CN213402827U - 一种用于负离子发生器的高压输出电源电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电源领域，特别是涉及用于负离子发生器的高压输出电源电路，其包括变压器、输入整流电路、控制芯片、供电电路、电压采样电路、电流采样电路、吸收电容、输出倍压电路以及电感，本实用新型在整体上采用极简控制芯片解决方案降低整体电路成本，通过反馈绕组结合控制芯片实现对输出电压精度准确调节，保证输出电压稳定性；通过高频驱动信号控制控制芯片内置的开关管通断，减小变压器体积，与此同时，通过电感抑制电流上升斜率，并结合控制芯片自带的短路保护和防拉弧保护功能，有利于进一步提高产品的可靠性。

Description

一种用于负离子发生器的高压输出电源电路

技术领域

本实用新型涉及电源领域，特别是涉及用于负离子发生器的高压输出电源电路。

背景技术

负离子发生器是一种生成空气负离子的装置，该装置将输入的直流或者交流经EMI处理电路及雷击保护电路处理后，通过脉冲式电路过压限流；高低压隔离等线路升级为交流高压，然后通过特殊等级电子材料整流滤波后得到纯净的直流负高压，将直流负高压连接到金属或者碳元素制作的释放尖端，利用尖端直流高压产生的高电晕，高速地放出大量的电子，而电子无法长久存在空气中（存在的电子寿命只有nS级），立刻会被空气中的氧分子（O₂）捕捉，从而生成空气负离子。

通过对负离子发生器的说明，我们可以知道，负离子产生的一个必要条件就是需要有稳定高效的直流负高压用来产生大量电子。

然而，目前应用于负离子发生器的采用直流负高压的方案的电源电路普遍存在可靠性差、制造成本高以及体积大等问题，如此无法满足市场发展的需求。

因此，如何提高电源电路的可靠性以及如何减少电源电路的体积和制造成本乃本行业亟待解决的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型要解决的技术问题是提供一种高压输出电源电路，其能满足输出直流负高压的基础上，同时能保证产品具有高可靠性，且其能满足低成本、小体积的市场需求。

为了解决上述技术问题，本实用新型通过以下技术方案实现：

提供一种用于负离子发生器的高压输出电源电路，其包括：输入整流电路、变压器、控制芯片、供电电路、电压采样电路、电流采样电路、倍压电路以及电感；

变压器具有原边绕组、反馈绕组以及副边绕组，原边绕组设有第一引线端和第二引线端，反馈绕组设有第三引线端和第四引线端，副边绕组具有第五引线端和第六引线端；其中第二引线端、第三引线端和第五引线端互为同名端；

输入整流电路的输入端与输入电源连接，输入整流电路的输出端与第一引线端连接；

控制芯片具有控制单元以及开关管，控制单元具有供电端、反馈电压输入端、峰值电流采样端、接地端以及驱动信号输出端；控制单元的驱动信号输出端与开关管的栅极连接，开关管的漏极与第二引线端连接；

供电电路的一端与第三引线端连接，另一端与所述控制单元的供电端连接；

电压采样电路的一端与第三引线端连接，另一端与控制芯片的反馈电压输入端连接，用于采样输出反馈电压信号并输送至控制单元，控制单元将输出反馈电压信号与恒压阈值进行比较并根据比较结果控制设置于控制单元内的恒压环路的关断时间，以对高压输出电源电路的输出电压进行调节；

电流采样电路的一端与峰值电流采样端连接，另一端与地连接，用于采样原边峰值电流信号并输送至控制单元，控制单元将原边峰值电流信号与内部限制信号比较，当采样原边峰值电流信号小于内部限制信号时，开关管持续导通；当采样原边峰值电流信号大于内部限制信号时，控制开关管关断。

