一种低纹波高压电源的制作方法

本实用新型涉及高压电源技术领域，尤其涉及一种低纹波高压电源。

背景技术：

高压电源在很多领域均有相关的应用，例如静电纺丝、静电喷涂、油烟净化、食品脱毒、污水治理、静电除尘等。以静电纺丝为例，静电纺丝技术是制备纳米纤维的一种新兴技术。高分子流体在高压静电场的作用下雾化，形成射流，最后凝固成纤维。而在该技术中，高压静电场是促使这个过程发生的关键。随着静电纺丝技术受到越来越多的关注，能够稳定提供高压静电场的静电纺丝电源需求不断增加。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种低纹波高压电源，其输出纹波低，可靠性高。

本实用新型的目的采用如下技术方案实现：

一种低纹波高压电源，包括高压发生模块、电源电路、控制电路、输出给定电路和输出电压电流反馈电路，其中：

所述电源电路为控制电路和高压发生模块供电，所述控制电路的输出端通过输出给定电路连接至高压发生模块，用于将控制电路输出的给定电压经由输出给定电路发送至高压发生模块，以根据所述给定电压控制所述高压发生模块的输出电压；

所述输出电压电流反馈电路的输入端通过采样电路连接至所述高压发生模块，用于接收对高压发生模块的采样信息，并将采样信息反馈至控制电路，以使控制电路根据所述采样信息调整所述给定电压。

进一步地，所述采样信息包括电压采样信息和电流采样信息，所述输出电压电流反馈电路包括输出电压反馈电路和输出电流反馈电路，所述电压采样信息和电流采样信息分别输入至输出电压反馈电路和输出电流反馈电路的输入端，所述输出电压反馈电路和输出电流反馈电路的输出端分别连接至控制电路的两个输入引脚。

进一步地，所述输出电压反馈电路包括运算放大器u6a，电阻r17、电阻r18以及电阻r19，所述电压采样信息输入至运算放大器u6a的同相输入端，所述电阻r17连接至运算放大器u6a的反相输入端和输出端之间，所述运算放大器u6a的输出端经由电阻r18连接至控制电路的第一输入引脚，所述电阻r19的一端接地，所述电阻r19的另一端连接至电阻r18和第一输入引脚之间；

所述输出电流反馈电路包括运算放大器u6b，电阻r20、电阻r21以及电阻r22，所述电流采样信息输入至运算放大器u6b的同相输入端，所述电阻r20连接至运算放大器u6b的反相输入端和输出端之间，所述运算放大器u6a的输出端经由电阻r21连接至控制电路的第二输入引脚，所述电阻r22的一端接地，所述电阻r22的另一端连接至电阻r21和第二输入引脚之间。

进一步地，所述输出电压电流反馈电路还包括瞬间抑制二极管d6，所述瞬间抑制二极管d6的第一端和第二端分别连接至电压采样信息和电流采样信息，所述瞬间抑制二极管d6的第三端连接至保护地。

进一步地，所述输出给定电路包括dac转换电路以及调理电路，所述控制电路输出的给定电压经由dac转换电路转换为模拟电压信号，再由调理电路调理后输出至高压发生模块。

进一步地，所述调理电路包括运算放大器u3a，电压跟随器u3b、电阻r6、电阻r7、电阻r8以及电容c42和电容c11，其中，所述运算放大器u3a的同相输入端连接至dac转换电路的输出端，所述电阻r6的两端分别连接至运算放大器u3a的反相输入端和输出端，所述电阻r7的一端连接至运算放大器u3a的反相输入端，另一端接地，所述电压跟随器u3b的同相输入端连接至运算放大器u3a的输出端，所述电压跟随器u3b的输出端经由电阻r8连接至高压发生模块，所述电容c42的一端连接至运算放大器u3a的同相输入端和dac转换电路的输出端之间，所述电容c42的另一端接地；所述电容c11的一端连接至电阻r8和高压发生模块之间，所述电容c11的另一端接地。

进一步地，在所述电阻r8和高压发生模块之间还设置有瞬间抑制二极管d2，所述瞬间抑制二极管d2的第一端和第二端均连接至电阻r8和高压发生模块之间，所述瞬间抑制二极管d2的第三端连接至保护地。

