一种电压线性上升的高压电源的制作方法

文档序号:7460268阅读:291来源:国知局
专利名称:一种电压线性上升的高压电源的制作方法
技术领域
本发明涉及高压电源技术领域,具体地指一种电压线性上升的高压电源。
背景技术
过电压防护装置大量用于通信、信 号等系统中,用于对感应雷电等引起的过电压冲击进行限幅保护,并将雷电流导入地中。为了生产、检测、检定这些装置的过压防护性能,需要对这类装置和元器件的防护导通电压值进行准确测量,以确保其过压防护性能的有效性和參数的符合性。为了统一和准确地检测这类装置,元器件的防护导通电压,相关标准要求在被检装置或元器件上施加ー种能从很低电压值(几伏)为起点,且电压值按一定的K = V/S速率上升的实验电压。由于防护装置的性能类别不同,要求实验电压的上升斜率不同,如100V/S,或者1000V/S,且最高电压可达10000V左右。为实现电压的上升,在ー些场合采用人工调节的方法逐步升高高压源输出电压,利用计时器的读数来測量点火时刻。此方法准确性低,误差较大。对于上述技术问题,现有的一种改进方法是采用RC充电的方式产生斜率近似为线性上升的高压。其方法是使用高压源E经电阻R向电容C充电,电容两端的电压以指数函数上升。如果时间常数T =RC较大,在一个时间常数的时间范围内,电容两端电压是近似线性上升的。该方法有如下不足I)电压在上升过程中的上升速率是变化的,且电压越高,上升速率越小。2)为保证上升斜率是近似线性的,时间常数需要很大,高压源电压要求高,电容电阻值需要很高,而且电容耐压要求高。比如,对100V/S的速率,达到10000V时,t =100s,如上所述,时间常数应起码为T =RC= 100s。按R = IMQ计算,电容C = IOOii F,且其耐压应为10000V。这些要求造成设备体积大,成本高。

发明内容
本发明的目的就是要提供一种电压线性上升的高压电源,该电源的电压上升速率在电压上升过程中为ー个固定值,不随电压变化,且能大幅降低系统对元器件的要求,减小了电源的体积和成本。为实现此目的,本发明所设计的电压线性上升的高压电源,其特征在干它包括基于脉宽调制的反激式高压源、斜坡电压发生器、电阻分压取样模块和误差放大器,其中,所述斜坡电压发生器的输出端连接误差放大器的输入端,所述误差放大器输出端连接基于脉宽调制的反激式高压源的输入端,所述基于脉宽调制的反激式高压源的电压输出端作为高压电源输出,所述高压电源的电压输出端还连接有电阻分压取样模块的输入端,电阻分压取样模块的输出端连接误差放大器的反馈信号输入端。所述基于脉宽调制的反激式高压源包括脉宽调制器NI、三极管Tl、变压器TRl和升压电路,其中,所述脉宽调制器NI的同相输入端2接模拟地AGND,脉宽调制器NI的反相输入端I连接误差放大器的输出端,脉宽调制器NI的脉宽调制信号输出端12连接三极管Tl的基极,三极管Tl的发射极接大地GND,三极管Tl的集电极连接变压器TRl初级的一端,变压器TRl的初级的另一端连接第一电源VI,变压器TRl的次级连接升压电路。所述升压电路包括整流ニ极管Dl和滤波电容Cl,其中,所述变压器TRl的次级的一端连接整流ニ极管Dl的正极,整流ニ极管Dl的负极为基于脉宽调制的反激式高压源的电压输出端,所述整流ニ极管Dl的负极还通过滤波电容Cl接模拟地AGND,所述变压器TRl的次级的另一端接模拟地AGND。
所述斜坡电压发生器包括运算放大器N2、积分电容C2、充电电阻Rl和复位开关SI,其中,所述运算放大器N2的同相输入端接模拟地AGND,运算放大器N2的反相输入端通过积分电容C2连接运算放大器N2的输出端,所述积分电容C2的两端之间连接复位开关SI,所述充电电阻Rl的一端连接运算放大器N2的反相输入端,充电电阻Rl的另一端连接第二电源V2。所述电阻分压取样模块包括电阻R2和电阻R3,其中,电阻R2的一端连接基于脉宽调制的反激式高压源的电压输出端,电阻R2的另一端通过电阻R3接模拟地AGND。所述误差放大器包括运算放大器N3、电阻R4和电阻R5,其中,所述运算放大器N3的同相输入端连接所述电阻R2的另一端,运算放大器N3的反相输入端通过电阻R4连接斜坡电压发生器的输出端,所述运算放大器N3的输出端连接基于脉宽调制的反激式高压源的输入端,运算放大器N3的输出端和反相输入端之间还连接电阻R5。本发明的有益效果为I.本发明利用斜坡电压发生器和基于脉宽调制的反激式高压源,得到了输出电压线性上升的高压,大幅降低了系统对元器件的要求,减小了电源的体积和成本。2.本发明的电压上升斜率在电压上升过程中为ー个固定值,不随电压的变化而变化。3.本发明的电压范围可以从几伏至10000V。4.本发明的电压上升速率可以电路中若干个參数调整。


