TW201517516A - 無遲延錯誤之高電壓調變 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於一種高電壓電源供應器(10a)。該高電壓電源供應器(10a)具有一電壓變壓器組件(18a)及一放電電路組件(20a)。該電壓變壓器組件(18a)與該放電電路組件(20a)彼此連接。該電壓變壓器組件(18a)經建構以在該高電壓電源供應器(10a)之電壓輸出(High/Low)處無任何遲延錯誤地提供一所需高壓。該放電電路組件(20a)經建構以將在該電壓輸出(High/Low)處無任何遲延錯誤地提供之該高壓(10a)減小至一所需減小高壓。藉此可能以一非常精確的方式控制經由一泡克耳斯盒(Pockels cell)驅動器連接至該高電壓電源供應器(10a)之該電壓輸出(High/Low)的泡克耳斯盒。
Description
本發明係關於用於一泡克耳斯盒之一高壓電源供應器。
一泡克耳斯盒通常用於切換及調變一雷射光束。使用一泡克耳斯盒驅動器來操作泡克耳斯盒。為此，使用接近±1.5kV之一高壓來供應該泡克耳斯盒驅動器。為能夠以一精確方式引導及停止雷射光束，必需能夠無遲延錯誤地調變施加至泡克耳斯盒驅動器之高壓。例如，在鑽孔一盲孔時，必須能夠以一精確方式控制雷射光束以精確控制孔之深度及形狀。然而，在已知高壓電源供應器中在高壓範圍中之操作期間，所要輸出電壓之規格與實際達到之輸出電壓之間之遲延時間(即遲延錯誤)大於250μs。在非常短之處理操作中，此一遲延時間已係處理時間之一顯著比例。
因此，本發明之一目的係將一高壓電源供應器提供給其中在最小可能遲延錯誤下發生高壓範圍中之一電壓調變之一泡克耳斯盒驅動器。
藉由用於具有技術方案1之特徵之一泡克耳斯盒驅動器之一高壓電源供應器來實現此目的。
藉此可能以一非常精確方式控制經由一泡克耳斯盒驅動器連接至高電壓電源供應器之電壓輸出的泡克耳斯盒。
放電電路可係一放電電路組件之部分。放電電路組件可具有複數個放電電路。放電電路組件可進一步具有一受控電壓源。可使用此一受控電壓源啟動放電電路。
並聯連接之電壓變壓器容許幾乎緊接跟隨所要值之一精確且迅速電壓增大。藉由放電電路確保實際上幾乎緊接跟隨所要值之一電壓增大。因此，實際上可藉由根據本發明之高壓電源供應器防止一遲延錯誤。
第一輸出切換電路較佳連接至一第一放電電路且第二輸出切換電路較佳連接至一第二放電電路。由於一放電電路與一輸出切換電路之個別關聯，故可在電壓增大期間以相對於所要值之一尤其即時方式引導電壓。
高壓電源供應器可具有至少一額外電壓變壓器，其電壓輸入與第一電壓變壓器及第二電壓變壓器之電壓輸入並聯連接，額外電壓變壓器之一額外輸出切換電路串聯連接在高壓電源供應器之電壓輸出與連接至一額外放電電路之額外輸出切換電路之間。可藉由額外電壓變壓器及額外放電電路甚至更精確地控制電壓增大及電壓降低期間之電壓。
在本發明之一尤其較佳實施例中，高壓電源供應器具有其電壓輸入並聯連接之四個電壓變壓器，電壓變壓器各具有一輸出切換電路，輸出切換電路各連接至一放電電路且輸出切換電路串聯連接在高壓電源供應器之電壓輸出之間。
較佳提供一控制單元以控制所有電壓變壓器及放電電路。此一中央控制單元容許所有電壓變壓器及放電電路之精確、同時控制。控制單元較佳包括一PI控制器，即具有並聯連接之一比例放大器及一積分器之一控制器。
高壓電源供應器可進一步以在高壓電源供應器之電壓輸出處提供連接至控制單元之一電壓偵測單元為特徵。藉此可能控制輸出電壓。
若電壓偵測單元包括具有串聯連接之複數個電阻之一電壓分配
器，則電壓偵測可結構上變得簡單且提供精確量測值。
具有至少一輸入電容器，尤其並聯連接之複數個輸入電容器之一中間輸入電路可連接至電壓變壓器之電壓輸入之一第一極之上游。
較佳將至少一輸入電容器(尤其所有輸入電容器)建構為一陶瓷電容器。陶瓷電容器由於其低損耗電阻而可經受高效電流負載。陶瓷電容器之老化進一步僅取決於其操作溫度且實質上比習知電解質電容器更不明顯。
至少一輸入電容器(尤其所有輸入電容器)可經組態用於大於100℃之一操作溫度。在此情況下，可考量尤其建構系列X7R、X7S或X8R之一輸入電容器。X7R電容器經指定用於高達125℃之一操作溫度。
