CN211127732U

CN211127732U - 一种高输出电压放大器电路

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Publication number: CN211127732U
Application number: CN202020168603.3U
Authority: CN
Inventors: 张凯; 张涛; 高露
Original assignee: Dalian Haifu Technology Co ltd
Current assignee: Dalian Haifu Technology Co ltd
Priority date: 2020-02-14
Filing date: 2020-02-14
Publication date: 2020-07-28
Anticipated expiration: 2030-02-14

Abstract

本实用新型提供一种高输出电压放大器电路，包括：串联的提供高压恒流源的高压恒压电源、恒流控制电路以及多个工作在放大区的MOS管。所述恒流控制电路包括：滤波稳定供电的电感L1和电容C1；工作在变阻区的MOS管Q1、Q2、Q3、Q4；分别为所述MOS管的栅极提供驱动的分压电阻R1、R2、R3、R2、R4；设置Q4的静态工作点的使Q4工作在可变电阻区的稳压二极管ZD1；电流采样电阻R5；可调电压基准TL431的U1；可调电压基准TL431的U1与所述电阻R5上形成负反馈，保证电路电流恒定。本实用新型采用简单的电路及器件实现了高压放大器输出，成本低。且电路中功率管安装上相应的散热器，随着散热能力增强，电路就可实现更大功率的输出。

Description

一种高输出电压放大器电路

技术领域

本实用新型涉及通用电子技术领域，具体而言，尤其涉及一种高输出电压放大器电路。

背景技术

在普通的运算放大器中，输出电压一般仅仅几十伏，输出电流也就几十毫安，在一些功率放大器中，虽然电流得到大大提升，可以达到几十安培，但是最高电压一般也只有一二百伏。目前无论是用分立元件还是集成电路制造的高压放大器，其输出电压的摆幅，受到元器件最高工作电压的限制，为了工作安全可靠，实际的工作电压还要低于器件耐压，以当前技术水平最好、工作电压最高的高压放大模块PA89，最大输出电压的摆幅也就1150V，已经到了目前集成器件技术的极限，而分立器件的耐压一般也就一千多伏。这在一些高压应用中电压显然不足，而且这种高压集成模块价格昂贵。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种高输出电压放大器电路。本实用新型主要利用一种高输出电压放大器电路，包括：串联的提供高压恒流源的高压恒压电源、恒流控制电路以及多个工作在放大区的MOS管。

进一步地，所述恒流控制电路包括：滤波稳定供电的电感L1和电容C1；工作在变阻区的MOS管Q1、Q2、Q3、Q4；分别为所述MOS管的栅极提供驱动的分压电阻R1、R2、R3、R2、R4；设置Q4的静态工作点的使Q4工作在可变电阻区的稳压二极管ZD1；电流采样电阻R5；可调电压基准TL431的U1。可调电压基准TL431的U1与所述电阻R5上形成负反馈，保证电路电流恒定。

更进一步地，所述电阻R5上的电压将等于所述TL431的REF端电压，即2.5V，当所述电阻R5上的电压则高于2.5V时，CATHODE端的电压将下降，所述Q4栅极电压下降，Q4的DS之间的电阻上升，进而Q1、Q2、Q3的DS间电阻也将上升，Q1、Q2、Q3的电流减小，即R5上的电流也会下降。

更进一步地，所述放大器电路还包括：工作在可变电阻区MOS管Q5、Q6、Q7；等值分压的电阻R6、R7、R8；为所述Q5、Q6提供栅极驱动电压同时配合采样的采样电阻R13；对输入电压信号进行跟随的放大运算放大器U_2A，对输出电压采样信号与输入电压进行误差放大，将放大的误差值给到MOS管Q7的栅极调节Q7的DS极之间阻值的放大运算放大器U_2B；输出滤波的电感L2、电容C2。

进一步地，当设定电压信号升高时，由于设定信号给到误差放大器的反向输入端，则误差放大器的输出将会降低，即MOS管Q7的驱动电压降低，Q7栅极电压降低，Q7的DS之间的电阻就会增加，此时Q7上的DS电压也将升高，R8上的电压并不会立刻改变，这样Q6的栅极电压也将会降低，同理Q6的DS之间的电阻将增加，电压也将增加，MOS管Q5同理，则Q5、Q6、Q7上的电阻增加，电压升高，也就是输出电压升高，直至输出采样电压与设定电压相等。