进一步地，所述电源电路包括辅助电源电路以及降压电源电路，所述辅助电源电路包括emi滤波电路，所述emi滤波电路的输入端连接至外部的电源，所述emi滤波电路的输出端形成辅助电源，所述降压电源电路的输入端连接至辅助电源，所述降压电源电路的输出端连接至控制电路的电源端，所述外部的电源连接至高压发生模块的电源端。

进一步地，还包括显示电路，所述显示电路与所述控制电路连接，用于显示所述给定电压或/和根据采样信息显示高压发生模块的输出电压。

进一步地，在所述输出给定电路的输出端设置有第一保护电路，或/和，在输出电压电流反馈电路的输入端设置有第二保护电路。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：本实用新型的高压电源利用输出给定电路，从而使高压发生模块输出对应的输出电压，满足设定条件，同时通过反馈机制，对高压发生模块输出信息进行采样，反馈至所述控制电路，由控制电路调整给定电压，从而保证输出的高压电压保持稳定，输出纹波低，可靠性高。

附图说明

图1为本实用新型实施例的低纹波高压电源的原理示意图；

图2为本实用新型实施例的输出电压电流反馈电路的电路原理示意图；

图3为本实用新型实施例的输出给定电路的电路原理示意图；

图4为本实用新型实施例的辅助电源电路的电路原理示意图；

图5为本实用新型实施例的降压电源电路的电路原理示意图。

图中：1、控制电路；2、电源电路；3、高压发生模块；4、输出给定电路；5、输出电压电流反馈电路；6、显示电路。

具体实施方式

以下将结合附图，对本实用新型进行更为详细的描述，需要说明的是，下参照附图对本实用新型进行的描述仅是示意性的，而非限制性的。各个不同实施例之间可以进行相互组合，以构成未在以下描述中示出的其他实施例。

在本实用新型实施例中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征。

本实用新型实施例的低纹波高压电源将在下面的描述中被阐明，其中输出给定电路输出模拟电压，从而使高压发生模块输出对应的输出电压，满足设定条件，并利用高压发生模块对输出电压和输出电流进行采样，并反馈至控制电路，从而保证输出的高压电压保持稳定。本实用新型电源结构简单，体积较小，易于携带；输出纹波低，可靠性高；可调输出电压，输出电流和电压实时显示，操作简单便捷；具有过流保护和自动恢复功能。可广泛应用于高压静电纺丝以及静电喷涂、油烟净化、食品脱毒、污水治理、静电除尘等方面仪器设备中。

如附图1所示，一种低纹波高压电源，包括高压发生模块3、电源电路2、控制电路1、输出给定电路4和输出电压电流反馈电路5，其中：

电源电路2的输出端与高压发生模块3的电源端以及控制电路1的电源端均连接，从而为高压发生模块3和控制电路1供电。控制电路1的输出端通过输出给定电路4连接至高压发生模块，用于将控制电路1输出的给定电压经由输出给定电路4发送至高压发生模块，从而使得高压发生模块根据该给定电压来输出相应的输出电压(高压发生模块内置了高压逆变电路，按照给定电压输出对应的直流高压电压，该直流高压电压即为高压发生模块输出的输出电压)。

输出电压电流反馈电路的输入端通过采样电路连接至所述高压发生模块，用于接收对高压发生模块的采样信息，并将采样信息反馈至控制电路，以使控制电路根据所述采样信息调整所述给定电压。输出电压电流反馈电路主要对采样信息进行阻抗变换，衰减至适当范围后送至控制电路。

采样电路可以为单独的电路，也可以是集成于输出电压电流反馈电路或高压发生模块中。控制电路可以采用常见的微处理器实现，例如单片机，控制电路根据所述采样信息调整所述给定电压的方式可以是通过多种现有技术实现，例如在控制电路中存储一个对照表，该对照表将采样信息和给定电压进行关联，从而实现根据采样信息调整所述给定电压的目的。当然，还可以根据其他方式，例如基准电压比对方式等。

