宽范围正负高压调压电路及调压系统的制作方法

本发明涉及调压技术领域，特别是涉及一种宽范围正负高压调压电路及调压系统。

背景技术：

目前，激光打印机等电子设备中需要用到电压宽范围可调的电子高压直流电源，通常这种高压直流电源由一个受控的电子高压发生器产生。在许多种类的激光打印机等设备中，需要多路独立可调的高压直流电源，传统的高压调压电路通常采用的是电子高压发生器实现高压调压，虽然传统的电子高压发生器可以很好地实现高压调整，但还是存在一定的缺陷，就是电子高压发生器中必须用到高压变压器、大功率晶体管等电子元器件，造成电子高压发生器体积较为庞大，且电子高压发生器的制造成本较高，造成传统的高压调压电路无法达到理想化的要求。

近几年来，随着时代科技的不断发展，市面上出现了一种采用共用高压发生器产生多路独立宽范围可调的高压直流电路，具有体积小、成本低等较为突出的特点，详情请参阅专利文件(1)zl201210014420.6—一种高压调压电路以及专利文件(2)zl201210014640.9—共用基准高压源的多路高压输出电路，在专利文件(1)和专利文件(2)中，两份专利文件均是采用一个串联调压环节和一个并联调压环节协同构成串、并联电压调整装置，可以用一个固定高压基准产生可宽范围调整的高压输出，采用多个串、并联电压调整装置和一个共用的高压发生器即可提供多路独立宽范围可调的高压输出。但是，专利文件1和专利文件(2)公开的串联调压环节和并联调压环节协同工作实现高压调节的技术方案，仅仅适用对单一极性的直流高压进行调节，不能满足许多激光打印机等电子设备需要的宽范围正负可调高压直流电源的要求。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种能够对正负极性的直流高压进行调节的，电压调整范围宽的、调节精度高的以及可输出正负连续可调直流高压的宽范围正负高压调压电路及调压系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种宽范围正负高压调压电路，包括：

控制单元；

高压发生单元；

第一驱动单元；

第一调压单元，所述第一调压单元的输入端分别与所述第一驱动单元的第一驱动端和所述高压发生单元的正高压输出端连接，所述第一调压单元的驱动端与所述第一驱动单元的第二驱动端连接；

第二驱动单元；

第二调压单元，所述第二调压单元的输入端分别与所述第二驱动单元的第一驱动端和所述高压发生单元的负高压输出端连接，所述第二调压单元的驱动端与所述第二驱动单元的第二驱动端连接，所述第二调压单元的输出端与所述第一调压单元的输出端连接；

指令电压单元，所述指令电压单元的输入端与所述控制单元的控制输出端连接；

误差放大单元，所述误差放大单元的第一输入端与所述指令电压单元的输出端连接，所述误差放大单元的输出端分别与所述第一驱动单元的输入端和所述第二驱动单元的输入端连接；及

反馈单元，所述反馈单元的输入端与所述第一调压单元的输出端连接，所述反馈单元的输出端与所述误差放大单元的第二输入端连接。

在其中一个实施方式中，所述第一驱动单元包括第一光耦器u1、第一开关管q1、第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3，所述第一光耦器u1中的光敏管的集电极作为所述第一驱动单元的第一驱动端，所述第一光耦器u1中的光敏管的发射极作为所述第一驱动单元的第二驱动端，所述第一光耦器u1中的发光二极管的阳极与电源基准源vref连接，所述第一光耦器u1中的发光二极管的阴极与所述第一开关管q1的集电极连接，所述第一开关管q1的发射极接地，所述第一开关管q1的基极分别与所述第一电阻r1的一端和所述第二电阻r2的一端连接，所述第一电阻r1的另一端接地，所述第二电阻r2的另一端作为所述第一驱动单元的输入端。

