CN212137556U - 一种高温高压电源模块电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高温高压电源模块电路，包括输入反接保护电路、振荡电路、倍压整流电流、输出滤波电路、反馈电路、误差放大器和调整管以及基准电压电路。所述输入反接保护电路与振荡电路、调整管、误差放大器以及基准电压电路电连接；振荡电路与倍压整流电路电连接，倍压整流电路与滤波电路电连接，滤波电路与反馈电路电连接，反馈电路与误差放大器电连接，同时误差放大器与基准电压电路和调整管均有电连接。本实用新型与现有技术相比的有益效果：输出高压的纹波和噪声低；电路简单可靠，成本较低；灵活性好，通过对器件的合理选择保证能长时间稳定、可靠的工作在175℃高温环境下。

Description

一种高温高压电源模块电路

技术领域。

本实用新型涉及石油测井仪器电子技术领域，尤其是涉及一种高温高压电源模块电路。

背景技术。

随钻伽玛探测器主要用于井下自然伽玛强度和能谱的测量，其构成主要有光电倍增管、闪烁体、高压电源模块及信号处理电路等。高压电源模块主要为光电倍增管提供合适的工作电压，高压为2000V以内。

石油测井随着井深的增加，井下温度越来越高，要求井下设备耐温等级175℃以上。

目前适合在高温环境下使用的高压电源模块种类很少，且市场上现有的高温高压电源模块输出高压随温度变化很大，且长期高温工作时稳定性不好，不能很好的满足井下仪器高温环境的使用要求。另外现有高压电源模块大多采用PWM芯片来设计，而使用PWM芯片设计会有很多限制，首先，高温PWM芯片种类很少，选型比较困难，且价格很高，对高压设计来说不够灵活。第二，一般PMW芯片的基准电压为内部固定的不能外接，输出高压不方便调节，不能很好满足光电倍增管使用要求。第三，采用PWM芯片设计的高压，纹波噪声比较难滤除，一般都需要外接滤波电路，才能配合光电倍增管使用，使用上非常不便。

因此，如何克服现有技术中电源模块的上述缺陷，是本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容。

本实用新型提供了一种高温高压电源模块电路，能够很好的解决以上技术问题。

本实用新型主要提供了一种高温高压电源模块电路，包括输入反接保护电路、振荡电路、倍压整流电流、输出滤波电路、反馈电路、误差放大器和调整管以及基准电压电路；所述输入反接保护电路与振荡电路、调整管、误差放大器以及基准电压电路电连接；振荡电路与倍压整流电路电连接，倍压整流电路与滤波电路电连接，滤波电路与反馈电路电连接，反馈电路与误差放大器电连接，同时误差放大器与基准电压电路和调整管均有电连接。其中，所述输入反接保护电路包括，二极管D1和电容C1。输入电压Vcc连接到二极管D1的阳极，二极管阴极连接到电容C1的输入端，C1输出端接地。

其中，所述振荡电路包括，三极管Q2、Q3，电感L1，变压器T1，电容C4、C5以及电阻R9、R10。所述变压器T1含三个绕组，包括初级绕组、次级绕组和反馈绕组，初级绕组带中心抽头，引出三端分别为3脚、4脚、5脚；次级绕组引出两端分别为6脚、7脚；反馈绕组引出两端，分别为1脚、2脚。所述三极管Q2基极与变压器1脚相连，集电极与变压器5脚相连，发射集与电阻R10输入端相连。三极管Q3基极与变压器2脚相连，集电极与变压器3脚相连，发射集与电阻R10输入端相连。所述电感L1输入端与电容C1输入端相连，且同时与电容C4输入端相连，电感L1输出端与变压器4脚相连。电容C4输出端与电阻R9输入端相连，电阻R9输出端与变压器1脚相连。所述电容C5，输入端接变压器5脚，输出端接变压器3脚。

其中，所述倍压整流电路包括，二极管D2、D3、D4、D5、D6、D7；电容C7、C8、C9、C10、C11、C12。所述电容C7输入端与变压器6脚相连，C7输出端与二极管D2阳极相连，且同时与二极管D3阴极相连。电容C8输入端与变压器7脚相连，且同时与地相连。C8输出端与二极管D3阳极相连，且同时与二极管D4阴极相连。电容C9输入端与电容C7输出端相连，C9输出端与二极管D4阳极相连，且同时与二极管D5阴极相连。电容C10输入端与电容C8输出端相连，C10输出端与二极管D5阳极相连，且同时与二极管D6阴极相连。电容C11输入端与电容C9输出端相连，C11输出端与二极管D6阳极相连，且同时与二极管D7阴极相连。电容C12输入端与电容C10输出端相连，C12输出端与二极管D7阳极相连。

