个串联连接的所述第五电阻之间组成n-1个串联连接节点，n-1个所述串联连接节点分别对应与n-1个所述第二PNP晶体管的基极连接，并且n-1个所述串联连接节点分别对应与n-1个所述第二NPN晶体管的基极连接。需要说明的是，n个第五电阻用于将对输入的高压电源进行平均分配；第二PNP晶体管和第二NPN晶体管共同构成单边导通型电压输出，即当第二PNP晶体管导通时，则第二NPN晶体管不导通，实现第二NPN晶体管和第二PNP晶体管以互补跟随器方式工作。在本实施例中，所述n个第五电阻为图5中的电阻R5-1、电阻 R5-2、电阻R5-3、…电阻R5-n。

在n-1个第二PNP晶体管中，其中第1个第二PNP晶体管的发射极经一第五电阻(即图5中的电阻R5-n+1)后与高压基准电源连接，第n-1个第二PNP 晶体管的集电极与零电位参考点连接，在n-1个第二NPN晶体管中，其中第1 个第二NPN晶体管的集电极与高压基准电源连接，第n-1个第二NPN晶体管的发射极串联一第五电阻(即图5中的电阻R5-n+2)后与零电位参考点连接，并且连接同一串联连接节点的第二PNP晶体管的发射极和第二NPN晶体管的发射极连接后作为高压均分单元的输出端输出均分电压。需要说明的是，当高压均分单元输出的均分电压大于第二PNP晶体管的基极输入的电压，则第二PNP晶体管导通，另一边的第二NPN晶体管截止，从而由第二PNP晶体输出均分电压。当高压均分单元输出的均分电压小于第二NPN晶体管的基极输入的电压，则第二NPN晶体管导通，另一边的第二PNP晶体管截止，从而由第二NPN晶体管输出均分电压。

如此，该电路由n个等值电阻串联跨接在高压基准电源HVdc与零电位参考点之间，将高压基准电源HVdc等分为n份，并获得n-1个中间均分电压节点；由n-1个第二NPN晶体管和n-1个第二PNP晶体管以及另外两个电阻构成相互串联的n-1个互补跟随器，对该n-1个均分电压节点进行互补跟随，获得n-1个节点均分电压输出V1，V2……Vn-1，由于晶体管的放大作用，各节点电压输出端的等效分压阻抗是实际分压电阻的1/hfe(hfe是晶体管的电流放大倍数，可达数百倍)，在保证V1，V2……Vn-1等节点电压输出端具有足够负载能力的前提下，n个分压电阻可采用较大阻值，显著降低分压电阻导致的电能损耗，因而该电路具有负载能力强、损耗低的突出优点。

请参阅图6，本发明还提供一种多路可调高压输出电源电路，包括：基准电压输入模块10及多个高压输出模块20，所述基准电压输入模块10输出的高压基准电源分别与各所述高压输出模块20电连接。需要说明的是，所述基准电压输入模块10用于输出恒定的直流高压基准电源；所述高压输出模块20用于输出调节后的高压直流电源或高压交流电源。

在每一所述高压输出模块20中，所述高压输出模块20包括交流发生单元 21、高压放大器22及高压输出单元23，所述高压放大器与所述基准电压输入模块电连接，并且所述高压放大器将交流发生单元输出的交流信号电压放大后输出至所述高压输出单元中，所述高压输出单元输出交流高压或直流高压。需要说明的是，交流发生单元21用于产生交流控制信号；高压放大器22用于将交流信号电压放大，并将放大后的高电压送入高压输出单元23；高压输出单元23 用于输出直流高压或交流高压。

各所述高压输出模块20中的各所述高压放大器22均与一个共用的所述基准电压输入模块10电连接，并且所述各高压放大器22分别与各自的交流发生单元21以及高压输出单元23电连接，所述各高压放大器22将对应连接的交流发生单元21输出的交流信号电压放大后输出至对应连接的所述高压输出单元23 中，所述高压输出单元23输出交流高压或直流高压。需要说明的是，所述各高压放大器22中的高压均分单元100可以共用，即由一个公共的所述高压均分单元100分别为各高压放大器22提供高压均分参考电压，以简化电路；所述基准电压输入模块10、交流发生单元21和高压输出单元23均采用公知技术构成；交流发生单元21用于输入可调节的交流控制信号；高压放大器22用于对交流控制信号进行电压放大，输出交直流叠加的高电压；高压输出单元23用于输出直流高压或交流高压。