吸收电容的一端分别与第二引线端和开关管的漏极连接，另一端与控制单元的接地端连接；

倍压电路的第一输入端与第五引线端连接，倍压电路的第二输入端通过电感与第六引线端连接，电感用于抑制倍压电路的输出端口短路或负载突变时产生的副边电流尖峰。

在一个实施例中，高压输出电源电路设有吸收电容，吸收电容的一端分别与第二引线端和开关管的漏极连接，另一端与控制单元的接地端连接。

在一个实施例中，倍压电路包括电容C5、电容C6、二极管D3以及二极管D4，连接关系为以下3种关系之一：

（1）电容C5的一端作为倍压电路的第一输入端且其与第五引线端连接，电容C5另一端连接二极管D3阳极和二极管D4阴极的一端，二极管D3阴极连接电感的第二端和电容C6的一端且连接地，电容C6的一端作为倍压电路的第二输入端且其与电感的第二端连接，电容C6另一端与二极管D4阳极和倍压电路的输出端连接；

（2）电容C5的一端作为倍压电路的第一输入端且其与第五引线端连接，电容C5另一端连接二极管D3阳极和二极管D4阴极的一端，二极管D3阴极连接电感的第二端和电容C6的一端，电容C6的一端作为倍压电路的第二输入端且其与电感的第二端连接，电容C6的另一端与二极管D4阳极和倍压电路的输出端连接，电感的第一端连接地；

（3）电容C5和电容C6连接，电容C5和电容C6的连接点作为倍压电路的第一输入端且其与第五引线端连接，电容C5另一端连接二极管D3的阴极，二极管D3的阴极连接地，电容C6的另一端连接二极管D4的阳极，二极管D4的阳极与倍压电路的输出端连接，二极管D3的阳极和二极管D4的阴极连接且连接点与电感的第二端连接。

在一个实施例中，供电电路包括二极管D2、电容C2以及电阻R5，二极管D2的阳极连接第三引线端，二极管D2的阳极连接控制单元的供电端；电容C2的一端与第三引线端连接，电容C2的另一端与地连接；电阻R5并联在电容C2的两端；

电压采样电路包括电阻R2、电阻R3以及电容C3，电阻R2的一端连接第三引线端，电阻R2的另一端连接电阻R3的一端，电阻R2和电阻R3的连接点连接控制单元的反馈电压输入端，电阻R3的另一端接地；电容C3并联与电阻R3的两端；

电流采样电路包括电阻R4，电阻R4的一端与峰值电流采样端连接，另一端与地连接。

在一个实施例中，输入整流电路由电阻R1、电容C1以及二极管D1组成,二极管D1阳极连接输入交流，二极管D1阴极连接电容C1一端且连接原边绕组的第一端，电容C1的另一端连接地。

在一个实施例中，控制芯片的型号为SCM1738ASA。

在一个实施例中，控制单元的驱动信号输出端输出的高频驱动信号的频率为5KHz-500KHz。

本实用新型还提供一种用于负离子发生器的高压输出电源电路，其包括：变压器、输入整流电路、控制芯片、供电电路、倍压电路以及电流尖峰抑制电路；

变压器具有原边绕组、反馈绕组以及副边绕组，原边绕组设有第一引线端和第二引线端，反馈绕组设有第三引线端和第四引线端；

输入整流电路的输入端用于与输入电源连接，所述输入整流电路的输出端与所述原边绕组的第一引线端连接；

控制芯片具有控制单元以及开关管，控制单元的驱动信号输出端与所述开关管的栅极连接，开关管的漏极与第二引线端连接；

供电电路的一端与所述第三引线端连接，另一端与控制单元连接，用于为控制单元供电；

吸收电容的一端分别与第二引线端和开关管的漏极连接，另一端与地连接；

倍压电路与副边绕组连接，副边绕组与倍压电路中的各阶升压单元分别形成倍压回路；

电流尖峰抑制电路设置在各倍压回路的共用节点上，用于抑制倍压电路的输出端口短路或负载突变时产生的副边电流尖峰。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

（1）通过在设置与副边绕组串联的电感，有效抑制电源电路在短路和负载突变时产生的电流尖峰，避免副边绕组直接加在倍压电路的电容上，减缓了电流上升斜率，给控制芯片的控制逻辑提供缓冲时间，如此，有利于提高产品的短路和负载切换时的可靠性；