其中，所述滤波电路包括，电阻R12和电容C13。所述电阻R12输入端与电容C12输出端相连。所述电容C13输入端与电组R12输出端相连，电容C13输出端与地相连。

其中，所述反馈电路包括，电阻R11，稳压管D8，和电容C6。所述电阻R11输入端与电阻R12输出端相连，R11输出端与稳压管D8阳极相连，且同时与电容C6输入端相连。电容C6和稳压管D8输出端与地相连。

其中，所述误差放大器为OPA170-EP。OPA170-EP包括5个引脚，分别为Vs+引脚，VS-引脚，+IN引脚，-IN引脚和VOUT引脚。

其中，所述调整管为三极管JANTX2N4150。其集电极与所述二极管D1的阴极相连，其发射集与电阻R9输入端相连，其基极与电阻R8输出端相连。

其中，所述基准电压电路包括，基准电压芯片ADR225，电容C30、C2，电阻R1和电阻R2。基准电压芯片包括三个引脚，分别为VS、OUT、GND。所述电容C30输入端与ADR225的OUT引脚相连，电容C30输出端与地相连。电容C2输入端与ADR225的VS引脚相连，同时还与电阻R2输入端以及电阻R1输出端相连，电容C2输出端与地相连。电阻R1输入端与电容C1输入端相连。电阻R2输出端与地相连。

所述高温高压电源模块电路还包括，电阻R4、R5、R6、R7、R8，电容C3。电阻R4输入端作为高温高压电源模块控制端Vcon引出，R4输出端与C6输入端相连，同时还与R5输入端相连；R5输出端与误差放大器OPA170-EP的+IN引脚相连；R6输入端与OPA170-EP的-IN引脚相连，R6输出端接地；R7输入端与R6输入端相连，R7输出端与C3输入端相连；C3输出端与OPA170-EP的 VOUT引脚相连，且同时与电阻R8输入端相连。

优选的，作为一种可实施方案，所述振荡电路为自激推挽振荡电路。

优选的，作为一种可实施方案，所述二极管D1为BAV102，电容C1为1uF。

优选的，作为一种可实施方案，所述电感L1为375uH，三极管Q2、Q3均为JANTX2N4150。电容C3为10nF，电容C4为100nF，电阻R9为20KΩ，电阻R10为10Ω。

优选的，作为一种可实施方案，所述二极管D2、D3、D4、D5、D6、D7均为2CL71A，所述电容C7、C8、C9、C10、C11、C12均为1nF。

优选的，作为一种可实施方案，所述电阻R12为1MΩ，电容C13为10nF，电阻R11为100MΩ，稳压管D8为1N4734，电容C6为10nF。

优选的，作为一种可实施方案，所述电阻R4为120KΩ，R5为10KΩ，R6为10KΩ，R7为1MΩ，C3为4.7nF。

优选的，作为一种可实施方案，所述电容C30为100nF，C2为100nF，电阻R1为10KΩ，R2为20KΩ。

本实用新型与现有技术相比的有益效果：通过三极管及变压器的组合，形成自激振荡电路；通过所述电路连接和器件选择，保证振荡电路工作在三极管饱和振荡状态；稳压方式是采用三极管串联调整，通过反馈回路形成闭环控制回路，保证了电路的稳定、可靠。此电路优点，输出高压的纹波和噪声低；电路简单可靠，成本较低；灵活性好，通过改变整流二极管方向及反馈回路连接点可以灵活调整输出高压极性；通过选择电阻R4和电阻R11的温度系数，可以形成温度补偿，保证高压在温度变化时的稳定；通过对器件的合理选择保证能长时间稳定、可靠的工作在175℃高温环境下。

附图说明。

图1：电路原理框图。

图2：电路原理图。

具体实施方式。

下面通过具体的实施例并结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。

参见图2。本实用新型主要提供了一种高温高压电源模块电路，其方案：包括输入反接保护电路、振荡电路、倍压整流电流、输出滤波电路、反馈电路、误差放大器和调整管以及基准电压电路。所述输入反接保护电路与振荡电路、调整管、误差放大器以及基准电压电路电连接；振荡电路与倍压整流电路电连接，倍压整流电路与滤波电路电连接，滤波电路与反馈电路电连接，反馈电路与误差放大器电连接，同时误差放大器与基准电压电路和调整管均有电连接。见图1。

