CN218648734U - 一种小功率高压恒压源电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种小功率高压恒压源电路，包括变压器、三个副边电源电路、隔离二极管、可控开关和控制电路；第一副边电源电路的负极接第三副边电源电路的正极，第三副边电源电路的正极接隔离二极管的阳极，隔离二极管的阴极接恒压源输出端的正极，第三副边电源电路的负极接恒压源输出端的负极；第二副边电源电路的正极通过隔离电阻接比较器的同相输入端，比较器的同相输入端通过可变电阻接第三副边电源电路的负极，比较器的反相输入端和第二副边电源电路的负极接恒压源输出端的正极；比较器的输出端接可控开关的控制端，可控开关接在第一副边电源电路输出端的正极与隔离二极管的阴极之间。本实用新型的电压输出可调范围较宽。

Description

一种小功率高压恒压源电路

[技术领域]

本实用新型涉及高压恒压源，尤其涉及一种小功率高压恒压源电路。

[背景技术]

小功率高压恒压源指5W-50W功率，电压范围400-1000V输出的一种可调恒压源。小功率高压恒压源可用于高压400-1000V直流输出小功率场景。

传统的小功率高压恒压源，对市电整流滤波后，由PFC电路进行BOOST升压，通过PWM调制模式控制。受限于最大占空比，输出电压可调节的范围窄，精度较差，电路复杂，只能用于小功率场景，大功率场景将导致器件损耗增加，寿命降低。

[发明内容]

本实用新型要解决的技术问题是提供一种电压输出可调范围较宽、的小功率高压恒压源电路。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是，一种小功率高压恒压源电路，包括恒压源交流输入端、变压器、恒压源直流输出端、三个副边电源电路、隔离二极管、可控开关和控制电路；变压器包括三个副边绕组，副边电源电路包括变压器所述的副边绕组和对应的整流滤波电路，整流滤波电路的输入端接对应的副边绕组，整流滤波电路的输出端为副边电源电路的输出端；第一副边电源电路输出端的负极接第三副边电源电路输出端的正极，第三副边电源电路输出端的正极接隔离二极管的阳极，隔离二极管的阴极接恒压源直流输出端的正极，第三副边电源电路输出端的负极接恒压源直流输出端的负极；控制电路包括比较器、可变电阻和隔离电阻，第二副边电源电路输出端的正极通过隔离电阻接比较器的同相输入端，比较器的同相输入端通过可变电阻接第三副边电源电路输出端的负极，比较器的反相输入端和第二副边电源电路输出端的负极接恒压源直流输出端的正极；比较器的输出端接可控开关的控制端，可控开关的第一端接第一副边电源电路输出端的正极，可控开关的第二端接隔离二极管的阴极。

以上所述的小功率高压恒压源电路，控制电路包括稳压管，隔离电阻包括串联的第六电阻和第七电阻，第六电阻和第七电阻串联的连接点接稳压管的阴极，稳压管的阳极接恒压源直流输出端的正极。

以上所述的小功率高压恒压源电路，包括第一下拉电阻、第一限流电阻和过流保护三极管、比较器的输出端通过第一限流电阻接可控开关的控制端；可控开关的第二端通过第一下拉电阻接隔离二极管的阴极；过流保护三极管的基极接可控开关的第二端，集电极接可控开关的控制端，发射极接隔离二极管的阴极。

以上所述的小功率高压恒压源电路，可控开关包括第一NPN三极管，比较器的输出端接第一PNP三极管的基极，第一PNP三极管的集电极接第一副边电源电路输出端的正极，第一PNP三极管的发射极接隔离二极管的阴极。

以上所述的小功率高压恒压源电路，所述的整流滤波电路包括两个整流二极管和两个滤波电容，第一整流二极管的阳极接副边绕组的第一端，阴极接副边电源电路输出端的正极；第二整流二极管的阴极接副边绕组的第一端，阳极接副边电源电路输出端的负极；两个滤波电容串联后接在阴极接副边电源电路输出端的正极与负极之间，副边绕组的第二端接两个滤波电容串联的连接点。