在其中一个实施方式中，所述第一调压单元包括第一齐纳管d1、m个第二开关管q2和m+1个第四电阻r4，其中，m为大于或者等于1的正整数；

所述第一齐纳管d1的阴极作为所述第一调压单元的输入端，m个所述第二开关管q2的集电极与发射极顺序串联连接，并且位于起始端的所述第二开关管q2的发射极与所述第一齐纳管d1的阳极连接，位于终止端的所述第二开关管q2的集电极作为所述第一调压单元的输出端，m-1个所述第四电阻r4的两端均分别与相邻两个所述第二开关管q2的基极连接，位于起始端的所述第四电阻r4的一端作为所述第一调压单元的驱动端，并且位于起始端的所述第四电阻r4与位于起始端的所述第二开关管q2的基极连接，位于终止端的所述第四电阻r4的一端与位于终止端的所述第二开关管q2的基极连接，并且位于终止端的所述第四电阻r4的另一端与位于终止端的所述第二开关管q2的集电极连接。

在其中一个实施方式中，所述第二驱动单元包括第二光耦器u2、第三开关管q3、第五电阻r5、第六电阻r6和第七电阻r7，所述第二光耦器u2中的光敏管的发射极作为所述第二驱动单元的第一驱动端，所述第二光耦器u2中的光敏管的集电极作为所述第二驱动单元的第二驱动端，所述第二光耦器u2中的发光二极管的阳极与所述第三开关管q3的集电极连接，所述第二光耦器u2中的发光二极管的阴极与所述第七电阻r7连接，所述第七电阻r7的另一端接地，所述第三开关管q3的发射极与电源基准源vref连接，所述第三开关管q3的基极分别与所述第五电阻r5的一端和第六电阻r6的一端连接，所述第五电阻r5的另一端与电源基准源vref连接，所述第六电阻r6的另一端作为所述第二驱动单元的输入端。

在其中一个实施方式中，所述第二调压单元包括第二齐纳管d2、n个第四开关管q4和n+1个第八电阻r8，其中，n为大于或者等于1的正整数；

所述第二齐纳管d2的阳极作为所述第二调压单元的输入端，n个所述第四开关管q4的集电极和发射极顺序串联连接，并且位于起始端的所述第四开关管q4的发射极与所述第二齐纳管d2的阴极连接，位于终止端的所述第四开关管q4的集电极作为所述第二调压单元的输出端，n-1个所述第八电阻r8的两端均分别相邻两个所述第四开关管q4的基极连接，位于起始端的所述第八电阻r8的一端作为所述第二调压单元的驱动端，并且位于起始端的所述第八电阻r8的另一端与位于起始端的所述第四开关管q4的基极连接，位于终止端的所述第八电阻r8的一端与位于终止端的所述第四开关管q4的基极连接，并且位于终止端的所述第八电阻r8的另一端与位于终止端的所述第四开关管q4的集电极连接。

在其中一个实施方式中，所述第四开关管q4为npn晶体管。

在其中一个实施方式中，所述指令电压单元包括第九电阻r9和第一电容c1，所述第九电阻r9的一端作为所述指令电压单元的输入端，所述第九电阻r9的另一端作为所述指令电压单元的输出端与所述第一电容c1的一端连接，所述第一电容c1的另一端接地。

在其中一个实施方式中，所述误差放大单元包括运算放大器u3、第十电阻r10、第十一电阻r11、第十二电阻r12和第二电容c2，所述运算放大器u3的反相输入端与所述第十电阻r10的一端连接，所述第十电阻r10的另一端作为所述误差放大单元的第一输入端，所述第十一电阻r11的一端与所述运算放大器u3的反相输入端连接，所述第十一电阻r11另一端与所述第二电容c2的一端连接，所述第二电容c2的另一端与所述运算放大器u3的输出端连接，所述运算放大器u3的正相输入端作为所述误差放大单元的第二输入端，所述运算放大器u3作为所述误差放大单元的输出端，所述第十二电阻r12的一端与所述第十电阻r10的另一端连接，所述第十二电阻r12的另一端与电源基准源vref连接。

在其中一个实施方式中，所述反馈单元包括第十三电阻r13和第十四电阻r14，所述第十三电阻r13的一端作为所述反馈单元的输入端，所述第十三电阻r13的另一端作为所述反馈单元的输出端与所述第十四电阻r14的一端连接，所述第十四电阻r14另一端与电源基准源vref连接。