至少一肖特基(Schottky)二極體可連接至中間輸入電路之上游。藉此可防止電壓輸入之極性顛倒。肖特基二極體可進一步防止相同電源供應器處操作之兩個高壓電源供應器之間之振盪。
一驅動器可進一步連接至電壓變壓器之上游。較佳以兩個步驟建構驅動器。驅動器可具有一閘極驅動器模組及/或一雙極推/挽級。藉此可以一精確方式控制電壓變壓器。
在本發明之一尤其較佳實施例中，至少一電壓變壓器(尤其所有電壓變壓器)具有一絕緣變壓器。可藉由絕緣變壓器執行一流電分離之電壓傳輸。此外，由於絕緣變壓器之使用，故一中等傳輸比率之非常高的輸出電壓係可能的。
至少一絕緣變壓器(尤其所有絕緣變壓器)可具有一印刷電路板變壓器形式之一儲存變壓器。藉此儲存變壓器之磁連接之線圈之磁場中之經傳輸之能量可以一中間方式儲存。藉由一印刷電路板變壓器形式之儲存變壓器以一最佳方式進一步保護線圈之繞線免於污染及接觸。
至少一電壓變壓器之輸出切換電路較佳在其輸出處具有一輸出
電容器，電壓變壓器經以一方式組態使得在一基本循環中在其電壓輸入處供應至電壓變壓器之能量之至少20%在該基本循環內被引導至輸出電容器中。
以一尤其較佳方式，電壓變壓器之所有輸出切換電路在其輸出處具有一輸出電容器，電壓變壓器經以一方式組態使得在一基本循環中在其電壓輸入處供應至電壓變壓器之能量之至少20%在該基本循環內被引導至輸出電容器中。藉此可以一步驟建構電壓變壓器。以此方式獲得之變壓器拓撲容許一單個循環內之一能量傳輸。對於各個別循環，控制單元可因此直接影響待傳輸之能量。藉此可在電壓增大期間保持遲延錯誤尤其小。
至少一輸出電容器(尤其所有輸出電容器)可係陶瓷電容器之形式。至少一輸出電容器(尤其所有輸出電容器)可具有並聯連接之複數個電容器。
至少一輸出切換電路(尤其所有輸出切換電路)較佳具有一升壓二極體。意欲將根據本發明之升壓二極體理解為一碳化矽(SiC)二極體。升壓二極體尤其經組態用於大於1000V之電壓。其防止電壓變壓器之輸出切換電路之放電。藉此增大電壓輸出處之最大可能電壓。若各輸出切換電路具有一升壓二極體，則防止電壓變壓器之所有輸出切換電路變成放電的。
升壓二極體可直接連接至其輸出切換電路之輸出。各升壓二極體較佳直接連接至其輸出切換電路之輸出。
較佳高壓電源供應器特徵為：一電壓變壓器之至少一輸出切換電路(尤其電壓變壓器之所有輸出切換電路)具有至少一輸出電容器及與輸出電容器並聯連接之至少一放電電阻。藉此可在斷開高壓電源供應器之後，將輸出切換電路(尤其所有輸出切換電路)非常迅速地放電至一不危險低電壓。較佳提供並聯連接之至少兩個放電電阻以確保在
一放電電阻之一缺陷之情況下亦可確保短的放電時間。
高壓電源供應器較佳具有一去磁監測單元。為此，至少一電壓變壓器(尤其所有電壓變壓器)可具有連接至去磁識別單元之一量測繞線。去磁識別單元可具有其輸出連接至電壓變壓器之量測繞線(其繞線係串聯連接)之一比較器。
為容許高壓電源供應器之電壓輸出處之一非常受控且非常迅速之電壓降低，至少一放電電路(尤其所有放電電路)具有一主動受控之電流槽。
電流槽較佳包括連接至相關聯電壓變壓器之輸出切換電路之一電流槽電晶體。
電流槽電晶體可係一MOSFET形式。電流槽電晶體可藉由源極及汲極連接至相關聯電壓變壓器之輸出切換電路。在一雙極電晶體作為一電流槽電晶體之情況下，源極對應於集極，汲極對應於射極，且閘極對應於基極。
一源極電阻、一汲極電阻及/或一閘極電阻可連接至電流槽電晶體(尤其所有電流槽電晶體)。源極電阻及/或基極電阻可具有在2歐姆與100歐姆之間之電阻值。閘極電阻可具有在10歐姆與200歐姆之間之電阻值。可藉由源極電阻調整閘極電壓與放電電壓之間之比率。閘極電阻將電壓變壓器自電流槽去耦合且藉此防止藉由電壓電容器之一輸出電容器之負載之一改變產生之電流槽之振盪。汲極電阻防止個別電流槽在其串聯連接方面彼此影響。
至少一電流槽電晶體之閘極電壓是可經由一變壓器控制的，該閘極連接至變壓器之一第二繞線。藉此可以一無電位方式，將一控制信號傳輸至電流槽電晶體。
可在電流槽電晶體之閘極處提供與一電容器電阻並聯連接之一閘極電容器。電容器電阻將閘極電容器持續放電，且藉此確保可以足
夠速度改變電流槽電晶體之閘極處的電壓。
宜可分別藉由一變壓器、並聯連接之變壓器的第一主要繞線來控制所有電流槽電晶體的閘極電壓。藉此可同時且以一無電位方式，將一控制信號傳輸至所有電流槽電晶體。
