一种高精度的高压程控电源的制作方法

本发明属于开关变换器技术领域，尤其是涉及一种高精度的高压程控电源。

背景技术：

开关变换器又称开关电源，是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，它通过开关的周期性导通和关断，将输入端的输入电压转换成负载端的输出电压。高压电源是开关变换器的一种，它能将输入十几伏的低电压转换成输出几千伏甚至几万伏的高电压，在各个领域有着广泛的应用。许多高新技术的发展，如农业生物静电效应研究，医用X光机等都需要使用高压电源。

随着电子设备的发展，为了得到更好的应用效果，人们对这些设备的精度要求越来越高，功能也要求越来越多，这就对高压电源的精度和功能提出更高的要求。因此，高压电源也必须适应发展，不断提高电源的精度，完善和丰富电源的功能。但是目前的高压电源以电阻分压作为基准电压，采用电位器调压的方式，不仅输出电压精度有限，而且电压调节精度不容易控制；另外目前的高压电源功能比较单一，比如有些电子设备要求高压电源具备远程控制和串口通信功能，要求能实时查询精确的电压值和电流值，目前的高压电源已不能满足要求。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种高效抗过压浪涌的高精度的高压程控电源，其不仅能大幅提高输出电压精度，而且电压调节精度容易控制，同时具备远程控制和串口通信功能，并可通过串口通信实时查询精确的电压值和电流值。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种高精度的高压程控电源，其包括调整管电路，所述调整管电路连接功率变换及升压电路、误差放大电路，功率变换及升压电路连接倍压整流滤波电路，倍压整流滤波电路连接误差放大电路、电压隔离采样电路、电流隔离采样电路，误差放大电路通过高精度D/A转换电路连接微控制器；微控制器连接高精度A/D转换电路和串口通信电路，高精度A/D转换电路连接电压隔离采样电路、电流隔离采样电路。

所述的高精度的高压程控电源，其调整管电路包括三极管V1，三极管V1的发射极连接输入端DCIN与电阻R1，电阻R1的另一端连接三极管V1的基极后通过电阻R2连接输出端OUT1，三极管V1的集电极连接输入端VIN。

所述的高精度的高压程控电源，其功率变换及升压电路包括：输入端VIN连接原边绕组P4的2端和原边绕组P3的2端，原边绕组P4的3端连接三极管V3的集电极，三极管V3的发射极接GND，三极管V3的基极串联电阻R4连接驱动绕组P1的4端，驱动绕组P1的5端连接驱动绕组P2的5端，驱动绕组P2的6端串联电阻R5连接三极管V2的基极，三极管V2的发射极接GND，三极管V2的集电极连接原边绕组P3的1端；输入端VIN通过串联的电阻R3与电容C1接GND；电阻R3与电容C1之间的节点连接驱动绕组P1的5端；输入端VIN串联电容C2接GND；副边绕组P5的两端分别连接输出端OUT2、输出端OUT3。

所述的高精度的高压程控电源，其倍压整流滤波电路包括：功率变换及升压电路的输出端OUT2通过串联的电容C3和反向二极管V4接GND；反向二极管V4与串联的的正向二极管V5和电容C4并联；正向二极管V5与串联的电容C5和反向二极管V6并联；反向二极管V6与串联的正向二极管V7和电容C6并联；正向二极管V7和电容C6之间的节点通过串联的电阻R6和电容C7接GND；电阻R6和电容C7之间的节点连接输出端VOUT；输出端VOUT通过串联的电阻R8和电阻R9接机壳地；电阻R8和电阻R9之间的节点连接输出端OUT4；机壳地串联电阻R7接GND；输出端OUT5接GND。

所述的高精度的高压程控电源，其误差放大电路包括：输出端OUT4连接运算放大器N1的反向输入端；运算放大器N1的同向输入端连接电容C8接地；电容C8、电容C9与电阻R10并联；运算放大器N1的输出端连接调整管电路的输出端OUT1。

所述的高精度的高压程控电源，其高精度D/A转换电路包括数字隔离芯片D2，数字隔离芯片D2的InA引脚、InB引脚、InC引脚分别与微控制器D1的P3.3引脚、P3.2引脚、P3.1引脚连接，数字隔离芯片D2的OutA引脚、OutB引脚、OutC引脚分别连接高精度D/A转换器D3的DIN引脚、SCLK引脚、引脚，高精度D/A转换器D3的OUT引脚连接运算放大器N2的同相输入端；运算放大器N2的反相输入端通过电阻R14接GND，运算放大器N2的反相输入端通过电阻R15连接运算放大器N2的输出端，运算放大器N2的输出端通过有极性电容C15接GND，运算放大器N2的输出端接输出端OUT6。

所述的高精度的高压程控电源，其高精度A/D转换电路包括A/D转换芯片D4，A/D转换芯片D4的SCLK引脚连接微控制器D1的P1.0引脚，A/D转换芯片D4的MCLK IN引脚、MCLK OUT引脚之间连接晶振G3；A/D转换芯片D4的AIN2+引脚、AIN1+引脚分别通过电阻R18、电阻R19连接输出端OUT7、输出端OUT8， A/D转换芯片D4的DRDY引脚、DOUT引脚、DIN引脚分别连接微控制器D1的P1.3引脚、P1.2引脚、P1.1引脚。

