频率、占空比、幅度可调的高压脉冲电源电路的制作方法

本实用新型涉及一种应用于工业、科学实验、生物技术及医疗等方面仪器设备中的一种频率、占空比、幅度可调的高压脉冲电源电路。

背景技术：

市场上的高压脉冲电源电路用途广泛，但由于受其工作机理的限制，普遍存在脉冲电源电路电压低、频率范围窄、占空比不可调、转换速度慢。随着电子科技的发展，市场对脉冲高压电源的技术性能提出更高的要求，用户对脉冲电源的电压幅度、频率范围、占空比、上升沿及下降沿时间有了更高的要求。

技术实现要素：

鉴于实际市场的需求情况，本实用新型提供了一种频率、占空比、幅度可调的高压脉冲电源电路，可调节频率、调节占空比、调节脉冲电压幅度，并具有频率和占空比显示功能的高压脉冲电源。

本实用新型为实现上述目的，所采取的技术方案是：一种频率、占空比、幅度可调的高压脉冲电源电路，包括启停电路、频率及占空比显示电路、高压模块电路，其特征在于：还包括调频调占空比电路、驱动电路、高压脉冲输出电路，所述调频调占空比电路分别与驱动电路、频率及占空比显示电路、启停电路连接，所述高压模块电路分别与启停电路、高压脉冲输出电路连接，所述驱动电路与高压脉冲输出电路连接；

所述调频调占空比电路中，电阻R27一端与输入供电+Vin连接，稳压管D6与电容C9并联，电阻R27的另一端分别与稳压管D6的负极、电阻R1的一端连接，并作为内部供电端VCC，稳压管D6的正极与输入地GND连接，电阻R1的另一端与可调电位器R2的3脚连接，可调电位器R2的1脚通过电阻R2与输入地GND连接，可调电位器R2的2脚与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端分别与电容C5的一端、放大器U3A的同相输入端3脚连接，电容C5的另一端与输入地GND连接，放大器U3A的接地端4脚与输入地GND连接，放大器U3A的供电端8脚与VCC连接，芯片U1A的输入端1脚分别与电阻R7和电阻R8一端连接，电阻R7的另一端与放大器U3A的反相输入端2脚连接，电阻R8的另一端分别与电容C1的一端、C2的一端、C3的一端、C4的一端、可调电位器R6的2脚和3脚连接，电容C3另一端和电容C4另一端连接后接输入地GND，电容C1另一端和电容C2另一端连接后与开关K1的一端相连，开关K1的另一端与输入地GND连接，芯片U1A的输出端2脚通过电阻R5与可调电位器R6的1脚连接，芯片U1A的接地端7脚与输入地GND连接，芯片U1A的供电端14脚与VCC连接，放大器U3A的输出端1脚与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端分别与芯片U1B的输入端3脚、启停电路中二极管D1的负极连接，芯片U1B的输出端4脚与频率及占空比显示电路中的电阻R10的一端连接；

所述驱动电路中，芯片U2A的接地端7脚与输入地GND连接，芯片U2A的供电端14脚与内部供电端VCC连接，芯片U2A的的输入端1脚与调频调占空比电路中芯片U1B的输出端4脚连接，芯片U2A的输出端2脚分别与芯片U2F的输入端13脚、二极管D2的负极连接，芯片U2F的输出端12脚与二极管D3的负极连接，二极管D3的正极分别与电容C11一端、二极管D5的负极连接，电容C11的另一端与输入地GND连接，二极管D5的正极分别与电容C12的一端、芯片U2E的输入端11脚、电阻R28一端连接，电容C12的另一端与输入地GND连接，芯片U2E的输出端10脚分别与电阻R28另一端、电容C13的一端连接，电容C13的另一端分别与芯片U2D的输入端9脚、电阻R29的一端连接，电阻R29的另一端与内部供电端VCC连接，芯片U2D的输出端8脚与开关管T2栅极连接，开关管T2漏极分别与电阻R33的一端、变压器TRF2的初级b2端连接，开关管T2的源极与输入地GND连接，变压器TRF2的初级a2端与电阻R33的另一端相连后与连接端Va连接，二极管D2的正极分别与电容C14一端、二极管D4的负极连接，电容C14的另一端与输入地GND连接，二极管D4的正极分别与电容C15的一端、芯片U2B的输入端3脚、电阻R30的一端连接，电容C15的另一端与输入地GND连接，芯片U2B的输出端4脚分别与电阻R30的另一端、电容C16的一端连接，电容C16的另一端分别与芯片U2C的输入端5脚、电阻R31的一端连接，电阻R31的另一端与内部供电端VCC连接，芯片U2C的输出端6脚与开关管T1栅极连接，开关管T1的漏极分别与电阻R32的一端、变压器TRF1的初级b1端连接，开关管T1的源极与输入地GND连接，电阻R32另一端分别与变压器TRF1的初级a1端、电容C17的正极、电阻R34的一端连接，并作为连接端Va，电阻R34的另一端与输入供电+Vin连接，电容C17负极与输入地GND连接；