（2）在整体上采用极简控制芯片解决方案降低整体电路成本，通过反馈绕组、电压采样电路结合控制芯片来实现输出电压原边反馈控制，如此，不但能实现对输出电压精度准确调节，保证输出电压稳定性，而且能够避免传统利用副边高压采样控制带来的高成本问题；此外，通过设置与开关管的漏极连接的吸收电容来吸收变压器的漏感，其结构简单，从而有利于进一步降低电源电路的制造成本；

（3）控制芯片通过频率为5KHz-500KHz高频驱动信号控制开关管的通断，由于采用高频驱动信号来驱动开关管，从而使得电源电路在制造过程中，可选择体积较小的变压器，从而有利于降低电源电路的体积。

附图说明

图1为本实用新型高压输出电源电路的原理框图；

图2为本实用新型第一实施例的原理图；

图3为本实用新型第一实施例中的控制芯片原理框图；

图4为本实用新型第二实施例的原理图；

图5为本实用新型第三实施例的原理图；

图6为本实用新型第四实施例的原理图；

图7为本实用新型第五实施例的原理图。

具体实施方式

第一实施例

请参考图1-3，本实用新型提出一种用于负离子发生器的高压输出电源电路，其包括输入整流电路、变压器、控制电路、吸收电容、电流尖峰抑制电路以及倍压电路，其中，控制电路包括控制芯片U1、供电电路、电压采样电路以及电流采样电路。

变压器具有原边绕组N1、反馈绕组N2以及副边绕组N3，原边绕组N1设有第一引线端1和第二引线端2，反馈绕组N2设有第三引线端3和第四引线端4，副边绕组N3具有第五引线端5和第六引线端6；其中第二引线端2、第三引线端3和第五引线端5互为同名端。

输入整流电路的输入端与输入电源AC连接，本实施例中，输入电源AC为交流电源，输入整流电路的输出端与第一引线端1连接。输入整流电路由电阻R1、电容C1以及二极管D1组成，二极管D1阳极连接输入电源AC，二极管D1阴极连接电容C1一端且连接原边绕组N1的第一引线端1，电容C1的另一端连接地，输入整流电路用于将交流电源AC进行半波整流并送至变压器T1。

控制芯片U1具有控制单元以及开关管，开关管为MOS管。控制单元具有供电端VCC、反馈电压输入端FB、峰值电流采样端、驱动信号输出端以及接地端GND；控制单元的驱动信号输出端与开关管的栅极连接，开关管的漏极与第二引线端2连接，控制单元的驱动信号输出端用于输出频率为5KHz-500KHz的高频驱动信号来控制开关管的通断。

本实施例中，控制芯片U1的型号为SCM1738ASA，控制芯片U1的1脚为控制单元的供电端VCC；控制芯片U1的2脚为控制单元的反馈电压输入端FB；控制芯片U1的3脚为空脚NC；控制芯片U1的4脚为控制单元的峰值电流采样端；控制芯片U1的5和6脚为开关管的漏极，控制芯片U1的7脚为控制单元的接地端GND。

供电电路用于为控制单元供电，供电电路由二极管D2、电容C2以及电阻R5组成，二极管D2的阳极连接第三引线端3，二极管D2的阳极连接控制单元的供电端VDD；电容C2的一端与第三引线端3连接，电容C2的另一端与地连接；电阻R5并联在电容C2的两端。

电压采样电路通过电阻R2和电阻R3分压来采集输出反馈电压信号并输送至控制单元，控制单元将输出反馈电压信号与恒压阈值进行比较，并根据比较结果控制设置于控制单元内的恒压环路的关断时间，以实现对输出电压精度准确调节；电压采样电路由电阻R2、电阻R3以及电容C3，电阻R2的一端连接第三引线端，电阻R2的另一端连接电阻R3的一端，电阻R2和电阻R3的连接点连接控制单元的反馈电压输入端，电阻R3的另一端接地；电容C3并联与电阻R3的两端。

电流采样电路包括电阻R4，电阻R4的一端与峰值电流采样端连接，另一端与地连接，电流采样电路通过电阻R4采样原边峰值电流信号并输送至控制单元，控制单元将原边峰值电流信号与内部限制信号比较，并根据比较结果控制开关管的导通时间，具体为：当采样原边峰值电流信号小于内部限制信号时，开关管持续导通；当采样原边峰值电流信号大于内部限制信号时，控制开关管关断。

