CN219875496U - 0～3kV可调精密DC-DC转换器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及0～3kV可调精密DC‑DC转换器，包括壳体和转换电路，所述转换电路包括依次连接的输入滤波电路、振荡升压电路、倍压电路和输出滤波电路，所述振荡升压电路包括升压变压器，其中所述输入滤波电路连接所述DC‑DC转换器的电源输入端子，所述输出滤波电路连接所述DC‑DC转换器的高压输出端子。所述转换电路还包括采样电路、输出保护电路和控制电路。本申请的所述DC‑DC转换器能够减小高压电源模块的体积，简化其结构，提高其模块化程度，增强过流过压保护，从而提高所述高压电源的工作稳定性，减小其维修难度，降低其使用成本。

Description

0～3kV可调精密DC-DC转换器

技术领域

本申请一般地涉及DC-DC转换器技术领域，尤其涉及0～3kV可调精密DC-DC转换器。

背景技术

DC-DC转换器为将输入直流电压转换为输出直流电压的电压转换器。根据输入直流电压与输出直流电压的电平高低关系的不同，DC/DC转换器分为三类：升压型DC-DC转换器、降压型DC-DC转换器以及升降压型DC-DC转换器。目前DC-DC转换器广泛应用于汽车、计算机、手机、显示器、数码相机、便携式媒体播放器等产品中。

DC-DC转换器可用作高压电源模块，为负载提供在0V至±3000V范围内连续可调的直流高压输出。现有技术中的大部分同电压等级的升压高压电源模块体积大，结构复杂，模块化程度低，过流过压保护不完善，导致工作稳定性低，维修难度大，使用成本高昂。

实用新型内容

为了解决现有技术中的上述一个或多个技术问题，本申请提供了0～3kV可调精密DC-DC转换器，以减小高压电源模块的体积，简化其结构，提高其模块化程度，关键电路均采用高精密元器件，提高高压电源的精度，增强过流过压保护，从而提高高压电源的工作稳定性，减小其维修难度，降低其使用成本。

本申请提供了0～3kV可调精密DC-DC转换器，包括壳体和转换电路，所述转换电路包括依次连接的输入滤波电路、振荡升压电路、倍压电路和输出滤波电路，所述振荡升压电路包括升压变压器，其中所述输入滤波电路连接所述DC-DC转换器的电源输入端子，所述输出滤波电路连接所述DC-DC转换器的高压输出端子。所述转换电路还包括采样电路、输出保护电路和控制电路。所述采样电路包括电压采样电路及电流采样电路，用以采集所述DC-DC转换器的输出电压及电流；所述输出保护电路用以防止所述DC-DC转换器的输出电压电流太大而引起的损坏；所述控制电路主要用以控制所述DC-DC转换器的开关频率而使其正常工作；所述倍压电路为八级倍压电路，包括第二至第九电容器、第一至第八二极管。其中每级倍压包含相串联的电容器及二极管各一只，然后按照极性相加的原理串接起来以达到倍压的目的，第一级倍压电路连接所述升压变压器的次级线圈以输入经升压后的电压，第八级倍压电路输出八倍电压。所述倍压电路中的二极管极性根据所述DC-DC转换器输出电压的极性可进行对应调整。

在一个实施例中，所述输入滤波电路包括第一电感器和第一电容器，其中所述第一电感器连接所述DC-DC转换器的电源输入正端子，另一端连接所述第一电容器，其连接点为所述输入滤波电路的输出端，所述第一电容另一端接地。

在一个实施例中，所述振荡升压电路为单端反击式振荡电路，还包括第一场效应管，所述升压变压器的初级线圈一端连接所述输入滤波电路的输出端，另一端连接所述第一场效应管的漏极；所述第一场效应管的栅极连接所述控制电路输出，源极接地；所述升压变压器的次级线圈作为升压变压器的输出端。

在一个实施例中，所述输出滤波电路包括第一电阻器、第二电阻器、第十电容器以及第十一电容器，其中所述第一及第二电阻器串联，所述第一电阻器一端连接所述倍压电路的输出端，所述第二电阻器的一端连接所述DC-DC转换器的所述高压输出端子，所述第十电容器一端连接第一、第二电阻器的串联节点，另一端连接所述升压变压器次级线圈的虚拟地，所述第十一电容器连接所述DC-DC转换器的高压输出两端。