所述高压脉冲输出电路中，变压器TRF1的次级L1绕组的同名端与二极管D7的正极连接，电阻R35和电容C18并联，二极管D7的负极分别与电阻R35一端、电阻R36的一端连接，电阻R36的另一端分别与三极管T3的基极、二极管D11的正极连接，二极管D11的负极分别与三极管T3的发射极、开关管的T4的栅极连接，开关管T4的漏极分别与高压模块电路的高压输出端+HV、电阻R51的一端连接，开关管T4的源极、三极管T3的集电极、电阻R51的另一端、电阻R35的另一端相连后接变压器TRF1的次级L1绕组的异名端，变压器TRF1的次级L2绕组的同名端与二极管D8的正极连接，电阻R37和电容C19并联，二极管D8的负极分别与电阻R37一端、电阻R38的一端连接，电阻R38的另一端分别与三极管T5的基极、二极管D12的正极连接，二极管D12的负极分别与三极管T5的发射极、开关管的T6的栅极连接，开关管T6的漏极分别与开关管T4的源极、电阻R52的一端连接，开关管T6的源极、三极管T5的集电极、电阻R52的另一端、电阻R37的另一端相连后接变压器TRF1的次级L2绕组的异名端，变压器TRF1的次级L3绕组的同名端与二极管D9的正极连接，电阻R39和电容C20并联，二极管D9的负极分别与电阻R39一端、电阻R40的一端连接，电阻R40的另一端分别与三极管T7的基极、二极管D13的正极连接，二极管D13的负极分别与三极管T7的发射极、开关管的T8的栅极连接，开关管T8的漏极分别与开关管T6的源极、电阻R53的一端连接，开关管T8的源极、三极管T7的集电极、电阻R53的另一端、电阻R39的另一端相连后接变压器TRF1的次级L3绕组的异名端，变压器TRF1的次级L4绕组的同名端与二极管D10的正极连接，电阻R41和电容C21并联，二极管D10的负极分别与电阻R41一端、电阻R42的一端连接，电阻R42的另一端分别与三极管T9的基极、二极管D14的正极连接，二极管D14的负极分别与三极管T9的发射极、开关管的T10的栅极连接，开关管T10的漏极分别与开关管T8的源极、电阻R54的一端连接，开关管T10的源极、三极管T9的集电极、电阻R54的另一端、电阻R41的另一端相连后接变压器TRF1的次级L4绕组的异名端，变压器TRF2的次级L1绕组的同名端与二极管D15的正极连接，电阻R43和电容C22并联，二极管D15的负极分别与电阻R43一端、电阻R44的一端连接，电阻R44的另一端分别与三极管T11的基极、二极管D19的正极连接，二极管D19的负极分别与三极管T11的发射极、开关管的T12的栅极连接，开关管T12的漏极分别与开关管T10的源极、电阻R55的一端连接，并作为高压脉冲输出端HV，开关管T12的源极、三极管T11的集电极、电阻R55的另一端、电阻R43的另一端相连后接变压器TRF2的次级L1绕组的异名端，变压器TRF2的次级L2绕组的同名端与二极管D16的正极连接，电阻R45和电容C23并联，二极管D16的负极分别与电阻R45一端、电阻R46的一端连接，电阻R46的另一端分别与三极管T13的基极、二极管D20的正极连接，二极管D20的负极分别与三极管T13的发射极、开关管的T14的栅极连接，开关管T14的漏极分别与开关管T12的源极、电阻R56的一端连接，开关管T14的源极、三极管T13的集电极、电阻R56的另一端、电阻R45的另一端相连后接变压器TRF2的次级L2绕组的异名端，变压器TRF2的次级L3绕组的同名端与二极管D17的正极连接，电阻R47和电容C24并联，二极管D17的负极分别与电阻R47一端、电阻R48的一端连接，电阻R48的另一端分别与三极管T15的基极、二极管D21的正极连接，二极管D21的负极分别与三极管T15的发射极、开关管的T16的栅极连接，开关管T16的漏极分别与开关管T14的源极、电阻R57的一端连接，开关管T16的源极、三极管T15的集电极、电阻R57的另一端、电阻R47的另一端相连后接变压器TRF2的次级L3绕组的异名端，变压器TRF2的次级L4绕组的同名端与二极管D18的正极连接，电阻R49和电容C25并联，二极管D18的负极分别与电阻R49一端、电阻R50的一端连接，电阻R50的另一端分别与三极管T17的基极、二极管D22的正极连接，二极管D22的负极分别与三极管T17的发射极、开关管的T18的栅极连接，开关管T18的漏极分别与开关管T16的源极、电阻R58的一端连接，开关管T18的源极、三极管T17的集电极、电阻R58的另一端、电阻R49的另一端、变压器TRF2的次级L4绕组的异名端连接后接输入地GND。

