CN204408213U - 脉冲高压电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种脉冲高压电源，它包括整流滤波模块、主电路模块、取样反馈模块和控制驱动模块，主电路模块包括LLC谐振模块、高频变压器T1和高压整流模块，整流滤波模块的输入端与市电相连接、输出端与LLC谐振模块相连接，LLC谐振模块通过高频变压器与高压整流模块相连接；取样反馈模块从高压整流模块的输出端取样，其信号输出端与控制驱动模块的输入端相连接，控制驱动模块的输出端连接LLC谐振模块。本实用新型能够满足磁控管脉冲高压供电要求，且通过调节脉冲宽度可灵活调整输出功率，减小了电源体积及重量、延长了磁控管的使用寿命，避免了高压环境下开关切换的安全隐患。

Description

脉冲高压电源

技术领域

本实用新型涉及脉冲型直流电供电技术领域，具体涉及一种脉冲高压电源。

背景技术

微波加热具有加热均匀、速度快、热效率高、容易实现自动控制等优点。与传统的加热技术相比，微波加热无疑具有极大的吸引力和广阔的工业应用前景。而微波功率设备中的核心部件是驱动微波源的开关电源，它的工作效率和稳定性直接影响着微波设备的整体性能。

传统的磁控管驱动电源有两种方式，一种是线性电源，采用工频变压器、二极管、电容组成的倍压电路产生阳极高压。该结构利用工频变压器升压产生高压，但由于频率较低，所以该类结构体积大、笨重、损耗大，对电网谐波污染严重，而且供电电源的供电功率不可调，功率因数低。由于输出功率的不可调，微波炉只能采取间断性供电的方法给磁控管进行供电，来改变微波炉的平均输出功率，这种频繁开启、关闭的方法会严重的影响磁控管的使用寿命。

除了线性电源的供电方式外，随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地发展创新，由于其具有小型、轻量和高效率的特点，所以磁控管电源中也越来越多地应用了开关电源结构。但是由于连续磁控管正常的工作条件不是直流高压，现有的开关电源绝大多数输出的都为直流电压，因此一般的开关电源拓扑结构会在输出端加上开关，通过开关的开通和关断来控制电压输出。虽然此举虽基本能够满足磁控管的供电要求，但是由于磁控管的工作电压为4K多伏的电压，因此输出端的开关要承受很高的电压应力。这种供电方法不仅增加了元器件，而且在高压下控制开关，存在很大的安全隐患。

鉴于现有的这两种磁控管驱动电源存在上述缺陷，设计一种性能稳定、高效节能的磁控管驱动电源具有极高的科研价值和商业价值。

发明内容

本实用新型旨在解决现有的磁控管电源结构复杂、性能不稳定、存在极大安全隐患的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

设计一种脉冲高压电源，包括整流滤波模块、主电路模块、取样反馈模块以及控制驱动模块，所述主电路模块包括LLC谐振模块、高频变压器T1和高压整流模块，所述整流滤波模块的输入端与市电相连接、输出端与所述LLC谐振模块相连接，所述LLC谐振模块通过所述高频变压器与所述高压整流模块相连接；

所述取样反馈模块从所述高压整流模块的输出端取样，其信号输出端与所述控制驱动模块的输入端相连接，所述控制驱动模块的输出端连接所述LLC谐振模块；

对应的市电通过整流滤波模块，输入到所述主电路模块，再由所述主电路模块向阴极提供高电压，通过所述控制驱动模块使得输出的波形为脉冲型直流电压，实现高压脉冲输出，供给对应的磁控管。

优选的，所述LLC谐振电路包括电阻R2、电阻R3、电力MOSFET Q1、Q2、电感LR1、变压器励磁电感Lm和电容CR4，其中，所述电阻R2、R3分别并联到所述电力MOSFET Q1、Q2的栅极和源极，所述电力MOSFET Q1、Q2相互串联，接到输入电压上，所述电感LR1、电容CR1、和变压器励磁电感Lm共同组成LLC谐振网络连接到所述高频变压器T1的原边输出，所述高频变压器T1的原边输入为所述LLC谐振电路的输出电压。