所述采样信息包括电压采样信息和电流采样信息，电压采样信息可以通过采样电阻实现，而电流采样信息可以通过将电压采样信息经由v/i转换器转换实现。

对应于电压采样信息和电流采样信息，输出电压电流反馈电路包括输出电压反馈电路和输出电流反馈电路，所述电压采样信息和电流采样信息分别输入至输出电压反馈电路和输出电流反馈电路的输入端，所述输出电压反馈电路和输出电流反馈电路的输出端分别连接至控制电路的两个输入引脚。

本实用新型的工作原理是：在控制电路的控制下，输出给定电路4输出一模拟电压vset至高压发生模块，高压发生模块根据模拟电压vset输出对应0至最大输出的输出电压vout，vout满足vout＝vset*k1；

高压发生模块对输出电压vout和输出电流iout进行采样，并转换为两个模拟电压vfb和ifb，vfb和ifb分别满足vfb＝vout*k2，ifb＝iout*k3；

其中k1、k2、k3均为常数，可通过标定确定具体数值。

请参照图2所示，输出电压反馈电路包括自恢复保险丝f3、运算放大器u6a，电阻r17、电阻r18以及电阻r19，所述电压采样信息经由自恢复保险丝f3输入至运算放大器u6a的同相输入端，所述电阻r17连接至运算放大器u6a的反相输入端和输出端之间，所述运算放大器u6a的输出端经由电阻r18连接至控制电路的第一输入引脚，所述电阻r19的一端接地，所述电阻r19的另一端连接至电阻r18和第一输入引脚之间。在自恢复保险丝f3和运算放大器u6a的同相输入端之间设置电容c31，用于滤波，电容c31的一端连接至自恢复保险丝f3和运算放大器u6a的同相输入端之间，另一端接地。

输出电流反馈电路包括自恢复保险丝f4、运算放大器u6b，电阻r20、电阻r21以及电阻r22，所述电流采样信息经由自恢复保险丝f4输入至运算放大器u6b的同相输入端，所述电阻r20连接至运算放大器u6b的反相输入端和输出端之间，所述运算放大器u6a的输出端经由电阻r21连接至控制电路的第二输入引脚，所述电阻r22的一端接地，所述电阻r22的另一端连接至电阻r21和第二输入引脚之间。在自恢复保险丝f4和运算放大器u6b的同相输入端之间设置电容c33，用于滤波，电容c33的一端连接至自恢复保险丝f4和运算放大器u6b的同相输入端之间，另一端接地。

为了防止所述输出电压电流反馈电路还包括瞬间抑制二极管d6，用于抑制瞬间高压脉冲。瞬间抑制二极管d6可采用tvs二极管pesd12vl2bt。所述瞬间抑制二极管d6的第一端和第二端分别连接至电压采样信息和电流采样信息，所述瞬间抑制二极管d6的第三端连接至保护地。

另外，在输出电压电流反馈电路的输入端还设置有第二保护电路，该第二保护电路主要用于防止可能的高压脉冲通过接口耦合到输出电压电流反馈电路内部，造成器件的损坏。第二保护电路可以采用光耦等隔离器件实现，当然也可以是其他隔离器件。

请参照图3所示，所述输出给定电路包括dac转换电路以及调理电路，所述控制电路输出的给定电压经由dac转换电路转换为模拟电压信号，再由调理电路调理后输出至高压发生模块。dac转换电路采用dac7512实现。dac转换电路的输入端连接至控制电路的输出端，用于接收给定电压，并将给定电压转换成模拟电压信号。调理电路主要是滤波和放大等。

所述调理电路包括运算放大器u3a，电压跟随器u3b、电阻r6、电阻r7、电阻r8以及电容c42、电容c11和自恢复保险丝f1(自恢复保险丝f1非必要)，其中，所述运算放大器u3a的同相输入端连接至dac转换电路的输出端，所述电阻r6的两端分别连接至运算放大器u3a的反相输入端和输出端，所述电阻r7的一端连接至运算放大器u3a的反相输入端，另一端接地，所述电压跟随器u3b的同相输入端连接至运算放大器u3a的输出端，所述电压跟随器u3b的输出端经由电阻r8以及自恢复保险丝f1连接至高压发生模块，所述电容c42的一端连接至运算放大器u3a的同相输入端和dac转换电路的输出端之间，所述电容c42的另一端接地；所述电容c11的一端连接至电阻r8和自恢复保险丝f1之间(如果没有自恢复保险丝f1，则电容c11的一端连接至电阻r8和高压发生模块之间)，所述电容c11的另一端接地。