其中，所述输入反接保护电路包括，二极管D1和电容C1。输入电压Vcc连接到二极管D1的阳极，二极管阴极连接到电容C1的输入端，C1输出端接地。

其中，所述振荡电路包括，三极管Q2、Q3，电感L1，变压器T1，电容C4、C5以及电阻R9、R10。所述变压器T1含三个绕组，包括初级绕组、次级绕组和反馈绕组，初级绕组带中心抽头，引出三端分别为3脚、4脚、5脚；次级绕组引出两端分别为6脚、7脚；反馈绕组引出两端，分别为1脚、2脚。所述三极管Q2基极与变压器1脚相连，集电极与变压器5脚相连，发射集与电阻R10输入端相连。三极管Q3基极与变压器2脚相连，集电极与变压器3脚相连，发射集与电阻R10输入端相连。所述电感L1输入端与电容C1输入端相连，且同时与电容C4输入端相连，电感L1输出端与变压器4脚相连。电容C4输出端与电阻R9输入端相连，电阻R9输出端与变压器1脚相连。所述电容C5，输入端接变压器5脚，输出端接变压器3脚。

其中，所述倍压整流电路包括，二极管D2、D3、D4、D5、D6、D7；电容C7、C8、C9、C10、C11、C12。所述电容C7输入端与变压器6脚相连，C7输出端与二极管D2阳极相连，且同时与二极管D3阴极相连。电容C8输入端与变压器7脚相连，且同时与地相连。C8输出端与二极管D3阳极相连，且同时与二极管D4阴极相连。电容C9输入端与电容C7输出端相连，C9输出端与二极管D4阳极相连，且同时与二极管D5阴极相连。电容C10输入端与电容C8输出端相连，C10输出端与二极管D5阳极相连，且同时与二极管D6阴极相连。电容C11输入端与电容C9输出端相连，C11输出端与二极管D6阳极相连，且同时与二极管D7阴极相连。电容C12输入端与电容C10输出端相连，C12输出端与二极管D7阳极相连。

其中，所述滤波电路包括，电阻R12和电容C13。所述电阻R12输入端与电容C12输出端相连。所述电容C13输入端与电组R12输出端相连，电容C13输出端与地相连。

其中，所述反馈电路包括，电阻R11，稳压管D8，和电容C6。所述电阻R11输入端与电阻R12输出端相连，R11输出端与稳压管D8阳极相连，且同时与电容C6输入端相连。电容C6和稳压管D8输出端与地相连。

其中，所述误差放大器为OPA170-EP。OPA170-EP包括5个引脚，分别为Vs+引脚，VS-引脚，+IN引脚，-IN引脚和VOUT引脚。

其中，所述调整管为三极管JANTX2N4150。其集电极与所述二极管D1的阴极相连，其发射集与电阻R9输入端相连，其基极与电阻R8输出端相连。

其中，所述基准电压电路包括，基准电压芯片ADR225，电容C30、C2，电阻R1和电阻R2。基准电压芯片包括三个引脚，分别为VS、OUT、GND。所述电容C30输入端与ADR225的OUT引脚相连，电容C30输出端与地相连。电容C2输入端与ADR225的VS引脚相连，同时还与电阻R2输入端以及电阻R1输出端相连，电容C2输出端与地相连。电阻R1输入端与电容C1输入端相连。电阻R2输出端与地相连。

所述高温高压电源模块电路还包括，电阻R4、R5、R6、R7、R8，电容C3。电阻R4输入端作为高温高压电源模块控制端Vcon引出，R4输出端与C6输入端相连，同时还与R5输入端相连；R5输出端与误差放大器OPA170-EP的+IN引脚相连；R6输入端与OPA170-EP的-IN引脚相连，R6输出端接地；R7输入端与R6输入端相连，R7输出端与C3输入端相连；C3输出端与OPA170-EP的 VOUT引脚相连，且同时与电阻R8输入端相连。

需要说明的是本电路共引出五个端子，分别是：Vcc输入电压端；Vref基准电压输出端；Vcon输出高压控制端；HV OUT 高压输出端；GND地端。Vcc与GND构成输入回路，HV OUT与GND构成输出回路，电路中所有GND均相连。在本电路中Vcc和Vcon同时接入电压，电路正常工作。Vcc输入直流电压24V， Vcon控制电压范围0~2.5V，当Vcon所加电压在0~2.5V变化时，输出高压HV OUT实现0~2000V变化。控制电压Vcon的接入电压可通过外部电源直接供给，也可以通过电位器将控制电压端Vcon连接到基准电压输出端Vref，通过改变电位器阻值实现控制电压Vcon对输出高压HV OUT的控制。