在一个实施例中，所述采样电路包括电压采样电路和电流采样电路两部分。所述电压采样电路包括第一运算放大器、第三电阻器、第四电阻器、第五电阻器以及第十二电容器。其中所述第三电阻器一端连接所述输出滤波电路的输出端，另一端连接所述第四电阻器一端，其节点输入到所述第一运算放大器的同相输入端，所述第四电阻器的另一端接地；所述第五电阻器的一端连接所述第一运算放大器的反相输入端，另一端接地；所述第十二电容器连接所述第一运算放大器的反相输入端及输出端，所述第一运算放大器的输出端连接所述DC-DC转换器的电压采样输出端子。所述电流采样电路包括第二运算放大器、第六电阻器、第七电阻器、第八电阻器以及第十三电容器。所述第六、第七电阻器一端连接，节点连接所述升压变压器次级线圈的虚拟地一端，所述第六电阻器的另一端接地，所述第七电阻器的另一端连接所述第二运算放大器的反相输入端，所述第八电阻器的一端连接所述第二运算放大器的同相输入端，另一端接地，所述第十三电容器连接所述第二运算放大器的反相输入端及输出端，所述第二运算放大器的输出端连接所述DC-DC转换器的电流采样输出端子。

在一个实施例中，所述输出保护电路包括第一逻辑单元、第一基准单元、第三运算放大器以及第十四电容器。所述第一逻辑单元的输入端连接所述电压及电流采样电路的输出端，输出端连接所述第三运算放大器的反相输入端，所述第一基准单元连接所述第三运算放大器的同相输入端，所述第十四电容器连接所述第三运算放大器的反相输入端及输出端。

在一个实施例中，所述控制电路包括控制芯片及其外围电路，所述控制电路的输入端包括：所述输出保护电路的输出端以及所述DC-DC转换器的电压调节输入端子Vadj。所述控制电路的输出端Vref连接所述DC-DC转换器的基准电压输出端子，Ctrl端连接所述振荡升压电路中第一场效应管的栅极。

在一个实施例中，所述DC-DC转换器的输入电压范围是4.5～7V或11～16V或21～28V，输出电压范围是0V至±3000V。

在一个实施例中，所述壳体的内部填充耐高压导热胶。

本申请的技术方案具有以下有益技术效果：

本申请的0～3kV可调精密DC-DC转换器采用微小型元器件，并采用模块化分区域焊接方式，减小了高压电源模块的体积，并且结构简单，模块化程度高，增强了过流过压保护，从而提高了高压电源的工作稳定性，易于维护维修，降低了其使用成本。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本申请示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本申请的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：

图1是根据本申请实施例的DC-DC转换器的转换电路的结构示意图；

图2是根据本申请实施例的DC-DC转换器的转换电路的输入滤波电路的电路原理图；

图3是根据本申请实施例的DC-DC转换器的转换电路的振荡升压电路的电路原理图；

图4是根据本申请实施例的DC-DC转换器的转换电路的倍压电路的电路原理图；

图5是根据本申请实施例的DC-DC转换器的转换电路的输出滤波电路的电路原理图；

图6是根据本申请实施例的DC-DC转换器的转换电路的采样电路的电路原理图；

图7是根据本申请实施例的DC-DC转换器的转换电路的输出保护电路的电路原理图；

图8是根据本申请实施例的DC-DC转换器的转换电路的控制电路的结构示意图；

图9是根据本申请实施例的DC-DC转换器的转换电路的控制电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域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，都属于本申请保护的范围。

应当理解，当本申请的权利要求、说明书及附图使用术语“第一”、“第二”等时，其仅是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。所有附图及说明仅针对于高压输出为正电压时，高压输出为负电压时须在内部进行少许调整，在此不另行说明。本申请的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

本申请提供了0～3kV可调精密DC-DC转换器，包括壳体和转换电路。图1是根据本申请实施例的DC-DC转换器的转换电路的结构示意图。如图1所示，所述转换电路包括依次连接的输入滤波电路、振荡升压电路、倍压电路、输出滤波电路，所述振荡升压电路包括升压变压器，其中所述输入滤波电路连接所述DC-DC转换器的电源输入端子，所述输出滤波电路连接所述DC-DC转换器的高压输出端子。所述转换电路还包括采样电路、输出保护电路和控制电路。所述采样电路包含电压采样电路和电流采样电路，用以采集所述DC-DC转换器的输出电压和电流信号，并将其通过所述DC-DC转换器的电压采样及电流采样端子进行输出；所述输出保护电路用以防止所述DC-DC转换器的输出电压电流太大而引起的损坏；所述控制电路主要用以控制所述DC-DC转换器的开关频率而使其正常工作。

