一种用于激光陀螺的高压电源的制作方法

本发明属于高压电源设备技术领域，具体涉及一种用于激光陀螺的高压电源。

背景技术：

激光陀螺(rlg)是60年代问世的激光技术和sagnac效应相结合产生的高性能角速率敏感元件，是继机电式陀螺之后，获得快速持续发展并广泛应用的光学惯性仪表之一。与传统机电陀螺相比，环形激光陀螺具有动态范围宽、比例因子线性度好、启动迅速、对加速度不敏感等一系列有点，是捷联惯性系统的理想元件，在航天、航空、航海和陆地领域具有广泛应用。

现有的激光陀螺高压电源设计方案多采用两套完全独立的高压产生电路组成，高压产生电路由电源控制芯片tl494、mosfet、变压器和倍压整流电路构成，其中一路用来产生900v的负高压，另一路产生2000v的正高压，放电时两者在阴阳极产生2900v的电压差使陀螺放电，当陀螺正常放电后，正高压电路关断，由900v的负高压维持陀螺正常工作。根据激光陀螺的放点特性和开关电源工作在不连续状态时的工作特点，当陀螺未点亮时，激光管内电流很小，可视为开路，阻抗无穷大，将有较高的输出电压；陀螺亮了以后，电流迅速增加，电压随之下降，并以恒定的维持电压工作。现有的激光陀螺高压由于两个变压器的存在导致电源体积大，功耗高，且集成度较低，在空间有严格要求的激光陀螺设计中难以应用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于激光陀螺的高压电源，实现了激光陀螺的放电与维持，且不需要被压电路，使高压部分尺寸大大减小。

本发明所采用的技术方案是，一种用于激光陀螺的高压电源，包括高压电路和低压电路。

本发明的特点还在于，

高压电路，包括电容c3，电容c3一端分别连接电感l1一端、+15v电源，电感l1一端还连接+15v电源，电感l1另一端连接电容c4一端，电容c4一端还连接电阻r7一端、电阻r2一端、电阻r3一端、变压器t1一端；还包括电阻r6，电阻r6一端连接谐振腔电流反馈端fb，电阻r6另一端分别连接电容c8一端、光耦sfh6156-3的1脚，光耦sfh6156-3的4脚分别连接电阻r9一端、电容c5一端、主控芯片l6565的2脚；电阻r2另一端分别连接电阻r4一端、电容c6一端、主控芯片l6565的3脚，电容c6另一端连接主控芯片l6565的1脚；电阻r3另一端分别连接电容c7一端、主控芯片l6565的8脚，主控芯片l6565的7脚连接电阻r8一端，电阻r8另一端分别连接电阻r10一端、moset管q1的栅极，moset管q1的源极连接电阻r11一端，moset管q1的漏极连接变压器t1的初级线圈，主控芯片l6565的4脚与电阻r11一端连接，主控芯片l6565的5脚分别连接电阻r5一端、q2的3脚，电阻r5另一端连接变压器t1的辅助线圈，变压器t1的端口连接高压二极管d1，高压二极管d1一端分别连接电容c1一端、电阻r1一端，电阻r1另一端连接电容c2一端；电阻r7另一端分别连接电阻r15一端、q3的1脚，q3的1脚连接电阻r12一端，电阻r12另一端连接单片机aduc7020的开关信号，电阻r15另一端连接q2的3脚；

电容c1另一端、电容c2另一端、电容c3另一端、电容c4另一端、电容c8另一端、电阻r9另一端、电容c5另一端、电容c7另一端、电阻r4另一端、电阻r10另一端、电阻r11另一端、电阻r5另一端、主控芯片l6565的6脚、光耦sfh6156-3的2脚、光耦sfh6156-3的3脚、变压器t1一端均接地。