图I为本发明的原理框图。图2为本发明的电路图。
具体实施例方式以下结合附图和具体实施例对本发明作进ー步的详细说明如图I所示,包括基于脉宽调制的反激式高压源、斜坡电压发生器、电阻分压取样模块和误差放大器,其中,所述斜坡电压发生器的输出端连接误差放大器的输入端,所述误差放大器输出端连接基于脉宽调制的反激式高压源的输入端,所述基于脉宽调制的反激式高压源的电压输出端连接有电阻分压取样模块的输入端,电阻分压取样模块的输出端连接误差放大器的反馈信号输入端。上述技术方案中,如图2所示,所述基于脉宽调制的反激式高压源包括脉宽调制器NI、三极管Tl、变压器TRl和升压电路,其中,所述脉宽调制器NI的同相输入端2接模拟地AGND,脉宽调制器NI的反相输入端I连接误差放大器的输出端,脉宽调制器NI的脉宽调制信号输出端12连接三极管Tl的基极,三极管Tl的发射极接大地GND,三极管Tl的集电极连接变压器TRl初级的一端,变压器TRl的初级的另一端连接第一电源VI,变压器TRl的次级连接升压电路。本发明的大地GND为系统中的零电位參考点,一般与系统外壳或交流供电的保护地相连。模拟地AGND为系统中模拟部分的基准电位參考点,一般在系统中可能与大地GND相连,也可能不相连,即有别于大地GND零电位。在本发明中,为保证脉宽调制器NI工作在最优状态,其同相输入端相对于大地GND的基准电压为2. 5V,因此模拟地AGND选取为2.5V。第一电源Vl为TRl的初级储能输 入电压,在系统中为+15V。第一电源Vl的另一端连接大地GND。第二电源V2为控制积分充电电流的可调电压源,其电位低于模拟地AGND,比如比模拟地AGND低0. IV,其另一端连接大地GND。上述技术方案中,所述升压电路包括整流ニ极管Dl和滤波电容Cl,其中,所述变压器TRl的次级的一端连接整流ニ极管Dl的正极,整流ニ极管Dl的负极为基于脉宽调制的反激式高压源的电压输出端,所述整流ニ极管Dl的负极还通过滤波电容Cl接模拟地AGND,所述变压器TRl的次级的另一端接模拟地AGND。上述技术方案中,当三极管Tl导通时,第一电源给变压器的初级储能充电,此时变压器的级次上负下正,整流ニ极管Dl反偏,无法输出高压。当三极管Tl截止时,变压器TRl的级次由于电压变为上正下负,整流ニ极管Dl导通,高压输出。高压输出时同时给负载和滤波电容Cl充电,高压无输出时,滤波电容Cl与负载构成放电回路,以维持负载的高压。上述技术方案中,所述斜坡电压发生器包括运算放大器N2、积分电容C2、充电电阻Rl和复位开关SI,其中,所述运算放大器N2的同相输入端接模拟地AGND,运算放大器N2的反相输入端通过积分电容C2连接运算放大器N2的输出端,所述积分电容C2的两端之间连接复位开关SI,所述充电电阻Rl的一端连接运算放大器N2的反相输入端,充电电阻Rl的另一端连接第二电源V2。上述技术方案中,所述电阻分压取样模块包括电阻R2和电阻R3,其中,电阻R2的一端连接基于脉宽调制的反激式高压源的电压输出端,电阻R2的另一端通过电阻R3接模拟地AGND。上述技术方案中,所述误差放大器包括运算放大器N3、电阻R4和电阻R5,其中,所述运算放大器N3的同相输入端连接所述电阻R2的另一端,运算放大器N3的反相输入端通过电阻R4连接斜坡电压发生器的输出端,所述运算放大器N3的输出端连接基于脉宽调制的反激式高压源的输入端,运算放大器N3的输出端和反相输入端之间连接电阻R5。本发明的工作原理为斜坡电压发生器由基于运算放大器N2的积分电路产生一个上升速率固定的斜坡电压U1,并将Ul接至误差放大器中运算放大器N3的反相输入端。基于脉宽调制的反激式高压源输出高压U0,经电阻分压取样模块得到分压电压U3,并将分压电压U3接至误差放大器中运算放大器N3的同相输入端。误差放大器的输出U2接至脉宽调制器NI的反相输入端。基于脉宽调制的反激式高压源通过分压取样和误差放大形成负反馈,使得Ul线性上升时高压源能自动调控制脉宽使高压输出也线性上升。本发明中的斜坡电压发生器工作原理如下在初始状态,由于虚短,运算放大器N2的反相输入端为模拟地AGND。复位开关SI闭合,将积分电容C2两端的电荷全部释放棹。斜坡电压发生器的输出电压Ul此时等于AGND。复位结束之后,复位开关SI打开,开始向积分电容C2充电。积分电容C2的充电电流,I $,等于流过充电电阻Rl的电流,为I!其中第二电源V2为控制积分充电电流的可调电压源,其负极接大地 GND。