所述高压整流模块包括二极管DR1、DR2，电容CR2、CR3，其中，所述二极管DR1的阴极与电容CR2相连，所述二极管DR1阳极与二极管DR2的阴极相连，所述二极管DR2阳极接电容CR3，所述电容CR1与CR2串联；

所述主电路模块通过所述高频变压器进行初级升压，再经过所述高压整流模块再次升压后向阴极提供高电压。

优选的，所述控制驱动模块包括低频调制电路和驱动电路，所述低频调制电路包括555定时器、二极管D1、D2、电位器R2、电阻R1、R4、稳压芯片Z4040-5以及电容C1、C2；

其中，所述稳压芯片Z4040-5的2脚与3脚相连，1脚通过电阻R4接入VCC，NE555的8脚接5伏电压，5脚通过所述电容C1与1脚相连接地，6脚与2脚相连之后接到二极管D1的阴极也就是D2的阳极，7脚接D1的阳极及电位器R2的输入端，3脚接入SG3525的10脚，4脚接5伏的电压及Z4040-5的1脚，R1、R2、R3串联之后接到D2的阴极，电容C1、C2串联之后接到二极管D2的阳极。

优选的，所述驱动电路包括控制芯片SG3525、驱动芯片IR2110、电阻R4、R5、R7、R8，以及电容C2、C3、C5、C6、C7，

其中，电源VCC接入所述控制芯片SG3525的15、13引脚，以及所述驱动芯片IR2110的11、13引脚，分别为所述控制芯片SG3525和所述驱动芯片IR2110供电；所述控制芯片SG3525的5引脚与GND间并联电容C2，6引脚与GND并联电阻R4，5引脚和7引脚间串入电阻R5，9引脚和1引脚间直接相连，2引脚接VSE端，而VSE接入16引脚，10引脚接在NE555的输出引脚上，8引脚通过电容C3接GND，2、12引脚接GND；电容C5、C6并联接在VCC和GND之间，所述驱动芯片IR2110的12、13引脚分别接在所述控制芯片SG3525的输出11、14引脚，所述驱动芯片IR2110的13、15引脚共同接到GND上，3、4、16引脚不接，二极管D1串联在VCC和7脚之间，其中阳极接VCC，阴极接7引脚，6引脚和7引脚之间并入电容C7，8引脚串入电阻R7后送给所述MOSFET Q1，6引脚接入Q1的源极，1引脚通过电阻R8输出给所述MOSFETQ2。

本实用新型的有益效果在于：

1.摒弃了传统的微波电源结构，采用开关电源拓扑结构。本实用新型使用高频开关电源代替传统工频变压器升压式电源，可为磁控管负载提供连续可调的供电电压，在提高输出效率的同时，可减小其体积及重量，由于避免了磁控管的频繁启动和停止，可大大延长磁控管的使用寿命。

2.采用谐振网络降低损耗。本实用新型采用谐振网络实现开关的软启动，降低开关损耗，提高了电源的效率。

3.通过调节低频脉冲信号的脉宽，可以方便地调节输出功率，使得微波设备更加智能化。

4.控制驱动模块控制磁控管的非直流输出电压。本实用新型采用的低频控制输出的低频调制电路满足了磁控管对输出波形的特殊要求，保证了磁控管的正常工作。该低频调制电路利用低频脉冲信号控制高频的输出脉冲，使得提供给驱动电路的信号为间歇性的工作脉冲，从而使得输出电压为脉冲型的直流电压。这一结果省去了传统磁控管电源输出回路的高压开关，避免了高压环境下开关切换的安全隐患。

附图说明

图1为本实用新型脉冲高压电源的模块结构示意图。

图2为主电路模块的电路结构示意图。

图3为低频调制电路的结构示意图。

图4为驱动电路的结构示意图。

其中，101为LLC谐振模块；102为高频变压器T1；103为高压整流模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来说明本实用新型的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本实用新型，并不以任何方式限制本实用新型的范围。

实施例1：一种脉冲高压电源，包括整流滤波模块、主电路模块、取样反馈模块以及控制驱动模块，主电路模块包括LLC谐振模块、高频变压器T1和高压整流模块，整流滤波模块的输入端与市电相连接、输出端与LLC谐振模块相连接，LLC谐振模块通过高频变压器与高压整流模块相连接。