图2是根据本申请实施例的DC-DC转换器的转换电路的输入滤波电路的电路原理图。如图2所示，所述输入滤波电路包括第一电感器L1和第一电容器C1，其中所述第一电感器L1与所述第一电容器C1连接形成LC滤波电路，连接所述DC-DC转换器的电源输入端子，用以滤除输入直流电压信号中的交流成分，经此LC滤波电路后输出滤波电压Vf。

图3是根据本申请实施例的DC-DC转换器的转换电路的振荡升压电路的电路原理图。如图3所示，所述振荡升压电路为单端反击式振荡电路，还包括第一场效应管Q1，所述升压变压器的初级线圈一端连接所述输入滤波电路的输出端Vf，另一端连接所述第一场效应管Q1的漏极；所述第一场效应管Q1的源极接地，栅极连接所述控制电路的Ctrl输出端，以通过调整Q1的开关频率来控制所述高压输出；所述升压变压器的次级线圈作为升压变压器的输出端Vr和Vg。

图4是根据本申请实施例的DC-DC转换器的转换电路的倍压电路的电路原理图。如图4所示，所述倍压电路为八级倍压电路，其中每级倍压包含相串联的电容器及二极管各一只，然后按照极性相加的原理串接起来以达到倍压的目的，所述第一级倍压电路连接所述升压变压器的次级线圈Vr端以输入经升压后的电压，所述第八级倍压电路输出八倍压电压Vm。所述倍压电路过所述二极管的开关和所述电容器的放电来进行放大。在本实施例中，所述倍压电路为八倍压电路，输出为正电压。应当理解，根据所需输出电压的大小，所述倍压电路也可以为其他倍压电路，如二倍压电路；亦可输出为负电压，需将所述二极管方向进行调整，本申请对此不作特别限定。

图5是根据本申请实施例的DC-DC转换器的转换电路的输出滤波电路的电路原理图。如图5所示，所述输出滤波电路包括第一电阻器R1、第二电阻器R2第十电容器C10以及第十一电容器C11。其中所述第一电阻器R1与第十电容器C10构成第一级RC滤波电路连接所述倍压电路的输出端Vm及Vg，第二电阻器R2及第十一电容器C11构成第二级RC滤波电路连接所述DC-DC转换器的所述高压输出端子。所述输出滤波电路用于滤除所述高压电压信号的交流成分。

图6是根据本申请实施例的DC-DC转换器的转换电路的电压采样电路的电路原理图。如图6所示，所述电压采样电路包括第一运算放大器U1、第三电阻器R3、第四电阻器R4、第五电阻器R5以及第十二电容器C12。其中所述第三电阻器R3和第四电阻器R4对所述高压输出电压Vout进行分压取样后输入到所述第一运算放大器U1的同相输入端，所述第一运算放大器U1的反相输入端通过第五电阻器R5接地，所述第十二电容器C12连接所述第一运算放大器U1的反相输入端及输出端以形成反馈，所述第一运算放大器U1的输出端Vs通过所述DC-DC转换器的电压采样输出端子将电压采样信号送出，同时也输入到所述输出保护电路中。

图7是根据本申请实施例的DC-DC转换器的转换电路的电流采样电路的电路原理图。如图7所示，所述电流采样电路包括第二运算放大器U2、第六电阻器R6、第七电阻器R7、第八电阻器R8以及第十三电容器C13。所述第六电阻器R6连接所述升压变压器次级线圈的Vg端进行电流采样后，通过第七电阻器R7输入所述第二运算放大器U2的反相输入端，所述第二运算放大器U2的同相输入端通过所述第八电阻器R8接地，所述第十三电容器C13连接所述第二运算放大器U2的反相输入端及输出端以形成反馈，所述第二运算放大器U2的输出端Is通过所述DC-DC转换器的电流采样输出端子将电流采样信号送出，同时也输入到所述输出保护电路中。