至少一變壓器可具有一第二主要繞線。第二主要繞線容許變壓器之去磁。
特定言之，所有變壓器可具有一第二主要繞線，第二主要繞線彼此並聯連接。藉此可能同時去磁所有變壓器。
宜藉由一電壓受控的電壓源來執行一變壓器之第一主要繞線的控制，尤其是各變壓器之第一主要繞線的控制。藉此可能以一非負載方式執行電流槽之控制，尤其是所有電流槽之控制。
電壓受控之電壓源可包括一操作放大器及一雙極推/挽級，操作放大器之輸出連接至推/挽級之輸入且推/挽級之輸出連接至一變壓器之第一主要繞線。藉由操作放大器之輸出至推/挽級之輸入之直接連接增大操作放大器之最大可能輸出電流。
可將推/挽級之輸出進一步饋送回至操作放大器之一輸入，尤其操作放大器之一反相輸入。由於反饋，故可藉由操作放大器直接控制推/挽級之輸出電壓。
可使用一電壓減小或電壓增大信號控制電壓受控之電壓源。電壓減小或電壓增大係指致動放電電路所需之電壓。由於電壓減小或電壓增大，故可強烈減小使用電壓受控之電壓源控制之放電電路之致動時間。
高壓電源供應器之電路較佳配置在一經水冷卻之印刷電路板上，印刷電路板具有一溫度感測器，尤其一LM35溫度感測器。藉此可能藉由印刷電路板之溫度量測冷卻水溫度及相應地控制冷卻水流動。溫度感測器產生按比例隨印刷電路板之溫度改變之一電流。在
LM35溫度感測器之情況下，藉由溫度感測器產生之電流係50μA/℃。
高壓電源供應器可配置在可適配於一連接板模組中之一印刷電路板上，該連接板模組可能在印刷電路板上提供可連接至連接板模組之一短路橋接。藉此可能確保僅在短路橋接閉合(即印刷電路板被正確插入至連接板模組中)時操作高壓電源供應器。連接板模組可具有其上配置或建構一控制及/或調節單元之一印刷電路板。連接板模組可配置在一外殼中或係一外殼之部分。
將自下文參考圖式之本發明之兩個實施例之詳細描述了解本發明之其他特徵及優點，該描述闡述發明之明顯細節及專利申請專利範圍。
圖式中圖解說明之特徵不一定意欲被理解為按比例的且經圖解說明使得可易於明白根據本發明之特性。可個別以其自身或與本發明之變體之任何組合一起執行各種特徵。
圖1係根據本發明之一第一高壓電源供應器10之一電路圖。第一高壓電源供應器10包括適配於一連接板模組14中之一印刷電路板12。為確保印刷電路板12至連接板模組14之正確連接，在印刷電路板12上提供一短路橋接16。
第一高壓電源供應器10包括一電壓變壓器組件18及一放電電路組件20。電壓變壓器組件18、放電電路組件20及連接板模組14藉由所圖解說明之線彼此連接。電壓變壓器組件18自連接板模組14之對應連接汲取一24V供應電壓(24V)及接地(GND)電壓。整個印刷電路板12藉由複數個接觸件汲取接地(GND)及供應電壓+15V及-15V且將其兩者供應至電壓變壓器組件18及放電電路組件20。進一步將來自連接板模組14之對應連接之電力供應給電壓變壓器組件18，其中一3.3V電壓(3.3V)用於具有一去磁比較器36(請參考圖2b)之一去磁識別單元34，且一15V電壓(+15V驅動器)用於一驅動器54(請參考圖2c)。電壓變壓器組件18之驅動器54藉由用於閉合及斷開驅動器54之連接「Driver_Enable」及用於控制驅動器54之連接「Gate_Driver」進一步連接至連接板模組14之對應連接。去磁比較器34之一輸出(Komp)進一步連接至連接板模組14之一對應連接。
在電壓變壓器組件18上提供第一高壓電源供應器10之一電壓輸出22。以「High」及「Low」指定電壓輸出22之極。「High」處之電壓係在0V與2000V之間。「Low」處之電壓係在0V與-2000V之間。電壓輸出22可連接至一泡克耳斯盒驅動器(未顯示)。電壓變壓器組件18在100W至500W(尤其200W)之一放電功率下操作。電壓輸出22之
極(「High」及「Low」)可配置在印刷電路板12上。其等亦可連接至連接板模組14之對應連接(未顯示)。
在電壓變壓器組件18上進一步提供一電壓偵測單元24。以「High_Mess」及「Low_Mess」指定電壓偵測單元24之極。在「High_Mess」處使用一正輸出電壓且在「Low_Mess」處使用一負輸出電壓執行一電壓量測。「Low_Mess」及「High_Mess」處之電壓最大係4V，其中4V對應於最大或最小輸出電壓。