取样反馈模块从高压整流模块的输出端取样，其信号输出端与控制驱动模块的输入端相连接，控制驱动模块的输出端连接LLC谐振模块。

市电首先通过一定升压比的整流滤波模块，得到330V的直流电压，然后输入给主电路模块，缓解了主电路模块中高频变压器的升压压力。主电路模块通过LLC谐振模块得到2千多伏的负电压，经过高压整流模块升压后提供给阴极的电压达到4千多伏，控制驱动电路通过控制MOSFET的开通和关断，使得输出波形为脉冲型的直流电压，以实现高压脉冲输出功能，保证磁控管的正常工作。

LLC谐振模块包括电阻R2、电阻R3、电力MOSFET Q1、Q2、电感LR1、变压器励磁电感Lm和电容CR4，其中，电阻R2、R3分别并联到电力MOSFETQ1、Q2的栅极和源极，电力MOSFET Q1、Q2相互串联，接到输入电压上，电感LR1、电容CR1、变压器励磁电感Lm共同组成LLC谐振网络连接到高频变压器T1的原边输出，高频变压器T1的原边输入为LLC谐振模块的输出电压。

高压整流模块包括二极管DR1、DR2，电容CR2、CR3，其中，二极管DR1的阴极与电容CR2相连，二极管DR1阳极与二极管DR2的阴极相连，二极管DR2阳极接电容CR3，电容CR1与CR2串联；

主电路模块通过高频变压器进行初级升压，再经过高压整流模块再次升压后向阴极提供高电压。

控制驱动模块包括低频调制电路和驱动电路，低频调制电路包括555定时器、二极管D1、D2、电位器R2、电阻R1、R4、稳压芯片Z4040-5以及电容C1、C2；驱动电路包括控制芯片SG3525、驱动芯片IR2110、电阻R4、R5、R7、R8，以及电容C2、C3、C5、C6、C7。

低频调制电路中，稳压芯片Z4040-5的2脚与3脚相连，1脚通过电阻R4接入VCC，NE555的8脚接5伏电压，5脚通过电容C1与1脚相连接地，6脚与2脚相连之后接到二极管D1的阴极也就是D2的阳极，7脚接D1的阳极及电位器R2的输入端，3脚接入SG3525的10脚，4脚接5伏的电压及Z4040-5的1脚，R1、R2、R3串联之后接到D2的阴极，电容C1、C2串联之后接到二极管D2的阳极；

驱动电路中，电源VCC接入控制芯片SG3525的15、13引脚，以及驱动芯片IR2110的11、13引脚，分别为控制芯片SG3525和驱动芯片IR2110供电；控制芯片SG3525的5引脚与GND间并联电容C2，6引脚与GND并联电阻R4，5引脚和7引脚间串入电阻R5，9引脚和1引脚间直接相连，2引脚接VSE端，而VSE接入16引脚，10引脚接在NE555的输出引脚上，8引脚通过电容C3接GND，2、12引脚接GND；电容C5、C6并联接在VCC和GND之间，驱动芯片IR2110的12、13引脚分别接在控制芯片SG3525的输出11、14引脚，驱动芯片IR2110的13、15引脚共同接到GND上，3、4、16引脚不接，二极管D1串联在VCC和7脚之间，其中阳极接VCC，阴极接7引脚，6引脚和7引脚之间并入电容C7，8引脚串入电阻R7后送给MOSFET Q1，6引脚接入Q1的源极，1引脚通过电阻R8输出给MOSFET Q2。

其中，采用555定时器与电压控制芯片SG3525芯片提供调制信号，控制开关管的开通情况，使输出电路为脉冲信号，保证磁控管的正常工作。555定时器提供mS级的方波，控制3525产生的uS级的方波。由于555定时器的低频脉冲信号低至mS级，所以能够控制3525输出，采用驱动芯片IR2110给半桥的两个开关管提供驱动电流，使电路最终的输出波形为4K多伏的脉冲电压。