图8是根据本申请实施例的DC-DC转换器的转换电路的输出保护电路的电路原理图。如图8所示，所述输出保护电路包括第一逻辑单元S1、第一基准单元V1、第三运算放大器U3以及第十四电容器C14。所述第一逻辑S1单元的输入端连接所述电压及电流采样电路的输出端Vs和Is，将其送入所述第三运算放大器U3的反相输入端，所述第一基准单元V1将所设定的基准信号送入所述第三运算放大器U3的同相输入端，所述第十四电容器C14连接所述第三运算放大器U3的反相输入端及输出端形成反馈，经处理后输出保护信号Vpo，将其送入所述控制电路中。以防止所述DC-DC转换器的输出电压或电流过大而引起的损坏。

图9是根据本申请实施例的DC-DC转换器的转换电路的控制电路的结构示意图。如图9所示，所述控制电路包括控制芯片及其外围电路，输入信号输出保护信号Vpo以及外部输入的电压调节信号Vadj，以对保护信号和用户需要进行接收处理。输出信号有送到外部的参考电压Vref，供用户调节输出高压时使用；另有控制信号Ctrl连接所述振荡升压电路中的第一场效应管Q1的栅极，以控制振荡升压电路的开关频率，从而调节输出结果，使其达到用户设定目标且保护所述DC-DC转换器本身。

在一个实施例中，所述DC-DC转换器的输入电压范围是4.5～7V或11～16V或21～28V，输出电压范围是0V至±3000V。所述输出电压在所述输出电压范围内可调，用户可通过电压调节或电位器调节两种方式调节所述输出高压的幅值。

在一个实施例中，所述壳体为全金属屏蔽结构，所述壳体的外形尺寸为50.8×25.4×10.16mm，重量为35克左右。所述金属壳可以是铜壳或铝壳。所述DC-DC转换器的端子数量可以是八个。所述转换电路内部采用微小型元器件，采用SMT工艺焊接，控制与驱动分区域焊装，结构布局合理，从而减小所述转换器的体积。

在一个实施例中，所述壳体的内部填充耐高压导热胶，以加快所述转化电路运行过程中产生的热量的散发。

在一个实施例中，所述DC-DC转换器的端子插针采用镀金插针，以保证其高绝缘高耐压特性及低损耗特性。

以上通过具体实施例详细描述了本申请的所述DC-DC转换器的结构。在使用过程中，输入电压经滤波处理后由控制电路控制其振荡频率，再经升压倍压电路后输出高压，再次进行滤波处理后最终输出。同时，输出高压经采样电路反馈到控制回路中，以获得稳定输出，并提供采样数据输出功能。另外，所述DC-DC转换器具有输出保护电路，以提供过流或过压保护功能。

本申请的DC-DC转换器采用微小型元器件，并采用模块化分区域焊接方式，减小了高压电源模块的体积，并且结构简单，采用模块化设计，模块化程度高，关键器件采用高精密元件，提高了高压电源的精度，增强了过流过压保护，从而提高了高压电源的工作稳定性，易于维护维修，降低了其使用成本。

根据本说明书的上述描述，本领域技术人员还可以理解如下使用的术语，例如“上”、“下”等指示方位或位置关系的术语是基于本说明书的附图所示的方位或位置关系的，其仅是为了便于阐述本申请的方案和简化描述的目的，而不是明示或暗示所涉及的装置或元件必须要具有所述特定的方位、以特定的方位来构造和进行操作，因此上述的方位或位置关系术语不能被理解或解释为对本申请方案的限制。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1. 0～3kV可调精密DC-DC转换器，包括壳体和转换电路，其特征在于，所述转换电路包括依次连接的输入滤波电路、振荡升压电路、倍压电路和输出滤波电路，所述振荡升压电路包括升压变压器，其中所述输入滤波电路连接所述DC-DC转换器的电源输入端子，所述输出滤波电路连接所述DC-DC转换器的高压输出端子；

所述转换电路还包括采样电路、输出保护电路和控制电路，所述采样电路包括电压采样电路和电流采样电路，所述电压采样电路采集所述DC-DC转换器的输出电压信号并输出到所述DC-DC转换器的电压采样输出端子，所述电流采样电路采集所述DC-DC转换器的输出电流信号并输出到所述DC-DC转换器的电流采样输出端子；所述输出保护电路的输入端连接所述采样电路的输出端，输出端信号送入所述控制电路，以防止所述DC-DC转换器的电压或电流过大而损坏；所述控制电路连接所述振荡升压电路，以控制所述振荡升压电路的开关频率；