变压器t1的原边线圈绕组绕线12匝，副边线圈绕组绕线300匝，辅助线圈绕组绕线7匝，磁芯采用epc13型结构。

低压电路，包括电阻r1，电阻r1一端连接谐振腔的一个阴极，电阻r1另一端分别连接q1a的3脚、q3a的3脚，q1a的1脚连接电阻r3一端，电阻r3另一端分别连接d1a的1脚、+5v电源，d1a的3脚分别连接d2的3脚、+5v电源，d2的1脚分别连接电阻r4一端、芯片u1的7脚，电阻r4另一端连接q2a的1脚，q2的3脚分别连接电阻r2一端、q4的3脚，电阻r2另一端连接谐振腔的另一个阴极，q4的3脚还连接电阻r8一端，电阻r8另一端连接电阻r6一端，电阻r6另一端连接电阻r5一端，电阻r5另一端连接电阻r7一端，电阻r7另一端连接q3a的3脚，q3a的1脚连接q1a的2脚，q3a的2脚分别连接芯片u1的2脚、电阻r9一端，电阻r9另一端连接电阻r10一端，电阻r10另一端分别连接芯片u1的6脚、q4的2脚，q4的1脚连接q2a的2脚，q4的3脚分别与q2a的3脚、电阻r2一端连接；芯片u1的3脚分别连接电阻r11一端、芯片u1的5脚，电阻r11另一端连接单片机aduc7020的dac1管脚控制稳流电压，芯片u1的4脚分别连接电容c4一端、-5v电源，芯片u1的8脚分别连接+5v电源、电容c3一端；电阻r5一端还分别连接电阻r14一端、芯片u3的10脚，芯片u3的9脚分别连接电阻r13一端、电阻r15一端、电容c5一端，电容c5另一端连接电阻r12一端，电阻r15另一端、电阻r12另一端均与芯片u3的8脚连接，芯片u3的8脚还连接谐振腔电流反馈信号，芯片u3的4脚还分别连接+5v电源、电容c6一端，芯片u3的11脚还分别连接-5v电源、电容c7一端，所述芯片u1的2脚连接芯片u3的5脚，芯片u3的6脚连接电阻r74一端，电阻r74一端还连接芯片u3的7脚，电阻r74另一端分别连接电容c45一端、臂a反馈，芯片u3的4脚连接+5v电源，芯片u3的11脚连接-5v电源；芯片u1的6脚连接芯片u3的3脚，芯片u3的2脚连接电阻r75一端，电阻r75一端还连接芯片u3的1脚，电阻r75另一端分别连接电容c46一端、臂b反馈。

电阻r9另一端、电容c4另一端、电容c3另一端、电阻r13另一端、电阻r14另一端、电容c6另一端、电容c7另一端、电容c45另一端、电容c46另一端均接地。

芯片u1的型号为ada4522-2armz；所述芯片u3的型号为ada4077-4aruz。

本发明的有益效果是，

采用单端反激式电路实现了激光陀螺的放电与维持，且不需要被压电路，使高压部分尺寸大大减小，使高压电源的高压部分尺寸大大减小，同时使用单变压器的方式大大降低了电路功耗。

附图说明

图1为本发明一种用于激光陀螺的高压电源的高压电路图；

图2为本发明一种用于激光陀螺的高压电源的低压电路图(一)；

图3为本发明一种用于激光陀螺的高压电源的低压电路图(二)；

图4为本发明一种用于激光陀螺的高压电源中变压器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种用于激光陀螺的高压电源，包括高压电路和低压电路，高压电路，如图1所示，包括电容c3，电容c3一端分别连接电感l1一端、+15v电源，电感l1一端还连接+15v电源，电感l1另一端连接电容c4一端，电容c4一端还连接电阻r7一端、电阻r2一端、电阻r3一端、变压器t1一端；还包括电阻r6，电阻r6一端连接谐振腔电流反馈端fb，电阻r6另一端分别连接电容c8一端、光耦sfh6156-3的1脚，光耦sfh6156-3的4脚分别连接电阻r9一端、电容c5一端、主控芯片l6565的2脚；