本实用新型的有益效果是：实现了高压脉冲幅度调节范围0～6KV、频率调节范围20HZ～2000HZ、占空比调节范围10%～90%的宽范围高压脉冲输出，且转换速度快，上升沿、下降沿速度最快可达10μs，极大地满足了不同领域对于高压脉冲电源的需求。

附图说明

图1为本实用新型的电路连接框图；

图2为本实用新型的电路原理图。

具体实施方式

如图1、2所示，频率、占空比、幅度可调的高压脉冲电源电路，包括启停电路、频率及占空比显示电路、高压模块电路，还包括调频调占空比电路、驱动电路、高压脉冲输出电路。

调频调占空比电路分别与驱动电路、频率及占空比显示电路、启停电路连接，高压模块电路分别与启停电路、高压脉冲输出电路连接，驱动电路与高压脉冲输出电路连接。

上述调频调占空比电路中，电阻R27一端与输入供电+Vin连接，稳压管D6与电容C9并联，电阻R27的另一端分别与稳压管D6的负极、电阻R1的一端连接，并作为内部供电端VCC，稳压管D6的正极与输入地GND连接，电阻R1的另一端与可调电位器R2的3脚连接，可调电位器R2的1脚通过电阻R2与输入地GND连接，可调电位器R2的2脚与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端分别与电容C5的一端、放大器U3A的同相输入端3脚连接，电容C5的另一端与输入地GND连接，放大器U3A的接地端4脚与输入地GND连接，放大器U3A的供电端8脚与VCC连接，芯片U1A的输入端1脚分别与电阻R7和电阻R8一端连接，电阻R7的另一端与放大器U3A的反相输入端2脚连接，电阻R8的另一端分别与电容C1的一端、C2的一端、C3的一端、C4的一端、可调电位器R6的2脚和3脚连接，电容C3另一端和电容C4另一端连接后接输入地GND，电容C1另一端和电容C2另一端连接后与开关K1的一端相连，开关K1的另一端与输入地GND连接，芯片U1A的输出端2脚通过电阻R5与可调电位器R6的1脚连接，芯片U1A的接地端7脚与输入地GND连接，芯片U1A的供电端14脚与VCC连接，放大器U3A的输出端1脚与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端分别与芯片U1B的输入端3脚、启停电路中二极管D1的负极连接，芯片U1B的输出端4脚与频率及占空比显示电路中的电阻R10的一端连接。