所述倍压电路为八级倍压电路，包括第二至第九电容器、第一至第八二极管，其中每级倍压包含相串联的电容器及二极管各一只，然后按照极性相加的原理串接起来以达到倍压的目的，第一级倍压电路连接所述升压变压器的次级线圈以输入经升压后的电压，第八级倍压电路输出八倍电压。

2.根据权利要求1所述的0～3kV可调精密DC-DC转换器，其特征在于，所述输入滤波电路包括第一电感器和第一电容器，其中所述第一电感器连接所述DC-DC转换器的电源输入正端子，另一端连接所述第一电容器，其连接点为所述输入滤波电路的输出端，所述第一电容另一端接地。

3.根据权利要求1所述的0～3kV可调精密DC-DC转换器，其特征在于，所述振荡升压电路为单端反击式振荡电路，还包括第一场效应管，所述升压变压器的初级线圈一端连接所述输入滤波电路的输出端，另一端连接所述第一场效应管的漏极；所述第一场效应管的栅极连接所述控制电路输出，源极接地；所述升压变压器的次级线圈作为升压变压器的输出端。

4.根据权利要求1所述的0～3kV可调精密DC-DC转换器，其特征在于，所述输出滤波电路包括第一电阻器、第二电阻器、第十电容器以及第十一电容器，其中所述第一及第二电阻器串联，所述第一电阻器一端连接所述倍压电路的输出端，所述第二电阻器的一端连接所述DC-DC转换器的所述高压输出端子，所述第十电容器一端连接第一、第二电阻器的串联节点，另一端连接所述升压变压器次级线圈的虚拟地，所述第十一电容器连接所述DC-DC转换器的高压输出两端。

5.根据权利要求1所述的0～3kV可调精密DC-DC转换器，其特征在于，所述采样电路包括电压采样电路和电流采样电路，其中所述电压采样电路包括第一运算放大器、第三电阻器、第四电阻器、第五电阻器以及第十二电容器，其中所述第三电阻器一端连接所述输出滤波电路的输出端，另一端连接所述第四电阻器一端，其节点输入到所述第一运算放大器的同相输入端，所述第四电阻器的另一端接地；所述第五电阻器的一端连接所述第一运算放大器的反相输入端，另一端接地；所述第十二电容器连接所述第一运算放大器的反相输入端及输出端，所述第一运算放大器的输出端连接所述DC-DC转换器的电压采样输出端子；所述电流采样电路包括第二运算放大器、第六电阻器、第七电阻器、第八电阻器以及第十三电容器，其中所述第六、第七电阻器一端连接，节点连接所述升压变压器次级线圈的虚拟地一端，所述第六电阻器的另一端接地，所述第七电阻器的另一端连接所述第二运算放大器的反相输入端，所述第八电阻器的一端连接所述第二运算放大器的同相输入端，另一端接地，所述第十三电容器连接所述第二运算放大器的反相输入端及输出端，所述第二运算放大器的输出端连接所述DC-DC转换器的电流采样输出端子。

6.根据权利要求1所述的0～3kV可调精密DC-DC转换器，其特征在于，所述输出保护电路包括第一逻辑单元、第一基准单元、第三运算放大器以及第十四电容器，其中所述第一逻辑单元的输入端连接所述电压及电流采样电路的输出端，输出端连接所述第三运算放大器的反相输入端，所述第一基准单元连接所述第三运算放大器的同相输入端，所述第十四电容器连接所述第三运算放大器的反相输入端及输出端。

7.根据权利要求1所述的0～3kV可调精密DC-DC转换器，其特征在于，所述控制电路包括控制芯片及其外围电路，所述控制电路的输入端包括：所述输出保护电路的输出端以及所述DC-DC转换器的电压调节输入端子Vadj；所述控制电路的输出端Vref连接所述DC-DC转换器的基准电压输出端子，Ctrl端连接所述振荡升压电路中第一场效应管的栅极。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的0～3kV可调精密DC-DC转换器，其特征在于，所述DC-DC转换器的输入电压范围是4.5～7V或11～16V或21～28V，输出电压范围是0V至±3000V。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的0～3kV可调精密DC-DC转换器，其特征在于，所述壳体的内部填充耐高压导热胶。