在高压输出单元中设置倍压整流电路，则可获得数倍于高压基准电源电压的直流高压输出，使得每路的高压输出可以低于公共的高压基准电源电压，也可以高于公共的高压基准电源电压，解决了公知的线性调节电路输出电压不能高于基准电压的问题，拓展了高压输出电路的输出电压范围；并且每路高压输出既可以是直流输出，也可以是交流输出，或者是交流直流的同时输出。相比于公知技术中的晶体管自均压串联调压电路，可以适用于更高的可调高压输出需求，并可有效地减少串联晶体管的数量，降低电路的成本，提高高压电路的可靠性和高压电路的转换效率。

具体地，请参阅图7，所述高压输出单元包括倍压整流支路，所述倍压整流支路与高压放大器的输出端电连接，并且所述倍压整流支路用于输出直流高压。所述倍压整流支路包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4以及二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4，从而可以使得输出的交流电压经过倍压整流后，获得数倍于高压基准电源电压的直流高压输出。

本发明公开的技术方案的电路中，由于只需使用一个由功率晶体管与升压变压器组成的高压转换器产生公共的高压基准电源，即可产生多路可调高压输出，可大大减少多路输出应用中的高压转换器的数目，从而减少相关元件，如高压变压器、大功率半导体元件等相对昂贵且笨重的部件，进而减小产品的体积和重量，生产效率更高；而且本发明公开的技术方案的电路中，由基准高压电源变换到各路高压输出的电路，仅采用了相对廉价的小功率晶体三极管、电阻、电容、二极管等小功率元件，使得新的电路方案在整体设计中的成本优势非常明显，而且输出路数越多优势越大。

以上所述实施方式仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种高压放大器，其特征在于，包括：高压均分单元、NPN晶体管串联放大单元、PNP晶体管串联放大单元及光耦合器，

所述高压均分单元的输入端输入高压基准电源，所述高压均分单元的输出端分别与所述PNP晶体管串联放大单元的均分电压参考端和所述NPN晶体管串联放大单元的均分电压参考端连接；

所述PNP晶体管串联放大单元的高压端输入高压基准电源，所述PNP晶体管串联放大单元的输入端与所述光耦合器的第一输出端连接，所述光耦合器的第二输出端与直流高压基准电源连接，所述PNP晶体管串联放大单元的输出端用于作为高压放大器的输出端输出电压；

所述NPN晶体管串联放大单元的输入端用于作为高压放大器的输入端输入控制信号，所述NPN晶体管串联放大单元的输出端与所述光耦合器的驱动发光管的一端连接，所述光耦合器的驱动发光管的另一端用于与所述高压放大器的输出端连接，所述NPN晶体管串联放大单元的接地端与零电位参考点连接。

2.根据权利要求1所述的高压放大器，其特征在于，所述NPN晶体管串联放大单元包括n个串联连接的第一NPN晶体管，所述第一NPN晶体管的发射极与其相邻的第一NPN晶体管的集电极串联连接，并且第1个第一NPN晶体管的集电极用于作为所述NPN晶体管串联放大单元的输出端与光耦合器的驱动发光管的一端连接，所述光耦合器的驱动发光管的另一端用于与所述高压放大器的输出端连接，第n个第一NPN晶体管的发射极经所述第三电阻后作为所述NPN晶体管串联放大单元的接地端与零电位参考点连接。

3.一种高压放大器，其特征在于，包括：高压均分单元、NPN晶体管串联放大单元、PNP晶体管串联放大单元及光耦合器，

所述高压均分单元的输入端输入高压基准电源，所述高压均分单元的输出端分别与所述PNP晶体管串联放大单元的均分电压参考端和所述NPN晶体管串联放大单元的均分电压参考端连接；

所述PNP晶体管串联放大单元的高压端输入高压基准电源，所述PNP晶体管串联放大单元的输入端与所述光耦合器的第一输出端连接，所述光耦合器的第二输出端与直流高压基准电源连接，所述PNP晶体管串联放大单元的输出端用于作为高压放大器的输出端输出电压；

