小电流高精度可变高压输出装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及小电流高精度可变高压输出装置，包括线性稳压源，其输出端与脉宽调制电路的输入端相连，脉宽调制电路的输出端与六倍压升压电路的输入端相连，六倍压升压电路的输出端与调节指示电路的输入端相连，六倍压升压电路输出高压电至用电设备，调节指示电路的输出端与线性稳压源的输入端相连，线性稳压源、脉宽调制电路、六倍压升压电路和调节指示电路形成闭环反馈控制回路。脉宽调制电路产生方波信号经过变压器T1耦合进入次级升压，六倍压升压电路输出的高压经过分压，一方面按比例输出反馈电压至上位机，用于对输出电压及电流的监控，一方面反馈电压进入闭环控制，追踪输出电压的改变，通过微调输入M0S管Q1、Q2的电压来实现输出电压的稳定。
【专利说明】小电流高精度可变高压输出装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及工业检测领域，尤其是一种小电流高精度可变高压输出装置。
【背景技术】 _
[0002] 在工业检测手段中，接受射线的能量变化的传感器主要采用光电倍增管、电离室 等方式，这两种传感器的使用都需要外加稳定的几千伏特偏置电压，并且，电压要求可以设 定任意电压值，或可以远程通过模拟量的方式进行需求电压的设定。目前的高压输出装置 输出的高压范围较窄，无法满足上述传感器较宽范围的高压偏置需求，通用性较差。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种能够满足高压偏置需求、输出可变高压的范围宽、通 用性强的小电流高精度可变高压输出装置。
[0004] 为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种小电流高精度可变高压输出 装置，包括线性稳压源，其输出端与脉宽调制电路的输入端相连，脉宽调制电路的输出端与 六倍压升压电路的输入端相连，六倍压升压电路的输出端与调节指示电路的输入端相连， 六倍压升压电路输出高压电至用电设备，调节指示电路的输出端与线性稳压源的输入端相 连，线性稳压源、脉宽调制电路、六倍压升压电路和调节指示电路形成闭环反馈控制回路。
[0005] 所述线性稳压源的供电端接+24V直流电，所述调节指示电路的输出端与上位机 相连。
[0006] 所述脉宽调制电路包括脉宽调制芯片SG3526,其第1、6、18引脚相连后通过电容 C3接地；其第2、7、11、15引脚共地；其第17引脚通过电阻R1接+24V直流电；其第13引脚 通过电阻R3接M0S管Q 2的栅极，M0S管Q2的漏极接变压器T1的初级线圈，M0S管Q2的源 极分别与电阻R16、电容C14相连，电阻R16的另一端接脉宽调制芯片SG3526的第9引脚， 电容C14的另一端接脉宽调制芯片SG3526的第10引脚；其第16引脚通过电阻R4接M0S 管Q1的栅极，M0S管Q1的漏极接变压器T1的初级线圈，M0S管Q1的源极接地；线性稳压 源的输出端接变压器T1的初级中心抽头。
[0007] 所述六倍压升压电路包括所述变压器T1的次级线圈，其一端与电容二极管CR19 的阴极相连，电容二极管CR19依次与电容二极管CR10、CR11、CR12、CR13、CR14串联，电容 C18依次与电容C2〇、C22串联，电容二极管CR14的阳极分别与电容C24、电阻R21的一端相 连，电容C24的另一端接地，电阻似1与电阻R22串联后接用电设备，电阻R22的另一端分 别与电阻R23、RM相连，电阻敗3、R24接调节指示电路的输入端。
[0008]所述调节指示电路包括接口芯片J3,其第1引脚接+5V参考电压Vref,其第11、12 引脚分别与所述电阻R26、R23相连，其第5、7引脚接线性精密电源的输入端，其第3、 4引脚 与上位机相连，其第1、7、3、4引脚分别接第一、二、三、四运放uia、U1B、U1C、U1D的输出端， 第一运放U1A的正相输入端通过电阻R6接接口芯片J3的第6引脚，第二运放U1B的正相 输入端依次通过电阻R1 7、R2、R1接接口芯片J3的第5引脚，第三运放U1C的正相输入端通 过电阻R25接地，第三运放U1C的反相输入端接接口芯片j3的第12引脚，第四运放U1D的 正相输入端通过电阻R17接接口芯片J3的第9引脚。