吸收电容C4的一端分别与第二引线端2和开关管的漏极连接，另一端与控制单元的接地端连接，用于吸收变压器T1的漏感。

电流尖峰抑制电路串联在副边绕组N3和倍压电路之间，本实施例中，电流尖峰抑制电路由电感L1组成，在其它实施例中，电流尖峰抑制电路可由电阻组成。

倍压电路的第一输入端与第五引线端5连接，倍压电路的第二输入端通过电感L1与第六引线端6连接，副边绕组N3与倍压电路中的各阶升压单元分别形成倍压回路，电感L1设置在倍压电路中的各倍压回路的共用节点上，也即，电感L1设置在副边电路的主干路中，每一倍压回路均包含有电感L1，用于抑制倍压电路的输出端口短路或负载突变时产生的副边电流尖峰。

倍压电路包括电容C5、电容C6、二极管D3以及二极管D4，电容C5的一端作为倍压电路的第一输入端且其与第五引线端5连接，电容C5另一端连接二极管D3阳极和二极管D4阴极的一端，二极管D3阴极连接电感L1的一端和电容C6的一端且连接地，电容C6的一端作为倍压电路的第二输入端且其与电感L1的一端连接，电容C6另一端与二极管D4阳极和倍压电路的输出端-HV连接。其中，电容C5和二极管D3组成一阶升压单元，电容C6和二极管D4组成二阶升压单元。

本实用新型高压输出电源电路的工作原理为：

第一个工作状态：开关管导通，原边回路中，原边绕组N1的1端、反馈绕组N2的4端、副边绕组N3的6端为正，原边绕组N1的2端、反馈绕组N2的3端、副边绕组N3的5端为负，此时，产生的原边回路为：输入电源AC的正极→电阻R1→二极管D1→原边绕组N1的1端→原边绕组N1的2端→控制芯片U1的5脚和6脚→电阻R4→地，此时，电流采样电路工作，电流采样原边峰值电流信号，通过电阻R4采样原边峰值电流信号与内部限制信号比较，控制内置高压MOS的导通时间；产生的副边回路为：副边绕组N3的6端→电感L1→电容C6→二极管D4→电容C5→副边绕组N3的5端，此时，电压采样电路不工作。

第二个工作状态：开关管关断，原边绕组N1的1端、反馈绕组N2的4端、副边绕组N3的6端为负，此时，产生的副边回路为：副边绕组N3的5端→电容C5→二极管D3→副边绕组N3的6端，此时，电压采样电路工作，电压采样电路通过采样反馈绕组N2的3端的输出反馈电压信号并输送至控制单元，控制单元将输出反馈电压信号与恒压阈值进行比较，并根据比较结果控制恒压环路的关断时间，以实现对输出电压精度准确调节，保证输出电压稳定性。

本实施例中控制芯片U1通过电流采样和电压采样，可实现脉冲频率调制（PFM）模式控制，具体为：PFM的调制频率范围由开关管的导通时间和恒压环路控制关断时间所决定，当恒压环路关断时间最长时，高压输出电源电路处于最小限制频率状态，工作频率最低：当恒压环路关断时间最短时，高压输出电源电路处于最高频工作状态，工作频率达到最高。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

（1）通过在设置与副边绕组N3串联的电感，有效抑制电源电路在短路和负载突变时产生的电流尖峰，避免副边绕组N3直接加在倍压电路的电容上，减缓了电流上升斜率，给控制芯片U1的控制逻辑提供缓冲时间，如此，有利于提高产品的短路和负载切换时的可靠性；

（2）通过反馈绕组N2、电压采样电路结合控制芯片U1来实现输出电压原边反馈控制，如此，不但能实现对输出电压精度准确调节，保证输出电压稳定性，而且能够避免传统利用副边高压采样控制带来的高成本问题；此外，通过设置与开关管的漏极连接的吸收电容来吸收变压器的漏感，其结构简单，从而有利于进一步降低电源电路的制造成本；