在以上实施例中所涉及的元器件如无特别说明，均为常规元器件。

上面结合附图和实施例对本实用新型作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本实用新型宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本实用新型的常见变化范围，在此不再一一详述。

Claims (4)

1.一种脉冲高压电源，包括整流滤波模块、主电路模块、取样反馈模块以及控制驱动模块，其特征在于，

所述主电路模块包括LLC谐振模块、高频变压器T1和高压整流模块，所述整流滤波模块的输入端与市电相连接、输出端与所述LLC谐振模块相连接，所述LLC谐振模块通过所述高频变压器与所述高压整流模块相连接；

所述取样反馈模块从所述高压整流模块的输出端取样，其信号输出端与所述控制驱动模块的输入端相连接，所述控制驱动模块的输出端连接所述LLC谐振模块；

对应的市电通过整流滤波模块，输入到所述主电路模块，再由所述主电路模块向阴极提供高电压，通过所述控制驱动模块使得输出的波形为脉冲型直流电压，实现高压脉冲输出，供给对应的磁控管。

2.根据权利要求1所述的脉冲高压电源，其特征在于，所述LLC谐振电路包括电阻R2、电阻R3、电力MOSFET Q1、Q2、电感LR1、变压器励磁电感Lm和电容CR4，其中，所述电阻R2、R3分别并联到所述电力MOSFET Q1、Q2的栅极和源极，所述电力MOSFET Q1、Q2相互串联，接到输入电压上，所述电感LR1、电容CR1、和变压器励磁电感Lm共同组成LLC谐振网络连接到所述高频变压器T1的原边输出，所述高频变压器T1的原边输入为所述LLC谐振电路的输出电压；

所述高压整流模块包括二极管DR1、DR2，电容CR2、CR3，其中，所述二极管DR1的阴极与电容CR2相连，所述二极管DR1阳极与二极管DR2的阴极相连，所述二极管DR2阳极接电容CR3，所述电容CR1与CR2串联；

所述主电路模块通过所述高频变压器进行初级升压，再经过所述高压整流模块再次升压后向阴极提供高电压。

3.根据权利要求2所述的脉冲高压电源，其特征在于，所述控制驱动模块包括低频调制电路和驱动电路，所述低频调制电路包括555定时器、二极管D1、D2、电位器R2、电阻R1、R4、稳压芯片Z4040-5以及电容C1、C2；

其中，所述稳压芯片Z4040-5的2脚与3脚相连，1脚通过电阻R4接入VCC，NE555的8脚接5伏电压，5脚通过所述电容C1与1脚相连接地，6脚与2脚相连之后接到二极管D1的阴极也就是D2的阳极，7脚接D1的阳极及电位器R2的输入端，3脚接入SG3525的10脚，4脚接5伏的电压及Z4040-5的1脚，R1、R2、R3串联之后接到D2的阴极，电容C1、C2串联之后接到二极管D2的阳极。

4.根据权利要求3所述的脉冲高压电源，其特征在于，所述驱动电路包括控制芯片SG3525、驱动芯片IR2110、电阻R4、R5、R7、R8，以及电容C2、C3、C5、C6、C7，其中，电源VCC接入所述控制芯片SG3525的15、13引脚，以及所述驱动芯片IR2110的11、13引脚，分别为所述控制芯片SG3525和所述驱动芯片IR2110供电；所述控制芯片SG3525的5引脚与GND间并联电容C2，6引脚与GND并联电阻R4，5引脚和7引脚间串入电阻R5，9引脚和1引脚间直接相连，2引脚接VSE端，而VSE接入16引脚，10引脚接在NE555的输出引脚上，8引脚通过电容C3接GND，2、12引脚接GND；电容C5、C6并联接在VCC和GND之间，所述驱动芯片IR2110的12、13引脚分别接在所述控制芯片SG3525的输出11、14引脚，所述驱动芯片IR2110的13、15引脚共同接到GND上，3、4、16引脚不接，二极管D1串联在VCC和7脚之间，其中阳极接VCC，阴极接7引脚，6引脚和7引脚之间并入电容C7，8引脚串入电阻R7后送给所述MOSFET Q1，6引脚接入Q1的源极，1引脚通过电阻R8输出给所述MOSFET Q2。