以上所述的小功率高压恒压源电路，可控开关包括第三NPN三极管、第四 NPN三极管和第八二极管，第三NPN三极管的集电极接第一副边电源电路输出端的正极，第三NPN三极管的发射极接第四NPN三极管的集电极，第四NPN三极管的发射极接隔离二极管的阴极；第八二极管的阳极接第二副边电源电路输出端的正极，阴极通过第一基极电阻接第三NPN三极管的基极，第三NPN三极管的基极通过第一上拉电阻接第三NPN三极管的集电极，通过第二下拉电阻接第四NPN三极管的发射极；第四NPN三极管的基极接比较器的输出端。

以上所述的小功率高压恒压源电路，可控开关包括第五NPN三极管、第六 NPN三极管、第七NPN三极管和第九二极管，第五NPN三极管的集电极接第二副边电源电路输出端的正极，基极接比较器的输出端；第五NPN三极管的发射极接第九二极管的阳极，并通过第二基极电阻接第六NPN三极管的基极；第九二极管的阴极接第七NPN三极管的基极，第七NPN三极管的集电极接第一副边电源电路输出端的正极，发射极接隔离二极管的阴极；第六NPN三极管的集电极通过集电极电阻接第七NPN三极管的集电极，第六NPN三极管的发射极接隔离二极管的阴极；第七NPN三极管的基极通过第三下拉电阻接第七NPN三极管的发射极。

以上所述的小功率高压恒压源电路，所述的比较器为运放比较器。

本实用新型恒压源电路相比较于现有的恒压源电压输出可调范围较宽。

[附图说明]

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型实施例1小功率高压恒压源电路的电路图。

图2是和差式电源原理的原理图。

图3是本实用新型实施例2可控开关的电路图。

图4是本实用新型实施例3可控开关的电路图。

[具体实施方式]

本实用新型实施例1小功率高压恒压源电路的结构如图1所示，包括恒压源交流输入端、变压器T1、恒压源直流输出端、三个副边电源电路、隔离二极管D7、可控开关、过流保护三极管Q2和控制电路。变压器T1包括原边绕组A、副边绕组B、副边绕组C和副边绕组D。原边绕组A的输入端接恒压源交流输入端的L引脚和N引脚。本实用新型实施例1中的可控开关采用第一NPN三极管 Q1。

副边电源电路包括变压器T1的一个副边绕组和对应的整流滤波电路，整流滤波电路的输入端接对应的副边绕组，整流滤波电路的输出端为副边电源电路的输出端。

三个副边电源电路的结构相同，只是参数不同。现以第一副边电源电路为例进行说明，第一副边电源电路的整流滤波电路包括整流二极管D1、整流二极管D2、滤波电容C1和滤波电容C2。整流二极管D1的阳极接副边绕组B的第一端，阴极接第一副边电源电路输出端的正极。整流二极管D2的阴极接副边绕组 B的第一端，阳极接副边电源电路输出端的负极。两个滤波电容C1和C2串联后接在阴极接副边电源电路输出端的正极与负极之间，副边绕组B的第二端接两个滤波电容C串联的连接点。

第二副边电源电路的整流滤波电路与副边绕组C连接；第三副边电源电路的整流滤波电路与副边绕组D连接。

第一副边电源电路输出端的负极接第三副边电源电路的正极，第三副边电源电路的正极接隔离二极管D7的阳极，隔离二极管D7的阴极接恒压源直流输出端的正极VC，第三副边电源电路的负极接恒压源直流输出端的负极。

控制电路包括比较器U1-A、稳压管Z1、可变电阻和隔离电阻。可变电阻包括串接的电阻R4、电阻R5和可变电阻器R2，隔离电阻包括串联的第六电阻R6 和第七电阻R7。比较器U1-A采用运算放大器OP07。

第二副边电源电路输出端的正极+V通过串联的第六电阻R6和第七电阻R7 接比较器U1-A的同相输入端，比较器U1-A的同相输入端通过可变电阻接第三副边电源电路的负极(恒压源直流输出端的负极)，比较器U1-A的反相输入端和第二副边电源电路输出端的负极-V接恒压源直流输出端的正极VC。