（3）控制芯片U1通过频率为5KHz-500KHz高频驱动信号控制开关管的通断，由于采用高频驱动信号来驱动开关管，从而使得电源电路在制造过程中，可选择体积较小的变压器，从而有利于降低电源电路的体积；

（4）控制芯片U1通过电压采样和电流采样实现PFM脉冲频率调制控制模式，以实现功耗和性能的统一。

第二实施例

如图4所示，为本实用新型的第二实施例，相对于第一实施例，本实施例倍压电路的电感位置不同，副边回路副边绕组N3的5端连接电容C5的一端，电容C5的另一端连接二极管D3的阳极，二极管D3的阴极连接电容C6和电感L1的一端，电感L1的另一端连接副边回路副边绕组N3的5端和地。工作原理与第一实施例类似，这里不再赘述。

第三实施例

如图5所示，为本实用新型的第三实施例，相对于第一实施例，本实施例倍压电路的类型不同，副边回路副边绕组N3的5端连接电容C5的一端，C5的另一端连接二极管D3阳极和二极管D4阴极，二极管D3阴极连接电感L1一端和地，电感L1的另一端连接副边回路副边绕组N3的6端。本实施例改变了倍压电路，电感L1位于整个倍压回路上。

第四实施例

如图6所示，为本实用新型的第四实施例，相对于第一、第三实施例，本实施例倍压电路的类型不同，副边回路副边绕组N3的5端连接电容C5和电容C6的一端，电容C5的另一端连接二极管D3阴极和地，电容C6的另一端连接二极管D4阳极和倍压电路的输出端-HV，电感L1的一端连接二极管D3阳极和二极管D4的阴极，电感L1的另一端连接副边回路副边绕组N3的6端。本实施例改变了倍压电路，电感L1位于整个倍压回路上。

第五实施例

如图7所示，为本实用新型的第五实施例，相对于第一实施例，本实施例输入整流电路不同，将二极管D1更改为整流桥B1，工作原理与第一实施例类似，这里不再赘述。

Claims (10)

1.一种用于负离子发生器的高压输出电源电路，其特征在于，包括：变压器、输入整流电路、控制芯片、供电电路、电压采样电路、电流采样电路、倍压电路以及电感；

变压器具有原边绕组、反馈绕组以及副边绕组，原边绕组设有第一引线端和第二引线端，反馈绕组设有第三引线端和第四引线端，副边绕组具有第五引线端和第六引线端；其中第二引线端、第三引线端和第五引线端互为同名端；

输入整流电路的输入端与输入电源连接，输入整流电路的输出端与第一引线端连接；

控制芯片具有控制单元以及开关管，控制单元具有供电端、反馈电压输入端、峰值电流采样端、接地端以及驱动信号输出端；控制单元的驱动信号输出端与开关管的栅极连接，开关管的漏极与第二引线端连接；

供电电路的一端与第三引线端连接，另一端与所述控制单元的供电端连接；

电压采样电路的一端与第三引线端连接，另一端与控制芯片的反馈电压输入端连接，用于采样输出反馈电压信号并输送至控制单元，控制单元将输出反馈电压信号与恒压阈值进行比较并根据比较结果控制设置于控制单元内的恒压环路的关断时间，以对高压输出电源电路的输出电压进行调节；

电流采样电路的一端与峰值电流采样端连接，另一端与地连接，用于采样原边峰值电流信号并输送至控制单元，控制单元将原边峰值电流信号与内部限制信号比较，当采样原边峰值电流信号小于内部限制信号时，开关管持续导通；当采样原边峰值电流信号大于内部限制信号时，控制开关管关断；

倍压电路的第一输入端与第五引线端连接，倍压电路的第二输入端通过电感与第六引线端连接，电感用于抑制倍压电路的输出端口短路或负载突变时产生的副边电流尖峰。

2.根据权利要求1所述的用于负离子发生器的高压输出电源电路，其特征在于：还设有吸收电容，吸收电容的一端分别与第二引线端和开关管的漏极连接，另一端与控制单元的接地端连接。