[0009]所述线性稳压源包括线性稳压芯片UC3832,其第1、14引脚均接+24V直流电，其第 3引脚接所述接口芯片J3的第5引脚，其第4引脚接所述接口芯片J3的第6引脚，其第5、 7、8、12引脚共地，其第13引脚接三极管Q3的发射极，其第9引脚接所述接口芯片J3的第 7引脚，其第10引脚通过电阻R8接三极管Q3的基极，三极管Q3的集电极通过电感L1接所 述变压器T1的初级中心抽头。
[0010]由上述技术方案可知，本发明中的脉宽调制电路产生的调幅信号分别驱动两个 M0S管Q1、Q2轮流导通，产生方波信号经过变压器T1耦合进入次级升压，再经过六倍压升压 电路升压至最高-3〇〇〇V，高压输出的范围变化通过改变 M〇S管Ql、Q2的输入电压而改变， 输入电压的改变方式为外接电位器改变参考电压输入至调节端口进行改变；六倍压升压电 路输出的高压经过分压，一方面按比例输出反馈电压至上位机，用于对输出电压及电流的 监控，一方面反馈电压进入闭环控制，追踪输出电压的改变，通过微调输入M0S管Ql、Q2的 电压来实现输出电压的稳定。本装置可以实现小电流，-0?-3000V直流电压的输出，可以 应用于检测器如：电离室，光电倍增管等功率小，高压稳定度要求高的场合。
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 图1是本发明的电路框图； 图2、3、4、5中线性稳压源、脉宽调制电路、六倍压升压电路和调节指示电路的电路原 理图。
【具体实施方式】
[0012] 一种小电流高精度可变高压输出装置，包括线性稳压源1，其输出端与脉宽调制电 路2的输入纟而相连，脉宽调制电路2的输出端与六倍压升压电路3的输入端相连，六倍压升 压电路3的输出端与调节指示电路4的输入端相连，六倍压升压电路3输出高压电至用电 设备，调节指示电路4的输出端与线性稳压源1的输入端相连，线性稳压源丨、脉宽调制电路 2、六倍压升压电路3和调节指示电路4形成闭环反馈控制回路，如图1所示。所述线性稳 压源1的供电端接+24V直流电，所述调节指示电路4的输出端与上位机相连。
[0013] 如图3所示，所述脉宽调制电路2包括脉宽调制芯片SG3526,其第1、6、18弓|脚相 连后通过电容C3接地；其第2、7、11、15引脚共地；其第17引脚通过电阻R1接+24V直流电； 其第13引脚通过电阻R3接M0S管Q2的栅极，M0S管Q2的漏极接变压器T1的初级线圈， M0S管Q2的源极分别与电阻R16、电容C14相连，电阻R16的另一端接脉宽调制芯片SG3526 的第 9引脚，电容C14的另一端接脉宽调制芯片SG3526的第10引脚；其第16引脚通过电 阻R4接M0S管Q1的栅极， M0S管Q1的漏极接变压器T1的初级线圈，M0S管Q1的源极接 地；线性稳压源1的输出端接变压器T1的初级中心抽头。
[0014] 脉宽调制芯片SG3526具有以下功能：温度补偿、参考电压、锯齿波发生器、误差 放大器、脉宽调整器、脉冲计和导引逻辑电路，两路高电流图腾柱输出可以理想的匹配高速 M0S管，同时包括软启动、低电压锁死、数字限流、双脉冲限制、可调死区及单脉冲数字开关。 采用推挽输出方式，脉宽调制芯片SG3526的17脚由外接电压+24V提供，其9脚接电阻R16, 其10脚接电容C14,电阻Rie和电容C14组成震荡电路，产生频率为120KHZ的锯齿波，根据 锯齿波产生方波信号。脉宽调制芯片SG3526的13脚通过电阻R3接M0S管Q2的栅极，其 16脚通过电阻R4接M0S管Q1的栅极，其13脚、16脚输出方波信号驱动MOS管Q1、Q2管轮 流导通，产生交变的电压信号加在变压器T1的初级线圈上。
[0015]如图4所示，所述六倍压升压电路3包括所述变压器T1的次级线圈，其一端与电 容二极管CR19的阴极相连，电容二极管CR19依次与电容二极管CR10、CR11、CR12、CR13、 CR14串联，电容C18依次与电容C2〇、C22串联，电容二极管CR14的阳极分别与电容C24、电 阻R21的一端相连，电容C24的另一端接地，电阻R21与电阻R22串联后接用电设备，电阻 R22的另一端分别与电阻R26、R23相连，电阻R26、R23接调节指示电路4的输入端。六倍 压升压电路3为半波倍压电路，变压器T1次级产生500V左右的交变的方波电压，经过6倍 压，最后输出-3000V电压。