放電電路組件20藉由連接「Curr_Sink_Pos_Reg」且藉由連接「Discharge_Clock」自第一高壓電源供應器10之一控制單元(未顯示)汲取控制循環。
電壓變壓器組件18之輸出切換電路70、70’、70”、70'''(請參考圖2)藉由連接「High」、「Trafol_Sink」、「Trafo2_Sink」、「Trafo3_Sink」及「Low」而連接至放電電路組件20。電壓變壓器組件18之一溫度感測器電路120(請參考圖3)藉由連接「Temp」而進一步連接至連接板模組14之一對應連接。
圖2詳細圖解說明電壓變壓器組件18。電壓變壓器組件18具有一第一電壓變壓器26、一第二電壓變壓器26’、一第三電壓變壓器26”，及一第四電壓變壓器26'''。以絕緣變壓器之形式相同地建構電壓變壓器26、26’、26”、26'''。絕緣變壓器各具有一八層之印刷電路板變壓器形式之一儲存變壓器。印刷電路板變壓器之繞線位於印刷電路板變壓器之印刷電路板內部且藉此經以一最佳方式保護免於污染及接觸。
為簡化之原因，下文在圖2a中僅更詳細描述第一電壓變壓器26。在第一電壓變壓器26之印刷電路板變壓器之兩外層中，存在一第一主要繞線28及一第一量測繞線30。第一量測繞線30用以識別印刷電路板變壓器之去磁。一第一屏蔽繞線33位於第一主要繞線28與第一電壓變壓器26之一第一次要繞線32之間以藉由印刷電路板變壓器之干擾電容
減小電流移位。
如圖2及圖2b中可見，電壓變壓器26、26’、26”、26'''之量測繞線(尤其第一量測繞線30)連接至一去磁識別單元34。根據圖2b，去磁識別單元34包括一比較器36，其輸出連接至電壓變壓器26、26’、26”、26'''之串聯連接之量測繞線(例如，第一量測繞線30)。比較器36監測量測繞線處之電壓之極性，該極性取決於電壓變壓器26、26’、26”、26'''中之電流流動方向(請參考圖2)。藉由兩個Z二極體38、40相對於兩個肖特基二極體42、44之反並聯之串聯連接保護比較器36之輸入免於過度高差分電壓。肖特基二極體42、44之串聯連接確保一足夠上限頻率。可藉由一反饋電阻46調整比較器36之滯後性。
電壓變壓器26、26’、26”、26'''(見圖2)藉由一第一極(節點)48連接至圖2b中圖解說明之一中間輸入電路49。中間輸入電路49具有陶瓷電容器(尤其建構類型X7R)形式之相同輸入電容器，為清楚之原因，僅使用一元件符號指示一第一輸入電容器50及一第二輸入電容器50’。輸入電容器50、50’並聯連接在GND與第一極(節點)48或第二極(節點)48’之間。輸入電容器50、50’具有在自50μF至5000μF之範圍中(尤其在自100μF至1000μF之範圍中)之值。較佳使用30個各10μF之並聯連接之電容器。
為防止輸入電壓(24V/GND)之極性顛倒，將兩個肖特基二極體52、52’連接至中間輸入電路49之上游。若第一高壓電源供應器10(請參考圖1)與一額外電源供應器(未顯示)連接至相同電壓源，則肖特基二極體52、52’進一步防止其等之間之振盪。
電壓變壓器26、26’、26”、26'''(見圖2)進一步連接至一驅動器54(見圖2c)。驅動器54包括一第一主要電晶體56及一第二主要電晶體56’。藉由兩個步驟控制兩個主要電晶體56、56’，用於增大位準之一第一步驟包括一閘極驅動器模組58。閘極驅動器模組58將控制單元
(未顯示)之信號「Gate_Driver」自3.3V增大至15V。在一第二步驟中，藉由一雙極推/挽級60放大閘極驅動器模組58之輸出電流。
一第一電壓分配器62與第一主要電晶體56相關聯，且一第二電壓分配器62’與第二主要電晶體56’相關聯。電壓分配器62、62’具有同樣建構。因此，為了清楚的原因，下文僅更詳細解釋第一電壓分配器62。第一電壓分配器62包括閘極線中之一第一電阻64。閘極線係雙極推/挽級60與第一主要電晶體56之閘極之間的線。閘極線中之第一電阻64具有在自1歐姆至100歐姆之範圍中之一值，其中以使用10歐姆之一值較佳。第一電壓分配器62進一步包括第一主要電晶體56之閘極與源極之間之一第二電阻66及一第三電阻68。亦可藉由一單個電阻來產生並聯連接之電阻66及68。起因於電阻66及68之電阻之值的範圍係在10歐姆與1000歐姆之間，尤其是在80歐姆與220歐姆之間。第一電壓分配器62防止第一主要電晶體56在閘極驅動器模組58之一缺陷之情況下由3.3V位準之控制單元控制。一第一切換峰值保護電路57係配置在第一主要電晶體56之兩個輸出連接處，尤其是在該電晶體之源極及汲極處。如圖2c中所示，此宜包括一電容及一電阻。在此電路之切換期間，保護主要電晶體56免於電壓峰值。