主控芯片U1的型号为：CD40106BM，U3的型号为：LM358。

上述驱动电路中，芯片U2A的接地端7脚与输入地GND连接，芯片U2A的供电端14脚与内部供电端VCC连接，芯片U2A的的输入端1脚与调频调占空比电路中芯片U1B的输出端4脚连接，芯片U2A的输出端2脚分别与芯片U2F的输入端13脚、二极管D2的负极连接，芯片U2F的输出端12脚与二极管D3的负极连接，二极管D3的正极分别与电容C11一端、二极管D5的负极连接，电容C11的另一端与输入地GND连接，二极管D5的正极分别与电容C12的一端、芯片U2E的输入端11脚、电阻R28一端连接，电容C12的另一端与输入地GND连接，芯片U2E的输出端10脚分别与电阻R28另一端、电容C13的一端连接，电容C13的另一端分别与芯片U2D的输入端9脚、电阻R29的一端连接，电阻R29的另一端与内部供电端VCC连接，芯片U2D的输出端8脚与开关管T2栅极连接，开关管T2漏极分别与电阻R33的一端、变压器TRF2的初级b2端连接，开关管T2的源极与输入地GND连接，变压器TRF2的初级a2端与电阻R33的另一端相连后与连接端Va连接，二极管D2的正极分别与电容C14一端、二极管D4的负极连接，电容C14的另一端与输入地GND连接，二极管D4的正极分别与电容C15的一端、芯片U2B的输入端3脚、电阻R30的一端连接，电容C15的另一端与输入地GND连接，芯片U2B的输出端4脚分别与电阻R30的另一端、电容C16的一端连接，电容C16的另一端分别与芯片U2C的输入端5脚、电阻R31的一端连接，电阻R31的另一端与内部供电端VCC连接，芯片U2C的输出端6脚与开关管T1栅极连接，开关管T1的漏极分别与电阻R32的一端、变压器TRF1的初级b1端连接，开关管T1的源极与输入地GND连接，电阻R32另一端分别与变压器TRF1的初级a1端、电容C17的正极、电阻R34的一端连接，并作为连接端Va，电阻R34的另一端与输入供电+Vin连接，电容C17负极与输入地GND连接。

主控芯片U2的型号为：CD40106BM。

上述高压脉冲输出电路中，变压器TRF1的次级L1绕组的同名端与二极管D7的正极连接，电阻R35和电容C18并联，二极管D7的负极分别与电阻R35一端、电阻R36的一端连接，电阻R36的另一端分别与三极管T3的基极、二极管D11的正极连接，二极管D11的负极分别与三极管T3的发射极、开关管的T4的栅极连接，开关管T4的漏极分别与高压模块电路的高压输出端+HV、电阻R51的一端连接，开关管T4的源极、三极管T3的集电极、电阻R51的另一端、电阻R35的另一端相连后接变压器TRF1的次级L1绕组的异名端，变压器TRF1的次级L2绕组的同名端与二极管D8的正极连接，电阻R37和电容C19并联，二极管D8的负极分别与电阻R37一端、电阻R38的一端连接，电阻R38的另一端分别与三极管T5的基极、二极管D12的正极连接，二极管D12的负极分别与三极管T5的发射极、开关管的T6的栅极连接，开关管T6的漏极分别与开关管T4的源极、电阻R52的一端连接，开关管T6的源极、三极管T5的集电极、电阻R52的另一端、电阻R37的另一端相连后接变压器TRF1的次级L2绕组的异名端，变压器TRF1的次级L3绕组的同名端与二极管D9的正极连接，电阻R39和电容C20并联，二极管D9的负极分别与电阻R39一端、电阻R40的一端连接，电阻R40的另一端分别与三极管T7的基极、二极管D13的正极连接，二极管D13的负极分别与三极管T7的发射极、开关管的T8的栅极连接，开关管T8的漏极分别与开关管T6的源极、电阻R53的一端连接，开关管T8的源极、三极管T7的集电极、电阻R53的另一端、电阻R39的另一端相连后接变压器TRF1的次级L3绕组的异名端，变压器TRF1的次级L4绕组的同名端与二极管D10的正极连接，电阻R41和电容C21并联，二极管D10的负极分别与电阻R41一端、电阻R42的一端连接，电阻R42的另一端分别与三极管T9的基极、二极管D14的正极连接，二极管D14的负极分别与三极管T9的发射极、开关管的T10的栅极连接，开关管T10的漏极分别与开关管T8的源极、电阻R54的一端连接，开关管T10的源极、三极管T9的集电极、电阻R54的另一端、电阻R41的另一端相连后接变压器TRF1的次级L4绕组的异名端，变压器TRF2的次级L1绕组的同名端与二极管D15的正极连接，电阻R43和电容C22并联，二极管D15的负极分别与电阻R43一端、电阻R44的一端连接，电阻R44的另一端分别与三极管T11的基极、二极管D19的正极连接，二极管D19的负极分别与三极管T11的发射极、开关管的T12的栅极连接，开关管T12的漏极分别与开关管T10的源极、电阻R55的一端连接，并作为高压脉冲输出端HV，开关管T12的源极、三极管T11的集电极、电阻R55的另一端、电阻R43的另一端相连后接变压器TRF2的次级L1绕组的异名端，变压器TRF2的次级L2绕组的同名端与二极管D16的正极连接，电阻R45和电容C23并联，二极管D16的负极分别与电阻R45一端、电阻R46的一端连接，电阻R46的另一端分别与三极管T13的基极、二极管D20的正极连接，二极管D20的负极分别与三极管T13的发射极、开关管的T14的栅极连接，开关管T14的漏极分别与开关管T12的源极、电阻R56的一端连接，开关管T14的源极、三极管T13的集电极、电阻R56的另一端、电阻R45的另一端相连后接变压器TRF2的次级L2绕组的异名端，变压器TRF2的次级L3绕组的同名端与二极管D17的正极连接，电阻R47和电容C24并联，二极管D17的负极分别与电阻R47一端、电阻R48的一端连接，电阻R48的另一端分别与三极管T15的基极、二极管D21的正极连接，二极管D21的负极分别与三极管T15的发射极、开关管的T16的栅极连接，开关管T16的漏极分别与开关管T14的源极、电阻R57的一端连接，开关管T16的源极、三极管T15的集电极、电阻R57的另一端、电阻R47的另一端相连后接变压器TRF2的次级L3绕组的异名端，变压器TRF2的次级L4绕组的同名端与二极管D18的正极连接，电阻R49和电容C25并联，二极管D18的负极分别与电阻R49一端、电阻R50的一端连接，电阻R50的另一端分别与三极管T17的基极、二极管D22的正极连接，二极管D22的负极分别与三极管T17的发射极、开关管的T18的栅极连接，开关管T18的漏极分别与开关管T16的源极、电阻R58的一端连接，开关管T18的源极、三极管T17的集电极、电阻R58的另一端、电阻R49的另一端、变压器TRF2的次级L4绕组的异名端连接后接输入地GND。