第六电阻R6和第七电阻R7串联的连接点接稳压管Z1的阴极，稳压管Z1 的阳极接恒压源直流输出端的正极VC。

比较器U1-A的输出端通过第一限流电阻R3接第一PNP三极管Q1的基极，第一PNP三极管Q1的集电极接第一副边电源电路输出端的正极，第一PNP三极管Q1的发射极通过第一下拉电阻R1接隔离二极管D7的阴极。过流保护三极管Q2的基极接第一PNP三极管Q1的发射极，过流保护三极管Q2的集电极接可控开关的控制端，发射极接隔离二极管D7的阴极。

本实用新型实施例1小功率高压恒压源电路的工作原理如下，通过变压器 T1把市电升压整流后得到固定直流电压值，再通过电压调节控制电路进行变压处理，为了保护器件，设置了最大功率上限。

控制高电压的部分一般可以使用高耐压晶体管或者功率MOS管。原理如下， T1为低频交流变压器，VA为变压后高压400V左右。在经过整流的电压VA之上，累加具有输出范围在0-400V的恒压电路的输出VB，然后连接以达到其合计为恒定电压VC。

交流市电220Vac通过低频变压器T1变压之后，副边绕组D整流滤波得到一个约为400V的固定直流电压VA。通过调节可变电阻器R2的阻值，得到运放 U1-A同相输入端不同的分压比(此电压在30V内)，与反相输入端比较，得到运放线性输出电压，调节三极管Q1导通状态，根据需要三极管Q1共有3种状态，截止、放大、以及饱和状态；本实施例主要通过副边绕组B的电压获得调压。因为VC＝VA+VB，VA为固定电压，VB为可调节电压，从而实现VC电压输出的调节，调节范围为400V-800V。

因此，恒压电路部分的实际负担电压为400V，而输出有可以获得恒压为800V 的特征，这种方式称为和差式。和差式方式已经广泛应用，且较为成熟。和差式恒压电源的原理如图2所示，

VB的可变范围可以按如下方式变化。比如，100V的改变，要通过改变可变电阻器R2的阻值进行；大范围的改变，则需要改变成为累加电压VA。超负荷保护由通过过流保护三极管Q2获得的电流限制特性和二极管D7实现，对于额定电流以上的负载，VB几乎为零，D7导通，就像普通整流电路一样。

变压器T1为低频变压器，多路输出，原边输入电压为交流市电230Vac。原边绕组A和副边绕组D的匝比为1：0.6，这样副边B倍压整流之后得到的电压约为400Vdc，同理，原边绕组A和副边绕组B的匝比同样取1：0.6，得到倍压整流后的电压也是400Vdc。原边绕组A和副边绕组C的匝比可以取22：1，得到+V和-V的电压约为+15V和-15V。+V和-V作为运放的供电电压。

二极管D1-D7可以选用额定电压为1000V的整流二极管，额定电流1A即可。

三极管Q1选用高压功率NPN晶体管，型号2SC642。该晶体管的最大功耗 50W，集电极最大允许电流1A，集电极-基极击穿电压1100V。并增大散热器保持良好散热条件。

三极管Q2选用小信号NPN三极管即可，这里选用MBT4401。40V耐压值， 600mA最大Ic电流。

运放U1-A选用OP07，精度较高。供电±15V。

稳压管Z1为30V齐纳二极管，保护运放输入电压不至于过高。

电解电容需选择450V耐压值，两个相同电容串联使用后耐压值可以提高一倍，因为功率较小容值可以适当取小。

本实用新型实施例2小功率高压恒压源电路的结构如图1和图3所示，实施例2小功率高压恒压源电路的结构与实施例1小功率高压恒压源电路结构的区别仅在于可控开关的不同。

如图3所示，本实用新型实施例2的可控开关包括第三NPN三极管Q3、第四NPN三极管Q4和第八二极管D8，第三NPN三极管Q3的集电极的引脚C接第一副边电源电路输出端的正极，第三NPN三极管Q3的发射极接第四NPN三极管Q4的集电极，第四NPN三极管Q4的发射极的引脚E通过第一下拉电阻R1接隔离二极管D7的阴极。第八二极管D8的阳极接第二副边电源电路输出端的正极+V，阴极通过第一基极电阻R8接第三NPN三极管Q3的基极，第三NPN三极管Q3的基极通过第一上拉电阻R9接第三NPN三极管Q3的集电极，通过第二下拉电阻R10接第四NPN三极管Q4的发射极。第四NPN三极管Q4的基极的引脚 B通过第一限流电阻R3接比较器U1-A的输出端。