电阻r2另一端分别连接电阻r4一端、电容c6一端、主控芯片l6565的3脚，电容c6另一端连接主控芯片l6565的1脚；

电阻r3另一端分别连接电容c7一端、主控芯片l6565的8脚，主控芯片l6565的7脚连接电阻r8一端，电阻r8另一端分别连接电阻r10一端、moset管q1的栅极，moset管q1的源极连接电阻r11一端，moset管q1的漏极连接变压器t1的初级线圈，主控芯片l6565的4脚与电阻r11一端连接，主控芯片l6565的5脚分别连接电阻r5一端、三极管q2的3脚，电阻r5另一端连接变压器t1的辅助线圈，变压器t1的端口连接高压二极管d1，高压二极管d1一端分别连接电容c1一端、电阻r1一端，电阻r1另一端连接电容c2一端；

变压器的原边线圈绕组绕线12匝，副边线圈绕组绕线300匝，辅助线圈绕组绕线7匝，磁芯材料选用tdk公司的pc44，该材料达到pw3a标准，磁芯采用epc13型结构，该类型适用于小型化的应用场景；原边开关导通期间能量存储在磁芯气隙中，原边开关断开期间能量转移到输出端。电流要么在原边流动，要么在副边流动，不可能同时在两边流动。变压器示意图如图4所示，变压器采用pw3材料，该材料适用于频率为300khz-1mhz；

电阻r7另一端分别连接电阻r15一端、三极管q3的1脚，q3的1脚连接电阻r12一端，电阻r12另一端连接单片机aduc7020的开关信号，电阻r15另一端连接三极管q2的3脚；

电容c1另一端、电容c2另一端、电容c3另一端、电容c4另一端、电容c8另一端、电阻r9另一端、电容c5另一端、电容c7另一端、电阻r4另一端、电阻r10另一端、电阻r11另一端、电阻r5另一端、主控芯片l6565的6脚、光耦sfh6156-3的2脚、光耦sfh6156-3的3脚、变压器t1一端均接地；

主控芯片l6565采用8脚贴处封装，各个管脚的功能分别为：

1脚inv为内部误差放大器输入端，1脚直接接地；

2脚comp为内部误差放大器输出端；

3脚vff为线电压前馈输入引脚，通过电阻r2、r4对15v分压，为3脚提供一个1.6v输入电压，防止功率容量随着输入电压升高而增大，在一定程度上维持功率恒定；

4脚cs是电流信号检测输入端，用于检测电感电流，从而确定开关管关断时机，当cs端的电压大于过电流调整点的控制电压，gd输出低电平，从而关断开关管，过电流调整点控制电压由如下公式确定

vcsx＝0.14(vcomp-2.5)(3-vff)

5脚zcd是零电流检测信号输入端，用于检测变压器退磁信号，从而确定开关管开通时机，该脚电压受双钳位限制，上面的钳位电压是5.2v，底部的钳位电压为0.65v；同时，还可作触发禁止端，用于芯片开/关控制，当电压降低到200mv门限时，芯片将处于关闭状态；

6脚gnd是芯片接地端；

7脚gd是栅极驱动信号输出端，输出驱动能力可达±400ma，可直接驱动外接功率mos管；

8脚vcc是芯片工作电源输入端，导通门限电压典型值为13.5v，关闭门限电压典型值为9.5v，最高电压18v；

低压电路，如图2所示，包括电阻r1，电阻r1一端连接谐振腔的一个阴极，电阻r1另一端分别连接q1a的3脚、q3a的3脚，q1a的1脚连接电阻r3一端，电阻r3另一端分别连接d1a的1脚、+5v电源，d1a的3脚分别连接d2的3脚、+5v电源，d2的1脚分别连接电阻r4一端、芯片u1的7脚，电阻r4另一端连接q2a的1脚，q2的3脚分别连接电阻r2一端、q4的3脚，电阻r2另一端连接谐振腔的另一个阴极，q4的3脚还连接电阻r8一端，电阻r8另一端连接电阻r6一端，电阻r6另一端连接电阻r5一端，电阻r5另一端连接电阻r7一端，电阻r7另一端连接q3a的3脚，q3a的1脚连接q1a的2脚，q3a的2脚分别连接芯片u1的2脚、电阻r9一端，电阻r9另一端连接电阻r10一端，电阻r10另一端分别连接芯片u1的6脚、q4的2脚，q4的1脚连接q2a的2脚，q4的3脚分别与q2a的3脚、电阻r2一端连接；