更进一步地，所述MOS管Q1-Q7均采用MS5N100。

更进一步地，所述U1为TL431，运算放大器为TL082I，稳压二极管ZD1为1N4730A。

较现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型采用简单的电路及器件实现了高压放大器输出，成本低。

2、本实用新型电路中功率管安装上相应的散热器，随着散热能力增强，电路就可实现更大功率的输出。

3、本实用新型采用普通的功率MOS管串联实现，可以串联、并联使用，实现更高电压、更大功率的输出，成本亦不会增加太多。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型电路原理模型。

图2为本实用新型实施例电路原理模型示意图。

图3为本实用新型TL431等效原理图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

如图1-3所示，本实用新型提供了一种高输出电压放大器电路，包括：串联的提供高压恒流源的高压恒压电源、恒流控制电路以及多个工作在放大区的MOS管。

在本实施方式中，所述恒流控制电路包括：滤波稳定供电的电感L1和电容C1；工作在变阻区的MOS管Q1、Q2、Q3、Q4；分别为所述MOS管的栅极提供驱动的分压电阻R1、R2、R3、R2、R4；设置Q4的静态工作点的使Q4工作在可变电阻区的稳压二极管ZD1；电流采样电阻R5；可调电压基准TL431的U1。可调电压基准TL431的U1与所述电阻R5上形成负反馈，保证电路电流恒定。

在本申请中，电阻R5上的电压将等于TL431的REF端电压，即2.5V，当电阻R5上的电压则高于2.5V时，CATHODE端的电压将下降，Q4栅极电压下降，Q4的DS之间的电阻上升，进而Q1、Q2、Q3的DS间电阻也将上升，Q1、Q2、Q3的电流减小，即R5上的电流也会下降。TL431内部等效原如图3所示，结合电路原理图2可知：电阻R5上的电压将等于TL431的REF端电压，即2.5V，如果R5电流稍大则R5上的电压则会稍高于2.5V，则CATHODE端的电压将下降，从而使MOS管Q4栅极电压下降，Q4的DS之间的电阻上升，进而Q1、Q2、Q3的DS间电阻也将上升，从而流过他们的电流亦将下降，即R5上的电流也会下降，反之同理，这样就可以使R5上的电流保持不变，也就形成了恒流输出。这里的电流可以通过I＝2.5V/R5得到，通过设置合适的R5的值，就可以得到想要的恒定电流。

本实施方式中，放大器电路还包括：工作在可变电阻区MOS管Q5、Q6、Q7；等值分压的电阻R6、R7、R8；为Q5、Q6提供栅极驱动电压同时配合采样的采样电阻R13；对输入电压信号进行跟随的放大运算放大器U_2A，对输出电压采样信号与输入电压进行误差放大，将放大的误差值给到MOS管Q7的栅极调节Q7的DS极之间阻值的放大运算放大器U_2B；输出滤波的电感L2、电容C2。

可以理解为当设定电压信号升高时，由于设定信号给到误差放大器的反向输入端，则误差放大器的输出将会降低，即MOS管Q7的驱动电压降低，Q7栅极电压降低，Q7的DS之间的电阻就会增加，此时Q7上的DS电压也将升高，R8上的电压并不会立刻改变，这样Q6的栅极电压也将会降低，同理Q6的DS之间的电阻将增加，电压也将增加，MOS管Q5同理，这样使得Q5、Q6、Q7上的电阻增加，电压升高，也就是输出电压升高，直至输出采样电压与设定电压相等。电路图中MOS管Q5、Q6、Q7作在可变电阻区，用做可变电阻，电阻R6、R7、R8为等值分压电阻，既为MOS管Q5、Q6提供栅极驱动电压又配合R13采样电阻，进行输出电压采样。运算放大器U2A对输入电压信号进行跟随放大，U2B对输出电压采样信号与输入电压进行误差放大，放大的误差值给到MOS管Q7的栅极调节Q7的DS极之间的电阻。当设定电压信号升高时，由于设定信号给到误差放大器的反向输入端，则误差放大器的输出将会降低，即MOS管Q7的驱动电压降低，Q7栅极电压降低，Q7的DS之间的电阻就会增加，此时Q7上的DS电压也将升高，R8上的电压并不会立刻改变，这样Q6的栅极电压也将会降低，同理Q6的DS之间的电阻将增加，电压也将增加，MOS管Q5同理，这样使得Q5、Q6、Q7上的电阻增加，电压升高，也就是输出电压升高，直至输出采样电压与设定电压相等，反之亦然，这样就完成了输出电压的调节，使输出电压按一定的比例随着设定变压变化。即实现了电压信号的高压放大。