所述NPN晶体管串联放大单元的输入端用于作为高压放大器的输入端输入控制信号，所述NPN晶体管串联放大单元的输出端与高压放大器的输出端连接，所述NPN晶体管串联放大单元的接地端与所述光耦合器的驱动发光管的一端连接，所述光耦合器的驱动发光管的另一端与零电位参考点连接。

4.根据权利要求3所述的高压放大器，其特征在于，所述NPN晶体管串联放大单元包括n个串联连接的第一NPN晶体管，所述第一NPN晶体管的发射极与其相邻的第一NPN晶体管的集电极串联连接，并且第1个第一NPN晶体管的集电极用于作为所述NPN晶体管串联放大单元的输出端与所述高压放大器的输出端连接，第n个第一NPN晶体管的发射极串联一第三电阻后与所述光耦合器驱动发光管的一端连接，所述光耦合器的驱动发光管的另一端连接零电位参考点。

5.根据权利要求2或4所述的高压放大器，其特征在于，n个所述第一NPN晶体管的基极分别串联连接一第四电阻，并且第1个至第n-1个第一NPN晶体管的基极上串联连接的所述第四电阻的另一端分别与所述高压均分单元的对应均分电压输出端连接，第n个第一NPN晶体管的基极上串联连接的所述第四电阻的另一端用于作为高压放大器的输入端输入控制信号。

6.根据权利要求1或3所述的高压放大器，其特征在于，所述PNP晶体管串联放大单元包括n个串联连接的第一PNP晶体管，所述第一PNP晶体管的集电极与其相邻的第一PNP晶体管的发射极串联连接，并且第1个第一PNP晶体管的发射极经第一电阻与高压基准电源连接，第n个第一PNP晶体管的集电极用于作为高压放大器的输出端输出电压。

7.根据权利要求6所述的高压放大器，其特征在于，n个所述第一PNP晶体管的基极分别串联连接一第二电阻，并且第1个第一PNP晶体管的基极上的所述第二电阻的另一端接零电位参考点，第2～n个第一PNP晶体管的基极上串联连接的所述第二电阻的另一端分别与所述高压均分单元的对应均分电压输出端连接。

8.根据权利要求1或3所述的高压放大器，其特征在于，所述高压均分单元包括n+2个第五电阻、n-1个第二PNP晶体管及n-1个第二NPN晶体管，n个所述第五电阻顺序串联连接，所述n个第五电阻串联连接的一端与高压基准电源连接，另一端与零电位参考点连接，n个串联连接的所述第五电阻之间组成n-1个串联连接节点，n-1个所述串联连接节点分别对应与n-1个所述第二PNP晶体管的基极连接，并且n-1个所述串联连接节点分别对应与n-1个所述第二NPN晶体管的基极连接；

在n-1个第二PNP晶体管中，第1个第二PNP晶体管的发射极经一第五电阻后与高压基准电源连接，第n-1个第二PNP晶体管的集电极与零电位参考点连接，在n-1个第二NPN晶体管中，其中第1个第二NPN晶体管的集电极与高压基准电源连接，第n-1个第二NPN晶体管的发射极串联一第五电阻后与零电位参考点连接，并且连接同一串联连接节点的第二PNP晶体管的发射极和第二NPN晶体管的发射极连接后作为高压均分单元的输出端输出均分电压。

9.一种多路可调高压输出电源电路，其特征在于，包括：基准电压输入模块及多个高压输出模块，所述基准电压输入模块输出的高压基准电源分别与各所述高压输出模块电连接；

在每一所述高压输出模块中，所述高压输出模块包括如权利要求1～8中任意一项所述的高压放大器，所述高压输出模块还包括交流发生单元及高压输出单元，各所述高压输出模块中的高压放大器均与公共的所述基准电压输入模块电连接，并与各自的交流发生单元以及高压输出单元电连接，所述各高压放大器将与其连接的交流发生单元输出的交流信号电压放大后输出至与其连接的所述高压输出单元中，所述高压输出单元输出交流高压或直流高压。

10.根据权利要求9所述的多路可调高压输出电源电路，其特征在于，其中的多个所述高压放大器可以共用一个公共的所述高压均分单元。

Images