q1、q2、q3、q1a、q2a、q3a和q4均为三极管；其中，1脚为基极，2脚为发射极，3脚为集电极；

d1、d1a、d2均为稳压二极管；

芯片u1的3脚分别连接电阻r11一端、芯片u1的5脚，电阻r11另一端连接单片机aduc7020的dac1管脚控制稳流电压，电压为1.2v，芯片u1的4脚分别连接电容c4一端、-5v电源，芯片u1的8脚分别连接+5v电源、电容c3一端；

电阻r5一端还分别连接电阻r14一端、芯片u3的10脚，芯片u3的9脚分别连接电阻r13一端、电阻r15一端、电容c5一端，电容c5另一端连接电阻r12一端，电阻r15另一端、电阻r12另一端均与芯片u3的8脚连接，芯片u3的8脚还连接谐振腔电流反馈信号，芯片u3的4脚还分别连接+5v电源、电容c6一端，芯片u3的11脚还分别连接-5v电源、电容c7一端；

如图3所示，芯片u1的2脚连接芯片u3的5脚，芯片u3的6脚连接电阻r74一端，电阻r74一端还连接芯片u3的7脚，电阻r74另一端分别连接电容c45一端、臂a反馈，芯片u3的4脚连接+5v电源，芯片u3的11脚连接-5v电源；

芯片u1的6脚连接芯片u3的3脚，芯片u3的2脚连接电阻r75一端，电阻r75一端还连接芯片u3的1脚，电阻r75另一端分别连接电容c46一端、臂b反馈；

电阻r9另一端、电容c4另一端、电容c3另一端、电阻r13另一端、电阻r14另一端、电容c6另一端、电容c7另一端、电容c45另一端、电容c46另一端均接地；

芯片u1的型号为ada4522-2armz；

芯片u3的型号为ada4077-4aruz；

本发明一种用于激光陀螺的高压电源，其具体工作原理是：

当开关信号on为高电平时，通过q3和q2将u1的zcd脚拉到gnd上以开启l6565，通过u1的7脚和4脚控制moset管q1按200khz频率断开、导通，控制变压器t1的初级线圈一直通断，储存在铁隙中的能量通过次级线圈释放，从而产生3000v左右的高压，当陀螺正常工作后，通过陀螺稳流回路的反馈fb来控制l6565停止200khz方波输出，产生陀螺正常工作的900v维持电压；

高压电源的低压部分主要用来维持两臂电流恒定，从而抵消朗缪尔流效应产生的各类误差；低压部分回路中主要包括高压反馈电路和稳流控制电路，该电路为典型的稳流控制电路；cur为单片机dac1输出，控制其电压为1v至1.4v，即u1a的3脚电压为1v至1.4v，根据运算放大器的“虚短”原理，则u1a的2脚电压也将稳定在1v左右，则陀螺阴极y2回路的电流为0.0005a，从而计算得到陀螺的阴极电压约为82v左右，实测阴极电压为102v左右，当两臂中的一个臂的稳流发生故障时，单阴极的电压回升到200v以上，需要分析原因。lega和leab为y1和y2双臂的电流反馈，通过单片机的adc14和adc15采集两臂电流，外加在陀螺阳极上的高压通过电阻r1、r7、r5、r14分压后，经同向比例放大输出到hvfb，来作为高压反馈，当陀螺引燃后，高压电路会将高压降至900v左右，引燃时的高压约为3000v左右。

另外，为了得到稳定的供电电压，采用了c2、l1和c3组成clc滤波网络对供电电压进行滤波，以减小输入电源纹波对输出电压的影响。同时，clc网络可以减小mosfet频繁关断和开启对输入电压的干扰。