[0016] 如图5所示，所述调节指示电路4包括接口芯片J3,其第1引脚接+5V参考电压 Vref，其第11、12引脚分别与所述电阻R26、R23相连，其第5、7引脚接线性精密电源的输入 端，其第3、4引脚与上位机相连， 其第1、7、3、4引脚分别接第一、二、三、四运放U1A、U1B、U1C、U1D的输出端，第一运放 U1A的正相输入端通过电阻R6接接口芯片J3的第6引脚，第二运放U1B的正相输入端依次 通过电阻R17、R2、R1接接口芯片J 3的第5引脚，第三运放U1C的正相输入端通过电阻R25 接地，第三运放U1C的反相输入端接接口芯片J3的第12引脚，第四运放U1D的正相输入端 通过电阻R17接接口芯片J3的第9引脚。
[0017]调节指示电路4是由一个四运放集成电路构成，其中，线性稳压芯片UC3832的4 脚产生的2V的基准电压进入接口芯片J3的第6引脚，然后通过电阻R6进入第一运放U1A 的2脚，由第一运放U1A产生別基准电压并且该5V电压输出，高压反馈通过电阻R3进入 线性稳压芯片UC3832的3脚，E/A+做为比较端；外部调节电压经过电阻R9进入第二运放 U1B的6脚，5脚做为比较端由5V基准分压获得，第二运放U1B产生的控制电压进入线性稳 压芯片UC3832的9脚E/A-;通过高压电阻反馈的另一路回路进入第三运放U1C的9脚，经 过第三运放U1C输出，按1 :1比例做为输出高压的监控（Monitor)使用；六倍压升压电路3 的电流反馈通过电阻R17进入第四运放U1D的12脚，第四运放U1D用做高压电流输出的监 控输出。
[0018] 如图2所示，所述线性稳压源1包括线性稳压芯片UC3832,其第1、14引脚均接 +24V直流电，其第3引脚接所述接口芯片J3的第5引脚，其第4引脚接所述接口芯片J3的 第6引脚，其第5、7、8、12引脚共地，其第13引脚接三极管Q3的发射极，其第9引脚接所述 接口芯片J 3的第7引脚，其第10引脚通过电阻R8接三极管Q3的基极，三极管Q3的集电 极通过电感L1接所述变压器T1的初级中心抽头。线性稳压芯片UC3832作为整个开关电 路的闭环控制和输入电压控制部分，是一种包含各种功能的低压差精密线性调整器，24V直 流电输入首先接入线性稳压芯片UC 3832的1脚，作为芯片的供电输入，同时，24V直流电通 过电阻R9采得电压信号输入线性稳压芯片UC3S32的13、14脚作为供电回路的电流信号的 监控。中功率管，即三极管Q3的基极通过电阻R8接入线性稳压芯片UC3832的10脚，线性 稳压芯片UC3832通过其13、14脚的电流电压检测实现过流保护，通过其3、9脚的E/A+，E/ A-实现高压设定及闭环控制。
[0019] 以下结合图1、2、3、4、5对本发明作进一步的说明。
[0020] 外界输入24V直流电压，首先进入线性稳压源1，经过线性稳压源丨处理，变成可 以控制的0?24V直流电压输出，这个直流电压输出进入变压器τ?的初级中心抽头，变压 器T1初级的另外两端通过两个M0S管Q1、Q2接地形成变压器Π 初级的输入回路。直流电 压由于脉宽调制电路2控制的两个M0S管Ql、Q2轮流导通，在变压器T1初级形成交变的 固定频率的方波电压信号，方波电压信号经过变压器T1的耦合进入次级，次级再经过六倍 压升压电路3升压获得需要的高压，该高压直接输出至用电设备。高压需要稳定，则通过调 节指示电路4对高压电压的采样比对，将误差信号送给线性稳压源1，通过线性稳压源1调 节其直流输出，这样形成闭环控制达到稳压的目的，高压值的监测也是通过采样送入第一、 二、三、四仍八、1]比、1]1(：、1]10运放，根据1 :1〇〇〇的比例输出用于对高压值的监测。