一第二切換峰值保護電路57’係配置在第二主要電晶體56’之兩個輸出連接處，尤其是該電晶體之源極及汲極處。該電路宜亦包括一電容及一電阻。在此電路之切換期間，保護第二主要電晶體56’免於電壓峰值。
電壓變壓器26、26’、26”、26'''之電壓輸入係並聯連接的(見圖2)。藉此，能夠同時控制電壓變壓器26、26’、26”、26'''。此容許幾乎緊接跟隨由控制單元(未顯示)確定之一所要值之第一高壓電源供應器10(請參考圖1)之輸出電壓之一迅速且精確電壓增大。
電壓變壓器26、26’、26”、26'''各具有一輸出切換電路70、
70’、70”、70'''。輸出切換電路70、70’、70”、70'''串聯連接在第一高壓電源供應器10(請參考圖1)之電壓輸出22之間。
在電壓輸出22之間提供電壓偵測單元24。電壓偵測單元24包括具有8個以上之電阻(宜自12至14個電阻)之一電壓分配器。電阻宜係相同的。所得電阻之值可係在自100千歐姆至10兆歐姆之一範圍中，尤其以在1兆歐姆至2兆歐姆之一範圍中較佳。其係由(例如)串聯連接之12個0.5兆歐姆之電阻產生。為清楚之原因，僅使用一元件符號來指示一第一電阻72及一第二電阻72’。電阻之電阻值具有0.1%之一容限。高數目之電阻在一電阻之故障的情況下增大可靠度，且減小個別電阻之電壓負載至使得可使用標準電阻之一程度。
第一電阻72及第二電阻72’係量測電阻。在電壓輸出22處負電壓之情況下，偵測第一電阻72處之量測電壓且橋接第二電阻72’。在電壓輸出22處正電壓之情況下，偵測第二電阻72’處之量測電壓且橋接第一電阻72。電壓分配器之比例因數係0.002。此對應於2000V之一輸出電壓處4V之一量測電壓。
輸出切換電路70、70’、70”、70'''具有相同形式。因此，為了清楚的原因，下文僅更詳細解釋一第一輸出切換電路70。
根據圖2a，第一輸出切換電路70具有一第一升壓二極體74。第一升壓二極體74係一1200V碳化矽二極體(SiC二極體)。在第一升壓二極體74被二極體反向電流阻擋時，第一升壓二極體74防止第一輸出切換電路70被放電。藉此增大最大可能輸出電壓。可藉由一高切換頻率來最小化第一升壓二極體74中之損耗。
第一輸出切換電路70具有輸出電容器76、76’、76”。三個此等輸出電容器並聯連接。其等可全部具有相同值。輸出電容器76、76’、76”係在自10nF至10μF範圍中之高壓陶瓷電晶體。較佳使用三個並聯連接之100nF電容器。將放電電阻78、78’、78”提供給輸出電
容器76、76’、76”。三個放電電阻並聯連接。各放電電阻78、78’、78”具有為清楚之目的而使用一元件符號指示之兩個串聯連接之電阻。各放電電阻78、78’、78”係在關閉第一高壓電源供應器10之後(請參考圖1)小於1秒內將第一輸出切換電路70之輸出電壓放電至小於40V(即，連接「High」與連接「Trafol_Sink」之間之電壓)之一位置中。由於放電電阻78、78’、78”之並聯連接，確保甚至在放電電阻78、78’、78”之一或兩者之一缺陷之情況下可總是實現此小於1秒之放電時間。藉此以一尤其可靠方式建構第一輸出切換電路70。放電電阻78、78’、78”之所得電阻值可係在自10千歐姆至2兆歐姆之一範圍中，且尤其較佳在自0.1兆歐姆至1兆歐姆之一範圍中。其係由(例如)兩個並聯連接之0.4兆歐姆之電阻產生。
以使在一基本循環中在其電壓輸入處供應至電壓變壓器26之能量之至少20%被引導至輸出電容器76、76’、76”之一方式建構第一電壓變壓器26。藉此在輸出電壓之電壓增大期間，一尤其小的遲延錯誤係可能的。
輸出切換電路70、70’、70”、70'''(見圖2)各連接至放電電路組件20之一放電電路(請參考圖1)。此容許實際上緊接跟隨控制單元(未顯示)之規格之第一高壓電源供應器10(請參考圖1)之輸出電壓之一精確電壓增大。