一种调压系统，包括：以上所述的宽范围正负高压调压电路。

本发明相比于现有技术的优点及有益效果如下：

本发明的宽范围正负高压调压电路及调压系统，通过设置控制单元、高压发生单元、第一驱动单元、第一调压单元、第二驱动单元、第二调压单元、指令电压单元、误差放大单元及反馈单元。当需要对输出电压进行调节时，指令电压单元向误差放大单元输入指令电压，反馈单元向误差放大单元输入反馈电压，误差放大单元进行比较和放大，将运算结果分别输入第一驱动单元和第二驱动单元，第一驱动单元驱动第一调压单元工作，第二驱动单元驱动第一调压单元工作工作，实现对输出电压的调节，本申请能够对正负极性的直流高压进行调节的，电压调整范围宽的、调节精度高的以及可输出正负连续可调直流高压。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的一实施方式中的宽范围正负高压调压电路的模块示意图；

图2为本发明的一实施方式中的宽范围正负高压调压电路的电路原理示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请一并参阅图1和图2，一种调压系统，包括宽范围正负高压调压电路10，宽范围正负高压调压电路10包括控制单元100、高压发生单元200、第一驱动单元300、第一调压单元400、第二驱动单元500、第二调压单元600、指令电压单元700、误差放大单元800及反馈单元900；第一调压单元400的输入端分别与第一驱动单元300的第一驱动端和高压发生单元100的正高压输出端连接，第一调压单元400的驱动端与第一驱动单元300的第二驱动端连接；第二调压单元600的输入端与第二驱动单元500的第一驱动端和高压发生单元100的负高压输出端连接，第二调压单元600的驱动端与第二驱动单元500的第二驱动端连接，第二调压单元600的输出端与第一调压单元400的输出端连接；指令电压单元700的输入端与控制单元100的控制输出端连接；误差放大单元800的第一输入端与指令电压单元700的输出端连接，误差放大单元800的输出端分别与第一驱动单元300的输入端和第二驱动单元500的输入端连接；反馈单元900的输入端与第一调压单元400的输出端连接，反馈单元900的输出端与误差放大单元800的第二输入端连接。

如此，当需要对输出电压进行调节时，指令电压单元700向误差放大单元800输入指令电压，反馈单元900向误差放大单元800输入反馈电压，误差放大单元800进行比较和放大，将运算结果分别输入第一驱动单元300和第二驱动单元500，第一驱动单元300驱动第一调压单元工作，第二驱动单元500驱动第一调压单元400工作工作，实现对输出电压的调节，本申请能够对正负极性的直流高压进行调节的，电压调整范围宽的、调节精度高的以及可输出正负连续可调直流高压。

需要说明的是，在本申请中，高压发生单元200上设置有两个输出端口，一个端口输出正高压，此端口即为的正高压输出端；另一个端口输出负高压，该端口即为的负高压输出端。

进一步地，请再次参阅图2，在一实施方式中，第一驱动单元300包括第一光耦器u1、第一开关管q1、第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3，第一光耦器u1中的光敏管的集电极作为第一驱动单元300的第一驱动端，第一光耦器u1中的光敏管的发射极作为第一驱动单元300的第二驱动端，第一光耦器u1中的发光二极管的阳极与电源基准源vref连接，第一光耦器u1中的发光二极管的阴极与第一开关管q1的集电极连接，第一开关管q1的发射极接地，第一开关管q1的基极分别与第一电阻r1的一端和第二电阻r2的一端连接，第一电阻r1的另一端接地，第二电阻r2的另一端作为第一驱动单元300的输入端。