实施例2的可控开关，使用三NPN三极管Q3和第四NPN三极管Q4串联，可以达到较好的分压效果。VB的电压，三NPN三极管Q3和第四NPN三极管Q4各承担一半。有利于小功率高压恒压源电路扩大输出电压的范围。如果串联更多晶体管也可以扩大电压的控制范围。使用功率MOS管也可以实现电压范围的扩大。

本实用新型实施例3小功率高压恒压源电路的结构如图1和图4所示，实施例3小功率高压恒压源电路的结构与实施例1小功率高压恒压源电路结构的区别仅在于可控开关的不同。

如图4所示，本实用新型实施例3的可控开关包括第五NPN三极管Q1、第六NPN三极管Q3、第七NPN三极管Q4和第九二极管D8，第五NPN三极管Q1 的集电极接第二副边电源电路输出端的正极+V，第五NPN三极管Q1基极的引脚 B通过第一限流电阻R3接比较器U1-A的输出端。第五NPN三极管Q1的发射极接第九二极管D8的阳极，并通过第二基极电阻R8接第六NPN三极管Q3的基极。第九二极管D8的阴极接第七NPN三极管Q4的基极，第七NPN三极管Q4的集电极的引脚C接第一副边电源电路输出端的正极，与第七NPN三极管Q4发射极连接的引脚E通过通过第一下拉电阻R1接隔离二极管D7的阴极。第六NPN三极管Q3的集电极通过集电极电阻R4接第七NPN三极管Q4的集电极，第六NPN 三极管Q3的发射极与第七NPN三极管Q4的发射极连接。第七NPN三极管Q4 的基极通过第三下拉电阻R10接第七NPN三极管Q4的发射极。

本实用新型实施例3的可控开关使用并联晶体管可以增大电流容量，第六 NPN三极管Q3和第七NPN三极管Q4不是单纯的并联，比较器发出的控制信号从B引脚进入，通过作为射极跟随器的第五NPN三极管Q1，加到第六NPN三极管Q3和第七NPN三极管Q4基极上。在控制信号电流较小的时候，由于电阻R8 中的电压下降达不到D8的限制之0.6V，第七NPN三极管Q4截止，只有第六 NPN三极管Q3工作。当第六NPN三极管Q3从截止到饱和变化的时候，C引脚 -E引脚之间的网络内阻从开路到电阻R4阻值之间变化。第六NPN三极管Q3饱和后，这时候通过D8电流开始分流流入第七NPN三极管Q4基极。第七NPN三极管Q4开始导通，第七NPN三极管Q4到达到饱和之前，C引脚-E引脚之间的网络内阻内阻从电阻R4的阻值开始变化直到基本为0。

在实际应用中，这两个过程是不间断，连续发生的。首先，电阻R4串联接第六NPN三极管Q3中，第七NPN三极管Q4开路。然后，第六NPN三极管Q3 饱和，电阻R4并联接入第七NPN三极管Q4因此，两个过程可以逐渐增大电源功率。

本实用新型以上实施例的小功率高压恒压源电路对现有技术的小功率高压恒压源电路进行了扩充补强，输出电压和输出功率可以通过可变电阻进行调节。扩大了输出电压的调节范围，并增大了输出功率、本实用新型以上实施例通过简单的三极管控制电路实现了电压和电流范围的扩大，电路易于实现，成本较低。

Claims (8)