为了抑制瞬间的高压脉冲，在所述自恢复保险丝f1和高压发生模块之间(如果没有自恢复保险丝f1，则在电阻r8和高压发生模块之间)还设置有瞬间抑制二极管d2，瞬间抑制二极管d2同样可以采用tvs二极管pesd12vl2bt。瞬间抑制二极管d2的第一端和第二端均连接至电阻r8和高压发生模块之间，所述瞬间抑制二极管d2的第三端连接至保护地。

在输出给定电路的输出端设置有第一保护电路，防止可能的高压脉冲通过接口耦合至输出给定电路内部造成损坏。第一保护电路也可以采用光耦等隔离器件。

所述电源电路包括辅助电源电路以及降压电源电路，其中，辅助电源电路包括emi滤波电路，防止高压发生模块产生的emi干扰耦合到控制电路及电网，所述emi滤波电路的输入端连接至外部的电源，所述emi滤波电路的输出端形成辅助电源，所述降压电源电路的输入端连接至辅助电源，所述降压电源电路的输出端连接至控制电路的电源端，所述外部的电源直接连接至高压发生模块的电源端，为高压发生模块供电。

具体地，请参照图4所述，辅助电源电路包括瞬态抑制二极管d3、电容c12、电容c13、电容c14、共模滤波电感l1、自恢复保险丝f2，外部的电源，外部的电源经由整流滤波连接至辅助电源电路的供电正极vin+，供电正极vin+分别与电容c12的一端、电容c13的一端、自恢复保险丝f2的一端、瞬态抑制二极管d3的一端相连，瞬态抑制二极管d3的另一端连接到供电正极vin-，电容c12的另一端接保护地，电容c13的另一端分别与供电正极vin-、电容c14的一端、共模滤波电感的3脚相连，共模滤波电感的2脚与自恢复保险丝f2的另一端相连，共模滤波电感的1脚形成辅助电源，即24v直流电压，共模滤波电感的4脚作为辅助供电端pgnd输出。辅助电源电路还可以包括指示电路，指示电路由电阻r13和发光二极管d5组成，其中，电阻r13与发光二极管d5串联后的两端分别连接至24v直流电压和辅助供电端pgnd。

请参照图5所示，降压电源电路包括电源芯片u4、电阻r12、电阻r10、二极管d4、电感l2、电容c21、电容c22、电容c16、电容c17、电容c18、电容c19、电容c20、电容c15、电阻r9和电阻r11。其中，电源芯片u4采用降压芯片tps54340，电源芯片u4的输入端与辅助电源连接，在辅助电源和电源芯片u4的输入端之间，还可以设置多级滤波电路。

电源芯片u4的4脚与电阻r12的一端相连，电阻r12的另一端与辅助供电端pgnd连接，电源芯片u4的6脚分别与电容c21、电阻r10连接，电阻r10的另一端与电容c22连接，电容c21的另一端与辅助供电端pgnd连接，电容c22的另一端与辅助供电端pgnd连接，电源芯片u4的9脚与辅助供电端pgnd连接，电源芯片u4的7脚与辅助供电端pgnd连接，电源芯片u4的5脚分别与电阻r9和电阻r11之间，电阻r9与电感l2的一端、电容c16、电容c17、电容c18、电容c19、电容c20的一端相连，电容c16、电容c17、电容c18、电容c19、电容c20构成的并联电路的一端与3.3v辅助供电端连接，电阻r11的另一端与由电容c16、电容c17、电容c18、电容c19、电容c20构成的并联电路的另一端、二极管d4、辅助供电端pgnd连接，电源芯片u4的8脚与电容c15的一端、电感l2的另一端、二极管d4的另一端相连，电容c15的另一端与电源芯片u4的1脚连接。

另外，该低纹波高压电源还包括显示电路6，所述显示电路6与所述控制电路连接。显示电路6可以采用lcd显示屏及其外围电路构成，用于显示用户界面，用户界面可以显示给定电压信息或/和根据采样信息显示高压发生模块的输出电压(或/和输出电流)等。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。