进一步地，请再次参阅图2，在一实施方式中，第一调压单元400包括第一齐纳管d1、m个第二开关管q2和m+1个第四电阻r4，其中，m为大于或者等于1的正整数；

第一齐纳管d1的阴极作为第一调压单元400的输入端，m个第二开关管q2的集电极与发射极顺序串联连接，并且位于起始端的第二开关管q2的发射极与第一齐纳管d1的阳极连接，位于终止端的第二开关管q2的集电极作为第一调压单元400的输出端，m-1个第四电阻r4的两端均分别与相邻两个第二开关管q2的基极连接，位于起始端的第四电阻r4的一端作为第一调压单元400的驱动端，并且位于起始端的第四电阻r4的另一端与位于起始端的第二开关管q2的基极连接，位于终止端的第四电阻r4的一端与位于终止端的第二开关管q2的基极连接，并且位于终止端的第四电阻r4的另一端与位于终止端的第二开关管q2的集电极连接；

如此，需要强调的是，第一调压单元400包括第一齐纳管d1、m个第二开关管q2和m+1个第四电阻，其中，m为大于或者等于1的正整数；例如，第一调压单元400包括第一齐纳管d1、8个第二开关管q2和9个第四电阻r4；又如，第一调压单元400包括第一齐纳管d1、9个第二开关管q2和10个第四电阻r4；第二开关管q2的具体数量和第四电阻r4具体数量要根据实际的应用场合灵活设置，在本申请中不作具体限定。

还需要说明的是，请再次参阅图2，m个第二开关管q2的集电极与发射极顺序串联连接；m+1个第四电阻r4的两端均分别与相邻两个第二开关管q2的基极连接，还以第一调压单元400包括8个第二开关管q2和9个第四电阻r4为例，8个第二开关管q2的集电极与发射极顺序串联连接，亦即第1个第二开关管q2的集电极与第2个第二开关管q2的发射极连接，第2个第二开关管q2的集电极与第3个第二开关管q2的发射极连接，以此类推，第8个第二开关管q2的发射极会与第7个第二开关管q2的集电极连接；

同理，7个第四电阻r4的两端均分别与相邻两个第二开关管q2的基极连接，亦即第1个第二开关管q2的基极和第2个第二开关管q2的基极分别与第2个第四电阻r4连接，第3个第二开关管q2的基极和第2个第二开关管q2的基极分别与第3个第四电阻连接，依次类推，第7个第二开关管q2的基极和第8个第二开关管q2的基极分别与第8个第四电阻连接，其中，起始端在本申请默认为数量的第一个，终止端本申请默认为数量的最后一个，下同；位于起始端的第四电阻r4的一端作为第一调压单元400的驱动端，并且位于起始端的第四电阻r4的另一端与位于起始端的第二开关管q2的基极连接；位于终止端的第四电阻r4的一端与位于终止端的第二开关管q2的基极连接，并且位于终止端的第四电阻r4的另一端与第二开关管q2的集电极连接。

进一步地，请再次参阅图2，在一实施方式中，第二驱动单元500包括第二光耦器u2、第三开关管q3、第五电阻r5、第六电阻r6和第七电阻r7，第二光耦器u2中的光敏管的发射极作为第二驱动单元500的第一驱动端，第二光耦器u2中的光敏管的集电极作为第二驱动单元500的第二驱动端，第二光耦器u2中的发光二极管的阳极与第三开关管q3的集电极连接，第二光耦器u2中的发光二极管的阴极与第七电阻r7连接，第七电阻r7的另一端接地，第三开关管q3的发射极与电源基准源vref连接，第三开关管q3的基极分别与第五电阻r5的一端和第六电阻r6的一端连接，第五电阻r5的另一端与电源基准源vref连接，第六电阻r6的另一端作为第二驱动单元500的输入端。

进一步地，请再次参阅图2，在一实施方式中，第二调压单元600包括第二齐纳管d2、n个第四开关管q4和n+1个第八电阻r8，其中，n为大于或者等于1的正整数；

第二齐纳管d2的阳极作为第二调压单元600的输入端，n个第四开关管q4的集电极和发射极顺序串联连接，并且位于起始端的第四开关管q4的发射极与第二齐纳管d2的阴极连接，位于终止端的第四开关管q4的集电极作为第二调压单元600的输出端，n-2个第八电阻r8的两端均分别相邻两个第四开关管q4的基极连接，位于起始端的第八电阻r8的一端作为第二调压单元600的驱动端，并且位于起始端的第八电阻r8的另一端与位于起始端的第四开关管q4的基极连接，位于终止端的第八电阻r8的一端与位于终止端的第四开关管q4的基极连接，并且位于终止端的第八电阻r8的另一端与位于终止端的第四开关管q4的集电极连接。