3.根据权利要求1所述的用于负离子发生器的高压输出电源电路，其特征在于：倍压电路包括电容C5、电容C6、二极管D3以及二极管D4，连接关系为以下3种关系之一：

（1）电容C5的一端作为倍压电路的第一输入端且其与第五引线端连接，电容C5另一端连接二极管D3阳极和二极管D4阴极的一端，二极管D3阴极连接电感的第二端和电容C6的一端且连接地，电容C6的一端作为倍压电路的第二输入端且其与电感的第二端连接，电容C6另一端与二极管D4阳极和倍压电路的输出端连接；

（2）电容C5的一端作为倍压电路的第一输入端且其与第五引线端连接，电容C5另一端连接二极管D3阳极和二极管D4阴极的一端，二极管D3阴极连接电感的第二端和电容C6的一端，电容C6的一端作为倍压电路的第二输入端且其与电感的第二端连接，电容C6的另一端与二极管D4阳极和倍压电路的输出端连接，电感的第一端连接地；

（3）电容C5和电容C6连接，电容C5和电容C6的连接点作为倍压电路的第一输入端且其与第五引线端连接，电容C5另一端连接二极管D3的阴极，二极管D3的阴极连接地，电容C6的另一端连接二极管D4的阳极，二极管D4的阳极与倍压电路的输出端连接，二极管D3的阳极和二极管D4的阴极连接且连接点与电感的第二端连接。

4.根据权利要求1所述的用于负离子发生器的高压输出电源电路，其特征在于：

供电电路包括二极管D2、电容C2以及电阻R5，二极管D2的阳极连接第三引线端，二极管D2的阳极连接控制单元的供电端；电容C2的一端与第三引线端连接，电容C2的另一端与地连接；电阻R5并联在电容C2的两端；

电压采样电路包括电阻R2、电阻R3以及电容C3，电阻R2的一端连接第三引线端，电阻R2的另一端连接电阻R3的一端，电阻R2和电阻R3的连接点连接控制单元的反馈电压输入端，电阻R3的另一端接地；电容C3并联与电阻R3的两端；

电流采样电路包括电阻R4，电阻R4的一端与峰值电流采样端连接，另一端与地连接。

5.根据权利要求1所述的用于负离子发生器的高压输出电源电路，其特征在于：输入整流电路由电阻R1、电容C1以及二极管D1组成,二极管D1阳极连接输入交流，二极管D1阴极连接电容C1一端且连接原边绕组的第一端，电容C1的另一端连接地。

6.根据权利要求1所述的用于负离子发生器的高压输出电源电路，其特征在于：控制芯片的型号为SCM1738ASA。

7.根据权利要求1所述的用于负离子发生器的高压输出电源电路，其特征在于：控制单元的驱动信号输出端输出的高频驱动信号的频率为5KHz-500KHz。

8.一种用于负离子发生器的高压输出电源电路，其特征在于，包括：变压器、输入整流电路、控制芯片、供电电路、倍压电路以及电流尖峰抑制电路；

变压器具有原边绕组、反馈绕组以及副边绕组，原边绕组设有第一引线端和第二引线端，反馈绕组设有第三引线端和第四引线端；

输入整流电路的输入端用于与输入电源连接，所述输入整流电路的输出端与所述原边绕组的第一引线端连接；

控制芯片具有控制单元以及开关管，控制单元的驱动信号输出端与所述开关管的栅极连接，开关管的漏极与第二引线端连接；

供电电路的一端与所述第三引线端连接，另一端与控制单元连接，用于为控制单元供电；

倍压电路与副边绕组连接，副边绕组与倍压电路中的各阶升压单元分别形成倍压回路；

电流尖峰抑制电路设置在各倍压回路的共用节点上，用于抑制倍压电路的输出端口短路或负载突变时产生的副边电流尖峰。

9.根据权利要求8所述的用于负离子发生器的高压输出电源电路，其特征在于：电流尖峰抑制电路为电感或电阻。

10.根据权利要求8所述的用于负离子发生器的高压输出电源电路，其特征在于：还设有吸收电容，吸收电容的一端分别与第二引线端和开关管的漏极连接，另一端与控制单元的接地端连接。

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