需要说明的是图2中所给出的电路连接是输出为负高压的连接方式，要想实现正高压输出，需要将二极管D2、D3、D4、D5、D6、D7反向，而且将反馈回路即电阻R11输出端与电阻R4输出端断开，并将电阻R11输出端连接到电阻R6的输入端即可实现正高压输出。

下面对本实用新型实施例提供的高温高压电源模块电路的具体电气元件进行详细说明。

优选的，作为一种可实施方案，所述振荡电路为自激推挽振荡电路，其核心器件为变压器T1，三极管Q2、Q3以及电容C3。变压器T1反馈绕组、初级绕组和次级绕组的比例为1:50:400，选择磁芯时居里温度要大于200℃。为了保证高温下振荡频率不变C3要选择C0G材质电容，工作温度要求200℃。

优选的，作为一种可实施方案，所述二极管D1为BAV102，结温200℃，电容C1为1uF。

优选的，作为一种可实施方案，所述电感L1为375uH，三极管Q2、Q3均为JANTX2N4150。电容C3为10nF，电容C4为100nF，电阻R9为20KΩ，电阻R10为10Ω。

优选的，作为一种可实施方案，所述二极管D2、D3、D4、D5、D6、D7均为2CL71A，工作温度要求175℃；所述电容C7、C8、C9、C10、C11、C12均为1nF，耐压1000V。

优选的，作为一种可实施方案，所述电阻R12为1MΩ，电容C13为10nF耐压3000V，电阻R11为100M欧姆，稳压管D8为1N4734，工作温度200℃，电容C6为10nF。

优选的，作为一种可实施方案，所述电阻R4为120KΩ，R5为10KΩ，R6为10KΩ，R7为1MΩ，C3为4.7nF。

优选的，作为一种可实施方案，所述电容C30为100nF，C2为100nF，R1为10KΩ，R2为20KΩ。

优选的，作为一种可实施的方案，所述基准电压芯片选择ADR225，输出电压2.5V工作温度175℃；所述误差放大器选择OPA170-EP，所述调整管选择JANTX2N4150。

为了保证输出高压随温度变化保持稳定，需要选择电阻R4、R11的温漂方向和温漂大小均要一致，以补偿温度变化带来的输出高压变化。

综上所述，本实用新型实施例提供的高温高压电源模块电路，是专门为石油勘探和石油测井井下仪器定制，在整个温度范围内，本实用新型实施例提供的高温高压电源模块电路整体性能稳定。经实测结果证明：在零下25℃和175℃的温度范围内变化时，输出高压（-2000V）变动小于10V，纹波在全温度范围内保持在40mV左右，在高温175℃环境下，连续可靠工作时间大于1000小时。同时电路结构简单、灵活，输出高压HV OUT随控制电压Vcon线性变化，高压极性可通过调整电路连接实现，使用非常方便。

最后应说明的是，以上各实施例仅用以说明本实用新型技术方案，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说明，本领域的技术人员应当理解，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代换，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 (7)