如此，n个第四开关管q4和n+1个第八电阻r8的连接关系请结合参照上述m个第二开关管q2和m+1个第四电阻r4的连接关系，其连接关系和数量关系的原理均相同，此处不再详细阐述。具体地，请再次参阅图1，在一实施方式中，第四开关管q4为npn晶体管。

进一步地，请再次参阅图2，在一实施方式中，指令电压单元700包括第九电阻r9和第一电容c1，第九电阻r9的一端作为指令电压单元700的输入端，第九电阻r9的另一端作为指令电压单元700的输出端与第一电容c1的一端连接，第一电容c1的另一端接地。

进一步地，请再次参阅图2，在一实施方式中，误差放大单元800包括运算放大器u3、第十电阻r10、第十一电阻r11、第十二电阻r12和第二电容c2，运算放大器u3的反相输入端与第十电阻r10的一端连接，第十电阻r10的另一端作为误差放大单元800的第一输入端，第十一电阻r11的一端与运算放大器u3的反相输入端连接，第十一电阻r11另一端与第二电容c2的一端连接，第二电容c2的另一端与运算放大器u3的输出端连接，运算放大器u3的正相输入端作为误差放大单元800的第二输入端，运算放大器u3作为误差放大单元800的输出端，第十二电阻r12的一端与所述第十电阻r10的另一端连接，第十二电阻r12的另一端与电源基准源vref连接。

进一步地，请再次参阅图2，在一实施方式中，反馈单元900包括第十三电阻r13和第十四电阻r14，第十三电阻r13的一端作为反馈单元900的输入端，第十三电阻r13的另一端作为反馈单元900的输出端与第十四电阻r14的一端连接，第十四电阻r14另一端与电源基准源vref连接。

下面对宽范围正负高压调压电路10的具体工作原理进行详细阐述：

当需要对输出电压进行调节时，控制单元100的控制输出端输出一个pwm信号至指令电压单元700中，指令电压单元700中的第九电阻r9和第一电容c1将pwm信号转换成直流电压信号向误差放大单元800的运算放大器u3的反相输入端输入；与此同时，反馈单元900会从第一调压单元400的输出端以及第二调压单元600的输出端取样反馈至运算放大器u3的正相输入端中，运算放大器u3将这两者进行比较放大，当需要对输出电压进行调节时，运算放大器u3会将运算结果输入第一驱动单元300和第二驱动单元500中，第一驱动单元300中的第一开关管q1和第一光耦器u1均导通，驱动第一调压单元400中的m个第一开关管q1导通，对正高压电压值进行调节；与此同时，第二驱动单元500的第三开关管q3和第二光耦器u2均导通，驱动第二调压单元600中的n个第四开关管q4导通，对负高压电压值进行调节，相比于传统的固定的正负高压直流电源进行自动分压调节，本申请的宽范围正负高压调压电路10的输出端可以输出介于正高压电压值与负高压电压值之间的电压值，输出的电压值宽度范围广，正负连续可调，且电压输出稳定，损耗低，负载能力较强。

本发明的宽范围正负高压调压电路及调压系统，通过设置控制单元、高压发生单元、第一驱动单元、第一调压单元、第二驱动单元、第二调压单元、指令电压单元、误差放大单元及反馈单元。当需要对输出电压进行调节时，指令电压单元向误差放大单元输入指令电压，反馈单元向误差放大单元输入反馈电压，误差放大单元进行比较和放大，将运算结果分别输入第一驱动单元和第二驱动单元，第一驱动单元驱动第一调压单元工作，第二驱动单元驱动第一调压单元工作工作，实现对输出电压的调节，本申请能够对正负极性的直流高压进行调节的，电压调整范围宽的、调节精度高的以及可输出正负连续可调直流高压。

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