圖3圖解說明一第一放電電路80、一第二放電電路80’、一第三放電電路80”，及一第四放電電路80'''。放電電路80、80’、80”、80'''具有相同形式。為簡化描述之原因，因此，下文僅更詳細解釋第一放電電路80。
根據圖3a，第一放電電路80具有包括一第一電流槽電晶體84之一第一主動受控之電流槽82。藉由第一電流槽電晶體84之閘極電壓調整第一電流槽82之放電電流。第一電流槽82進一步包括一第一閘極電阻
86、一第一源極電阻88，及一第一汲極電阻90。第一閘極電阻86將第一電壓變壓器26(請參考圖2)自第一電流槽82去耦合且防止電流槽82之振盪，該振盪在輸出電容器76、76’、76”(請參考圖2a)之改變負載之情況下可以其他方式發生。第一閘極電晶體86具有在自10歐姆至1000歐姆之範圍中之值，且較佳自50歐姆至200歐姆之值。藉由第一源極電阻88調整電流槽電晶體84之閘極電壓與放電電流之間之比率。第一源極電阻88具有在自5歐姆至100歐姆之範圍之值，且較佳自10歐姆至50歐姆之值。第一汲極電阻90防止放電電路80、80’、80”、80'''(請參考圖3)之電流槽(尤其第一電流槽82)在其串聯連接中彼此影響。第一汲極電阻90具有在1歐姆至100歐姆之範圍中之值且較佳自5歐姆至20歐姆之值。連接「Trafol_Sink」與電流槽電晶體84之閘極之間之一齊納(Zener)二極體99將閘極處之電壓限制於允許值。第二繞線98與電流槽電晶體84之閘極之間之一二極體89用作為一整流器二極體。
在第一電流槽電晶體84之閘極處提供並聯連接至第一電容器電阻94之一第一閘極電容器92。第一電容器電阻94使第一閘極電容器92持續放電且藉此確保可以足夠速度改變第一電流槽電晶體84之閘極處之電壓。第一閘極電容器92具有在1nF至100nF之範圍中之值且較佳使用10nF之一值。第一電容器電阻94具有在1千歐姆至20千歐姆之範圍中之值且較佳使用4.7千歐姆之一值。
可藉由一第一變壓器96控制第一電流槽電晶體84之閘極電壓，閘極連接至第一變壓器96之一第二繞線98。藉此可以一無電位方式將一控制信號傳輸至第一電流槽電晶體84。第一變壓器96係一平坦變壓器形式。第一變壓器96係具有峰值整流之一通量變壓器形式。
第一變壓器96具有一第一主要繞線100及一第二主要繞線102。第二主要繞線102具有相對於第一主要繞線100顛倒之一極性。第二主
要繞線102與一恢復二極體104(見圖3)一起確保第一變壓器96之去磁。
在第一高壓電源供應器10(請參考圖1)之控制單元(未顯示)輸出一負控制電壓時(即在第一高壓電源供應器10之輸出電壓之所要值當前輸出電壓時)，執行並聯連接之放電電路80、80’、80”、80'''之控制。控制單元包括一PI控制器。為不負載其，藉由一受控之電壓源106產生放電電路80、80’、80”、80'''之控制。此可尤其(在目前情況下)係一電壓受控之電壓源。
根據圖3b，電壓受控之電壓源106具有一操作放大器108及一雙極推/挽級110。雙極推/挽級110直接連接至操作放大器108之輸出且增大其最大可能輸出電流。操作放大器108作為一反相放大器連接。雙極推/挽級110之輸出112被引導回至操作放大器108之一輸入114。因此，操作放大器108直接控制推/挽級110之輸出電壓。一二極體116將操作放大器108之輸出電壓限制於正電壓範圍。藉由推/挽級110之一雙極供應電壓進一步防止操作放大器108之一負輸出電壓。
自一去耦合電路118(請參考圖2)汲取尤其用於操作放大器108(+15V/-15V)或一比較器36之供應電壓。去耦合電路118可針對一或各供應電壓連接而具有在自1nF至500nF之範圍中(尤其100nF)之一支援電容器。支援電容器可連接在供應電壓連接與接地連接之間或供應電壓連接之間。去耦合電路118可尤其針對一或各供應電壓連接而進一步具有在自1歐姆至200歐姆之範圍中(尤其在自10歐姆至100歐姆之範圍中)之一縱向電阻。縱向電阻可連接在供應電壓(+15V/-15V)與供應電壓連接之間。由於去耦合電路118，故可減小經變壓之交替電流電壓源之振盪，尤其一50Hz振盪。
藉由第一高壓電源供應器10減小藉由控制單元(未顯示)輸出之用以控制第一高壓電源供應器10(請參考圖1)之信號。在此情況下，實
現第一電流槽電晶體84(見圖3a)之致動電壓(臨限值電壓)所需之控制電壓自2V減小至5V，尤其減小2.7V。藉此可進一步減小直至第一電流槽電晶體84之致動之時間。