1.一种高温高压电源模块电路，包括输入反接保护电路、振荡电路、倍压整流电流、输出滤波电路、反馈电路、误差放大器和调整管以及基准电压电路；其特征在于，所述输入反接保护电路与振荡电路、调整管、误差放大器以及基准电压电路电连接；振荡电路与倍压整流电路电连接，倍压整流电路与滤波电路电连接，滤波电路与反馈电路电连接，反馈电路与误差放大器电连接，同时误差放大器与基准电压电路和调整管均有电连接；所述输入反接保护电路包括，二极管D1和电容C1；输入电压Vcc连接到二极管D1的阳极，二极管阴极连接到电容C1的输入端，C1输出端接地；所述振荡电路包括，三极管Q2、Q3，电感L1，变压器T1，电容C4、C5以及电阻R9、R10；所述变压器T1含三个绕组，包括初级绕组、次级绕组和反馈绕组，初级绕组带中心抽头，引出三端分别为3脚、4脚、5脚；次级绕组引出两端分别为6脚、7脚；反馈绕组引出两端，分别为1脚、2脚；所述三极管Q2基极与变压器1脚相连，集电极与变压器5脚相连，发射集与电阻R10输入端相连；三极管Q3基极与变压器2脚相连，集电极与变压器3脚相连，发射集与电阻R10输入端相连；所述电感L1输入端与电容C1输入端相连，且同时与电容C4输入端相连，电感L1输出端与变压器4脚相连；电容C4输出端与电阻R9输入端相连，电阻R9输出端与变压器1脚相连；所述电容C5，输入端接变压器5脚，输出端接变压器3脚；所述倍压整流电路包括，二极管D2、D3、D4、D5、D6、D7；电容C7、C8、C9、C10、C11、C12；所述电容C7输入端与变压器6脚相连，C7输出端与二极管D2阳极相连，且同时与二极管D3阴极相连；电容C8输入端与变压器7脚相连，且同时与地相连；C8输出端与二极管D3阳极相连，且同时与二极管D4阴极相连；电容C9输入端与电容C7输出端相连，C9输出端与二极管D4阳极相连，且同时与二极管D5阴极相连；电容C10输入端与电容C8输出端相连，C10输出端与二极管D5阳极相连，且同时与二极管D6阴极相连；电容C11输入端与电容C9输出端相连，C11输出端与二极管D6阳极相连，且同时与二极管D7阴极相连；电容C12输入端与电容C10输出端相连，C12输出端与二极管D7阳极相连；所述滤波电路包括，电阻R12和电容C13；所述电阻R12输入端与电容C12输出端相连；所述电容C13输入端与电组R12输出端相连，电容C13输出端与地相连；所述反馈电路包括，电阻R11，稳压管D8，和电容C6；所述电阻R11输入端与电阻R12输出端相连，R11输出端与稳压管D8阳极相连，且同时与电容C6输入端相连；电容C6和稳压管D8输出端与地相连；所述误差放大器为OPA170-EP；OPA170-EP包括5个引脚，分别为Vs+引脚，VS-引脚，+IN引脚，-IN引脚和VOUT引脚；所述调整管为三极管JANTX2N4150；其集电极与所述二极管D1的阴极相连，其发射集与电阻R9输入端相连，其基极与电阻R8输出端相连；所述基准电压电路包括，基准电压芯片ADR225，电容C30、C2，电阻R1和电阻R2，基准电压芯片包括三个引脚，分别为VS、OUT、GND；所述电容C30输入端与ADR225的OUT引脚相连，电容C30输出端与地相连；电容C2输入端与ADR225的VS引脚相连，同时还与电阻R2输入端以及电阻R1输出端相连，电容C2输出端与地相连；电阻R1输入端与电容C1输入端相连；电阻R2输出端与地相连；所述高温高压电源模块电路还包括，电阻R4、R5、R6、R7、R8，电容C3；电阻R4输入端作为高温高压电源模块控制端Vcon引出，R4输出端与C6输入端相连，同时还与R5输入端相连；R5输出端与误差放大器OPA170-EP的+IN引脚相连；R6输入端与OPA170-EP的-IN引脚相连，R6输出端接地；R7输入端与R6输入端相连，R7输出端与C3输入端相连；C3输出端与OPA170-EP的 VOUT引脚相连，且同时与电阻R8输入端相连。

2.根据权利要求1所述的一种高温高压电源模块电路，其特征在于，所述振荡电路为自激推挽振荡电路。

3.根据权利要求1所述的一种高温高压电源模块电路，其特征在于，所述二极管D1为BAV102，电容C1为1uF。

4.根据权利要求1所述的一种高温高压电源模块电路，其特征在于，所述电感L1为375uH，三极管Q2、Q3均为JANTX2N4150；电容C3为10nF，电容C4为100nF，电阻R9为20KΩ，电阻R10为10Ω。

5.根据权利要求1所述的一种高温高压电源模块电路，其特征在于，所述二极管D2、D3、D4、D5、D6、D7均为2CL71A，所述电容C7、C8、C9、C10、C11、C12均为1nF。

6.根据权利要求1所述的一种高温高压电源模块电路，其特征在于，所述电阻R12为1MΩ，电容C13为10nF，电阻R11为100MΩ，稳压管D8为1N4734，电容C6为10nF。

7.根据权利要求1所述的一种高温高压电源模块电路，其特征在于，所述电阻R4为120KΩ，R5为10KΩ，R6为10KΩ，R7为1MΩ，C3为4.7nF；电容C30为100nF，C2为100nF，电阻R1为10KΩ，R2为20KΩ。

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