可以看到,积分电容C2的充电电流为ー个恒定值。积分电容C2积累的电荷Q与充电电流,其两端的电压Ul和充电时间有如下关系
权利要求
1.一种电压线性上升的高压电源,其特征在于它包括基于脉宽调制的反激式高压源、斜坡电压发生器、电阻分压取样模块和误差放大器,其中,所述斜坡电压发生器的输出端连接误差放大器的输入端,所述误差放大器输出端连接基于脉宽调制的反激式高压源的输入端,所述基于脉宽调制的反激式高压源的电压输出端作为高压电源输出,所述高压电源的电压输出端还连接有电阻分压取样模块的输入端,电阻分压取样模块的输出端连接误差放大器的反馈信号输入端。
2.根据权利要求I所述的电压线性上升的高压电源,其特征在于所述基于脉宽调制的反激式高压源包括脉宽调制器NI、三极管Tl、变压器TRl和升压电路,其中,所述脉宽调制器NI的同相输入端(2)接模拟地AGND,脉宽调制器NI的反相输入端(I)连接误差放大器的输出端,脉宽调制器NI的脉宽调制信号输出端(12)连接三极管Tl的基极,三极管Tl的发射极接大地GND,三极管Tl的集电极连接变压器TRl初级的一端,变压器TRl的初级的另一端连接第一电源VI,变压器TRl的次级连接升压电路。
3.根据权利要求2所述的电压线性上升的高压电源,其特征在于所述升压电路包括整流二极管Dl和滤波电容Cl,其中,所述变压器TRl的次级的一端连接整流二极管Dl的 正极,整流二极管Dl的负极为基于脉宽调制的反激式高压源的电压输出端,所述整流二极管Dl的负极还通过滤波电容Cl接模拟地AGND,所述变压器TRl的次级的另一端接模拟地AGND。
4.根据权利要求I所述的电压线性上升的高压电源,其特征在于所述斜坡电压发生器包括运算放大器N2、积分电容C2、充电电阻Rl和复位开关SI,其中,所述运算放大器N2的同相输入端接模拟地AGND,运算放大器N2的反相输入端通过积分电容C2连接运算放大器N2的输出端,所述积分电容C2的两端之间连接复位开关SI,所述充电电阻Rl的一端连接运算放大器N2的反相输入端,充电电阻Rl的另一端连接第二电源V2。
5.根据权利要求4所述的电压线性上升的高压电源,其特征在于所述电阻分压取样模块包括电阻R2和电阻R3,其中,电阻R2的一端连接基于脉宽调制的反激式高压源的电压输出端,电阻R2的另一端通过电阻R3接模拟地AGND。
6.根据权利要求5所述的电压线性上升的高压电源,其特征在于所述误差放大器包括运算放大器N3、电阻R4和电阻R5,其中,所述运算放大器N3的同相输入端连接所述电阻R2的另一端,运算放大器N3的反相输入端通过电阻R4连接斜坡电压发生器的输出端,所述运算放大器N3的输出端连接基于脉宽调制的反激式高压源的输入端,运算放大器N3的输出端和反相输入端之间还连接电阻R5。
全文摘要
本发明公开了一种电压线性上升的高压电源,其特征在于它包括基于脉宽调制的反激式高压源、斜坡电压发生器、电阻分压取样模块和误差放大器,其中,所述斜坡电压发生器的输出端连接误差放大器的输入端,所述误差放大器输出端连接基于脉宽调制的反激式高压源的输入端,所述基于脉宽调制的反激式高压源的电压输出端连接有电阻分压取样模块的输入端,电阻分压取样模块的输出端连接误差放大器的反馈信号输入端。本发明利用斜坡电压发生器和基于脉宽调制的反激式高压源,得到了输出电压线性上升的高压,大幅降低了系统对元器件的要求,减小了电源的体积和成本。
文档编号H02M3/156GK102629828SQ20121008758
公开日2012年8月8日 申请日期2012年3月29日 优先权日2012年3月29日
发明者胡学军, 胡晓晖 申请人:武汉市康达电气有限公司
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