根據圖3，放電電路組件20最終具有用於監測溫度及視需要用於控制印刷電路板12(請參考圖1)之溫度之一溫度感測器電路120。溫度感測器電路120包括一LM35溫度感測器122。
圖4係根據本發明之一第二高壓電源供應器10a之一高度示意圖解。參考圖4，意欲突出本發明之幾個基本原理。
第二高壓電源供應器10a包括一電壓變壓器組件18a及一放電電路組件20a。電壓變壓器組件18a與放電電路組件20a彼此連接。電壓變壓器組件18a經組態以在電壓輸出處(即，在連接「High」與連接「Low」之間)無任何遲延錯誤地提供一控制單元124a所需之一高壓。
為此，電壓變壓器組件18a包括一第一電壓變壓器26a及一第二電壓變壓器26a’。電壓變壓器26a、26a’之電壓輸入係並聯連接的。第一電壓變壓器26a包括一第一輸出切換電路70a且第二電壓變壓器26a’包括一第二輸出切換電路70a’。輸出切換電路70a、70a’連接至放電電路組件20a之一放電電路80a。第一輸出切換電路70a進一步串聯連接至第二高壓電源供應器10a之電壓輸出之間之第二輸出切換電路70a’。
由於所描述之電路，可以一非常精確的方式，控制經由一泡克耳斯盒驅動器(未顯示)連接至第二高壓電源供應器10a之電壓輸出的泡克耳斯盒(未顯示)。
10‧‧‧第一高壓電源供應器
10a‧‧‧第二高壓電源供應器
12‧‧‧印刷電路板
14‧‧‧連接板模組
16‧‧‧短路橋接
18‧‧‧電壓變壓器組件
18a‧‧‧電壓變壓器組件
20‧‧‧放電電路組件
20a‧‧‧放電電路組件
22‧‧‧電壓輸出
24‧‧‧電壓偵測單元
26‧‧‧第一電壓變壓器
26’‧‧‧第二電壓變壓器
26”‧‧‧第三電壓變壓器
26'''‧‧‧第四電壓變壓器
26a‧‧‧第一電壓變壓器
26a’‧‧‧第二電壓變壓器
28‧‧‧第一主要繞線
30‧‧‧第一量測繞線
32‧‧‧第一次要繞線
33‧‧‧第一屏蔽繞線
34‧‧‧去磁識別單元
36‧‧‧去磁比較器
38、40‧‧‧Z二極體
42、44‧‧‧肖特基二極體
46‧‧‧反饋電阻
48‧‧‧第一極(節點)
48’‧‧‧第二極(節點)
49‧‧‧中間輸入電路
50‧‧‧第一輸入電容器
50’‧‧‧第二輸入電容器
52、52’‧‧‧肖特基二極體
54‧‧‧驅動器
56‧‧‧第一主要電晶體
56’‧‧‧第二主要電晶體
57‧‧‧第一切換峰值保護電路
57’‧‧‧第二切換峰值保護電路
58‧‧‧閘極驅動器模組
60‧‧‧雙極推/挽級
62‧‧‧第一電壓分配器
62’‧‧‧第二電壓分配器
64‧‧‧第一電阻
66‧‧‧第二電阻
68‧‧‧第三電阻
70、70、70”、70'''‧‧‧輸出切換電路
70a‧‧‧第一輸出切換電路
70a’‧‧‧第二輸出切換電路
72‧‧‧第一電阻
72’‧‧‧第二電阻
74‧‧‧第一升壓二極體
76、76’、76”‧‧‧輸出電容器
78、78’、78”‧‧‧放電電阻
80‧‧‧第一放電電路
80a‧‧‧放電電路
80’‧‧‧第二放電電路
80”‧‧‧第三放電電路
80'''‧‧‧第四放電電路
82‧‧‧第一主動受控之電流槽
84‧‧‧第一電流槽電晶體
86‧‧‧第一閘極電阻
88‧‧‧第一源極電阻
89‧‧‧二極體
90‧‧‧第一汲極電阻
92‧‧‧第一閘極電容器
94‧‧‧第一電容器電阻
96‧‧‧第一變壓器
98‧‧‧第二繞線
99‧‧‧齊納二極體
100‧‧‧第一主要繞線
102‧‧‧第二主要繞線
104‧‧‧恢復二極體
106‧‧‧受控之電壓源
108‧‧‧操作放大器
110‧‧‧雙極推/挽級
112‧‧‧輸出
114‧‧‧輸入
116‧‧‧二極體
118‧‧‧去耦合電路
120‧‧‧溫度感測器電路
122‧‧‧LM35溫度感測器
124a‧‧‧控制單元
示意性圖式中圖解說明且下文描述中更詳細解釋本發明之兩個實施例。在圖式中：圖1係具有一電壓變壓器組件及一放電電路組件之一第一高壓電源供應器之一電路圖；圖2係第一高壓電源供應器之電壓變壓器組件之一電路圖；圖2a係圖解說明一第一電壓變壓器及一第一輸出切換電路之來自圖2之一第一放大切面；圖2b係圖解說明一輸入切換電路及一去磁識別單元之來自圖2之一第二放大切面；圖2c係圖解說明一驅動器之來自圖2之一第三放大切面；圖3係第一高壓電源供應器之放電電路組件之一電路圖；