调频调占空比电路中，可调电位器R6和可调电位器R2选用时应考虑其调节精度，本实用新型中选用多圈电位器。

变压器绕制时应考虑绝缘性，本实用新型中初、次级绕组间加高耐压绝缘膜，根据输出电压幅度，并考虑到降额设计，变压器的初、次级绕组间进行8KV耐压测试。

高压脉冲输出电路中，开关管T4、T6、T8、T10、T12、T14、T16、T18选择时应考虑其耐压要求，电阻R51～R58起到均衡开关管T4、T6、T8、T10、T12、T14、T16、T18上的压降值的作用，阻值选择应考虑一致性和耐压值，本实用新型中选用阻值为20M、误差为1%、耐压值为2KV的高压瓷片电阻。

工作原理：

调频调占空比电路中，电源电路的核心控制芯片U1的1脚通过调节电阻R6形成一个频率可调的三角波，通过调节电阻R2使放大器的同相输入端电压不同，输出的三角波信号通过放大器的输入端与一个可调电压比较，U3的输出端则输出一个方波信号，输入端电压的不同方波信号的占空比不同，通过调节电压值达到调节方波占空比的目的。

驱动电路中，输出两组对称的方波，并有一定的死区时间，控制开关管T1和T2交替导通或截止。

启停电路中，通过同时控制高压模块电路的启停端和U1B的输入端脉冲信号起到启动或停止的目的。

频率及占空比显示电路中，通过主控芯片LM331将频率信号转换成电压信号，达到频率显示的目的，通过采用积分电路的方式实现脉冲信号占空比显示的目的。

高压脉冲输出电路中，通过变压器TRF1将脉冲信号分别转换成四个同相的脉冲信号，分别驱动四个串联的开关管T4、T6、T8、T10，通过变压器TRF2将脉冲信号分别转换成四个与变压器TRF1反相的脉冲信号，分别驱动四个串联的开关管T12、T14、T16、T18，两组开关管交替导通或截止实现高压脉冲输出。

高压模块电路中，为高压脉冲输出电路提供一个高压直流电源，通过两组开关管的交替导通或截止转化成高压脉冲输出。