作为本申请一种优选的实施方式，在本申请中，所述MOS管Q1-Q7均采用MS5N100。所述U1为TL431，运算放大器为TL082I，稳压二极管ZD1为1N4730A。

综上所述本实用新型采用的电路原理：先通过一个高压恒流源，然后再设计一个可变电阻，这样就可以通过改变可变电阻的阻值来调节输出电压，即U_out＝I*(R_p//R_L)，U_out为输出电压，I为恒流源电流，R_p,为可调电阻阻值，R_L为负载阻值，(R_p/R_L)为可调电阻与负载电阻并联的阻值，也就是整个恒流源的总负载，由于可变电阻的阻值是可变的，所以只要负载R_L不超载的情况下，无论R_L如何变化，输出电压都可以保持不变，这样就总是可以实现想要的电压输出，这样也就能实现电压的放大。

上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本实用新型的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种高输出电压放大器电路，其特征在于，包括：串联的提供高压恒流源的高压恒压电源、恒流控制电路以及多个工作在放大区的MOS管；

所述恒流控制电路包括：滤波稳定供电的电感L1和电容C1；工作在变阻区的MOS管Q1、Q2、Q3、Q4；分别为所述MOS管的栅极提供驱动的分压电阻R1、R2、R3、R4；设置Q4的静态工作点的使Q4工作在可变电阻区的稳压二极管ZD1；电流采样电阻R5；可调电压基准TL431的U1；

可调电压基准TL431的U1与所述电阻R5上形成负反馈，保证电路电流恒定。

2.根据权利要求1所述的一种高输出电压放大器电路，其特征在于：

所述电阻R5上的电压将等于所述TL431的REF端电压，即2.5V，当所述电阻R5上的电压则高于2.5V时，CATHODE端的电压将下降，所述Q4栅极电压下降，Q4的DS之间的电阻上升，进而Q1、Q2、Q3的DS间电阻也将上升，Q1、Q2、Q3的电流减小，即R5上的电流也会下降。

3.根据权利要求1所述的一种高输出电压放大器电路，其特征在于：

所述放大器电路还包括：工作在可变电阻区MOS管Q5、Q6、Q7；等值分压的电阻R6、R7、R8；为所述Q5、Q6提供栅极驱动电压同时配合采样的采样电阻R13；对输入电压信号进行跟随的放大运算放大器U_2A，对输出电压采样信号与输入电压进行误差放大，将放大的误差值给到MOS管Q7的栅极调节Q7的DS极之间阻值的放大运算放大器U_2B；输出滤波的电感L2、电容C2；

当设定电压信号升高时，由于设定信号给到误差放大器的反向输入端，则误差放大器的输出将会降低，即MOS管Q7的驱动电压降低，Q7栅极电压降低，Q7的DS之间的电阻就会增加，此时Q7上的DS电压也将升高，R8上的电压并不会立刻改变，这样Q6的栅极电压也将会降低，同理Q6的DS之间的电阻将增加，电压也将增加，MOS管Q5同理，这样使得Q5、Q6、Q7上的电阻增加，电压升高，也就是输出电压升高，直至输出采样电压与设定电压相等。

4.根据权利要求2所述的一种高输出电压放大器电路，其特征在于：所述MOS管Q1-Q7均采用MS5N100。

5.根据权利要求1所述的一种高输出电压放大器电路，其特征在于：所述U1为TL431，运算放大器为TL082I，稳压二极管ZD1为1N4730A。