1.一种小功率高压恒压源电路，其特征在于，包括恒压源交流输入端、变压器、恒压源直流输出端、三个副边电源电路、隔离二极管、可控开关和控制电路；变压器包括三个副边绕组，副边电源电路包括变压器所述的副边绕组和对应的整流滤波电路，整流滤波电路的输入端接对应的副边绕组，整流滤波电路的输出端为副边电源电路的输出端；第一副边电源电路输出端的负极接第三副边电源电路输出端的正极，第三副边电源电路输出端的正极接隔离二极管的阳极，隔离二极管的阴极接恒压源直流输出端的正极，第三副边电源电路输出端的负极接恒压源直流输出端的负极；控制电路包括比较器、可变电阻和隔离电阻，第二副边电源电路输出端的正极通过隔离电阻接比较器的同相输入端，比较器的同相输入端通过可变电阻接第三副边电源电路输出端的负极，比较器的反相输入端和第二副边电源电路输出端的负极接恒压源直流输出端的正极；比较器的输出端接可控开关的控制端，可控开关的第一端接第一副边电源电路输出端的正极，可控开关的第二端接隔离二极管的阴极。

2.根据权利要求1所述的小功率高压恒压源电路，其特征在于，控制电路包括稳压管，隔离电阻包括串联的第六电阻和第七电阻，第六电阻和第七电阻串联的连接点接稳压管的阴极，稳压管的阳极接恒压源直流输出端的正极。

3.根据权利要求1所述的小功率高压恒压源电路，其特征在于，包括第一下拉电阻、第一限流电阻和过流保护三极管、比较器的输出端通过第一限流电阻接可控开关的控制端；可控开关的第二端通过第一下拉电阻接隔离二极管的阴极；过流保护三极管的基极接可控开关的第二端，集电极接可控开关的控制端，发射极接隔离二极管的阴极。

4.根据权利要求1所述的小功率高压恒压源电路，其特征在于，可控开关包括第一NPN三极管，比较器的输出端接第一PNP三极管的基极，第一PNP三极管的集电极接第一副边电源电路输出端的正极，第一PNP三极管的发射极接隔离二极管的阴极。

5.根据权利要求1所述的小功率高压恒压源电路，其特征在于，所述的整流滤波电路包括两个整流二极管和两个滤波电容，第一整流二极管的阳极接副边绕组的第一端，阴极接副边电源电路输出端的正极；第二整流二极管的阴极接副边绕组的第一端，阳极接副边电源电路输出端的负极；两个滤波电容串联后接在阴极接副边电源电路输出端的正极与负极之间，副边绕组的第二端接两个滤波电容串联的连接点。

6.根据权利要求1所述的小功率高压恒压源电路，其特征在于，可控开关包括第三NPN三极管、第四NPN三极管和第八二极管，第三NPN三极管的集电极接第一副边电源电路输出端的正极，第三NPN三极管的发射极接第四NPN三极管的集电极，第四NPN三极管的发射极接隔离二极管的阴极；第八二极管的阳极接第二副边电源电路输出端的正极，阴极通过第一基极电阻接第三NPN三极管的基极，第三NPN三极管的基极通过第一上拉电阻接第三NPN三极管的集电极，通过第二下拉电阻接第四NPN三极管的发射极；第四NPN三极管的基极接比较器的输出端。

7.根据权利要求1所述的小功率高压恒压源电路，其特征在于，可控开关包括第五NPN三极管、第六NPN三极管、第七NPN三极管和第九二极管，第五NPN三极管的集电极接第二副边电源电路输出端的正极，基极接比较器的输出端；第五NPN三极管的发射极接第九二极管的阳极，并通过第二基极电阻接第六NPN三极管的基极；第九二极管的阴极接第七NPN三极管的基极，第七NPN三极管的集电极接第一副边电源电路输出端的正极，发射极接隔离二极管的阴极；第六NPN三极管的集电极通过集电极电阻接第七NPN三极管的集电极，第六NPN三极管的发射极接隔离二极管的阴极；第七NPN三极管的基极通过第三下拉电阻接第七NPN三极管的发射极。

8.根据权利要求1所述的小功率高压恒压源电路，其特征在于，所述的比较器为运放比较器。

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