[0021] 本发明中的脉宽调制电路2产生的调幅信号分别驱动两个M0S管Ql、Q2轮流导 通，产生方波信号经过变压器T1耦合进入次级升压，再经过六倍压升压电路3升压至最 高-3000V，高压输出的范围变化通过改变M0S管Ql、Q2的输入电压而改变，输入电压的改 变方式为外接电位器改变参考电压输入至调节端口进行改变；六倍压升压电路3输出的高 压经过分压，一方面按比例输出反馈电压至上位机，用于对输出电压及电流的监控，一方面 反馈电压进入闭环控制，追踪输出电压的改变，通过微调输入M〇S管Ql、Q 2的电压来实现输 出电压的稳定。本装置可以实现小电流，-0 --3000V直流电压的输出，可以应用于检测器 如：电离室，光电倍增管等功率小，高压稳定度要求高的场合。
【权利要求】
1. 一种小电流高精度可变高压输出装置，其特征在于：包括线性稳压源（1)，其输出端 与脉宽调制电路（2)的输入端相连，脉宽调制电路（2)的输出端与六倍压升压电路（3)的输 入端相连，六倍压升压电路（3)的输出端与调节指示电路（4)的输入端相连，六倍压升压电 路（3)输出高压电至用电设备，调节指示电路（4)的输出端与线性稳压源（1)的输入端相 连，线性稳压源（1 )、脉宽调制电路（2 )、六倍压升压电路（3 )和调节指示电路（4 )形成闭环 反馈控制回路。
2·根据权利要求1所述的小电流高精度可变高压输出装置，其特征在于：所述线性稳 压源（1)的供电端接+24V直流电，所述调节指示电路（4)的输出端与上位机相连。
3. 根据权利要求1所述的小电流高精度可变高压输出装置，其特征在于：所述脉宽调 制电路（2)包括脉宽调制芯片SG352 6,其第1、6、18引脚相连后通过电容C3接地；其第2、 7、11、1δ引脚共地；其第17引脚通过电阻R1接+24V直流电；其第13引脚通过电阻R3接 MOS管Q2的栅极，MOS管Q2的漏极接变压器T1的初级线圈，MOS管Q2的源极分别与电阻 R16、电容C14相连，电阻R16的另一端接脉宽调制芯片SG3526的第9引脚，电容C14的另 一端接脉宽调制芯片SG3526的第10引脚；其第16引脚通过电阻R4接MOS管Q1的栅极， MOS管Q1的漏极接变压器Π 的初级线圈，MOS管Q1的源极接地；线性稳压源（1)的输出端 接变压器Π 的初级中心抽头。
4. 根据权利要求3所述的小电流高精度可变高压输出装置，其特征在于：所述六倍压 升压电路（3)包括所述变压器T1的次级线圈，其一端与电容二极管 CR19的阴极相连，电容 二极管CR19依次与电容二极管CR10、CR11、CR12、CR13、CR14串联，电容C18依次与电容 C20、C22串联，电容二极管CR14的阳极分别与电容C24、电阻R21的一端相连，电容C24的 另一端接地，电阻似1与电阻似2串联后接用电设备，电阻R22的另一端分别与电阻R26、 R23相连，电阻R26、R23接调节指示电路⑷的输入端。 一 5.根据权利要求4所述的小电流高精度可变高压输出装置，其特征在于：所述调节指 示电路（4)包括接口芯片J3,其第1引脚接+5V参考电&Vref，其第11、 12引脚分别与所述 电，R26、R23相连，其第5、7引脚接线性精密电源的输入端，其第 3、4引脚与上位机相连， 其第1、7、3、4引脚分别接第一、二、三、四运放U1A、 U1B、U1C、U1D的输出端，第一运放U1A的 正相输入端通过电阻明接接口芯片J 3的第6引脚，第二运放U1B的正相输入端依次通过 电阻則7二1?2、R1接接口芯片J3的第 5引脚，第三运放U1C的正相输入端通过电阻R25接 地，第三运放U1C的反相输入端接接口芯片 J3的第12引脚，第四运放U1D的正相输入端通 过电阻R17接接口芯片J3的第 9引脚。 、6·根据权利要求5所述的小电流高精度可变高压输出装置，其特征在于：所述线性稳 压f (1)包括性稳压芯片UC3832,其第1、14引脚均接+24V直流电，其第3引脚接所述接 口芯J 3的第5引脚，其第4引脚接所述接口芯片j3的第6引脚，其第5、7、 8、12引脚共 地，其第Π 引脚接三极管Q3的发射极，其第9引脚接所述接口芯片J3的第7引脚，其第 1〇 引脚通过电阻R8接三极管Q3的基极，三极管q3的集电极通过电感L1接所述变压器n的 初级中心抽头。
【文档编号】G05F1/56GK104216453SQ201310290872
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年7月11日 优先权日:2013年7月11日
【发明者】朱卫民, 李蔚森 申请人:马鞍山恒瑞测量设备有限公司