圖3a係圖解說明一第一放電電路之來自圖3之一第一放大切面；圖3b係圖解說明一電壓受控之電壓源之來自圖3之一第二放大切面；及圖4係一第二高壓電源供應器之一高度簡化電路圖。
10a‧‧‧第二高壓電源供應器
18a‧‧‧電壓變壓器組件
20a‧‧‧放電電路組件
26a‧‧‧第一電壓變壓器
26a’‧‧‧第二電壓變壓器
70a‧‧‧第一輸出切換電路
70a’‧‧‧第二輸出切換電路
80a‧‧‧放電電路
124a‧‧‧控制單元
Claims (9)
- 一種高壓電源供應器(10、10a)，其用於具有一第一電壓變壓器(26、26a)及一第二電壓變壓器(26’、26a’)之一泡克耳斯盒驅動器，該第一電壓變壓器(26、26a)之電壓輸入與該第二電壓變壓器(26’、26a’)之該電壓輸入並聯連接，且該第一電壓變壓器(26、26a)具有一第一輸出切換電路(70、70a)且該第二電壓變壓器(26’、26a’)具有一第二輸出切換電路(70’、70a’)，且該第一輸出切換電路(70、70a)在該高壓電源供應器(10、10a)之一電壓輸出(22)之間經串聯連接至該第二輸出切換電路(70’、70a’)，該等輸出切換電路(70、70a、70’、70a’)經連接至至少一放電電路，(80、80a、80’)，藉此至少一放電電路(80、80’、80”、80''')，尤其是所有該等放電電路(80、80’、80”、80''')具有一主動受控之電流槽(82)。
- 如請求項1之高壓電源供應器，其中：該第一輸出切換電路(70)經連接至一第一放電電路(80)，且該第二輸出切換電路(70’)經連接至一第二放電電路(80’)。
- 如請求項1或2之高壓電源供應器，其中：該高壓電源供應器(10)具有至少一額外電壓變壓器(26”、26''')，其電壓輸入與該第一電壓變壓器(26)及該第二電壓變壓器(26’)之該電壓輸入係並聯連接，該額外電壓變壓器(26”、26''')之一額外輸出切換電路(70”、70''')經串聯連接於該高壓電源供應器(10)之該電壓輸出(22)與經連接至一額外放電電路(80”、80''')之該額外輸出切換電路(70”、70''')之間。
- 如請求項1或2之高壓電源供應器，其中：提供一控制單元(124a)以控制所有該等電壓變壓器(26、26a、 26’、26a’、26”、26''')及放電電路(80、80a、80’、80”、80''')。
- 如請求項1或2之高壓電源供應器，其中：一驅動器(54)經連接至該電壓變壓器(26、26’、26”、26''')之上游。
- 如請求項1或2之高壓電源供應器，其中：至少一電壓變壓器(26、26’、26”、26''')，尤其是所有該等電壓變壓器(26、26’、26”、26''')，具有一絕緣變壓器。
- 如請求項6之高壓電源供應器，其中：至少一絕緣變壓器，尤其所有該等絕緣變壓器，具有一印刷電路板變壓器形式之一儲存變壓器。
- 如請求項1或2之高壓電源供應器，其中：該等電壓變壓器(26、26’、26”、26''')在其輸出處各具有一輸出電容器(76、76’、76”)，該等電壓變壓器(26、26’、26”、26''')經以一方式組態，使得在一基本循環中，於其之該電壓輸入處供應至該等電壓變壓器(26、26’、26”、26''')之能量的至少20%在該基本循環內被引導至該等輸出電容器(76、76’、76”)中。
- 如請求項1或2之高壓電源供應器，其中：至少一電壓變壓器(26、26’、26”、26''')，尤其所有該等電壓變壓器(26、26’、26”、26''')，具有經連接至一去磁識別單元(34)之一量測繞線(30)。
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2014
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| CN111697871A (zh) * | 2020-04-29 | 2020-09-22 | 西北核技术研究院 | 一种Tesla变压器型脉冲功率源的输出电压调节方法 |
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