所述的高精度的高压程控电源，其电压隔离采样电路包括：倍压整流滤波电路的输出端OUT4通过有极性电容C27接机壳地，输出端OUT4连接运算放大器N3/A的同相输入端，，运算放大器N3/A的反相输入端连接运算放大器N3/A的输出端，运算放大器N3/A的输出端通过电阻R20连接运算放大器N3/B的反相输入端，运算放大器N3/B的反相输入端连接光耦V8的PD1 CATHODE引脚，运算放大器N3/B的反相输入端与输出端之间连接电容C28，运算放大器N3/B的同相输入端接机壳地，运算放大器N3/B的输出端通过电阻R21连接光耦V8的LED CATHODE引脚，光耦V8的PD2 CATHODE引脚连接运算放大器N4/A的反相输入端，运算放大器N4/A的反相输入端与输出端之间通过并联的电阻R22和电容C30连接，运算放大器N4/A的同相输入端接GND1，运算放大器N4/A的输出端连接OUT7。

所述的高精度的高压程控电源，其电流隔离采样电路包括：倍压整流滤波电路的输出端OUT5通过有极性电容C31接机壳地，输出端OUT5通过电阻R23连接运算放大器N5/A的反相输入端，运算放大器N5/A的反相输入端与输出端之间连接电阻R25，运算放大器N5/A的同相输入端通过电阻R24接机壳地，运算放大器N5/A的输出端通过电阻R26连接运算放大器N5/B的反相输入端，运算放大器N5/B的反相输入端连接光耦V9的PD1 CATHODE引脚，运算放大器N5/B的反相输入端与输出端之间连接电容C32，运算放大器N5/B的同相输入端接机壳地，运算放大器N5/B的输出端通过电阻R27连接光耦V9的LED CATHODE引脚，光耦V9的PD2 CATHODE引脚连接运算放大器N4/B的反相输入端，运算放大器N4/B的反相输入端与输出端之间通过并联的电阻R28和电容C34连接，运算放大器N4/B的同相输入端接GND1，运算放大器N4/B的输出端连接OUT8。

所述的高精度的高压程控电源，其串口通信电路包括：微控制器D1的P3.5引脚连接光耦V10的4引脚，光耦V10的3引脚接GND1，光耦V10的1引脚连接+VCC4，光耦V10的2引脚通过串联的电阻R30和电阻R31接GND4，电阻R30和电阻R31之间的节点连接收发器D5的R1OUT引脚；所述微控制器D1的P3.4引脚通过电阻R32连接光耦V11的2引脚，光耦V11的1引脚连接+VCC1，光耦V11的3引脚接GND4，光耦V11的4引脚通过电阻R33连接+VCC4，光耦V11的4引脚连接收发器D5的T1IN引脚。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

该高精度的高压程控电源，其使用串联稳压的控制方式，系统响应速度快，输出电压纹波小，电压稳定度高；采用高精度D/A转换电路输出作为高压电源的基准电压，不仅能大幅提高输出电压精度，而且电压调节精度容易控制；采用高精度A/D转换电路，能够实现对输出电压和电流的精确采样；通过串口通信不仅能实现高压电源的远程控制，而且还可以实时查询精确的电压值和电流值。

附图说明

图1是本发明高精度的高压程控电源的系统框图；

图2是图1中的调整管电路的原理图；

图3是图1中的功率变换及升压电路的原理图；

图4是图1中的倍压整流滤波电路的原理图；

图5是图1中的误差放大电路的原理图；

图6是图1中的高精度DA转换电路的原理图；

图7是图1中的微控制器的原理图；

图8是图1中的高精度AD转换电路的原理图；

图9是图1中的电压隔离采样电路的原理图；

图10是图1中的电流隔离采样电路的原理图；

图11是图1中的串口通信电路的原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。

如图1所示，该高精度的高压程控电源，其高精度的高压程控电源，其包括调整管电路，所述调整管电路连接功率变换及升压电路、误差放大电路，功率变换及升压电路连接倍压整流滤波电路，倍压整流滤波电路连接误差放大电路、电压隔离采样电路、电流隔离采样电路，误差放大电路通过高精度D/A转换电路连接微控制器；微控制器连接高精度A/D转换电路和串口通信电路，高精度A/D转换电路连接电压隔离采样电路、电流隔离采样电路。

如图2所示，所述的调整管电路包括三极管V1，三极管V1的发射极连接输入端DCIN与电阻R1，电阻R1的另一端连接三极管V1的基极后通过电阻R2连接输出端OUT1，三极管V1的集电极连接输入端VIN。

如图3所示，所述的功率变换电路采用自激振荡结构，升压电路为高压高频的升压变压器，功率变换及升压电路包括：输入端VIN连接原边绕组P4的2端和原边绕组P3的2端（2端为原边绕组P3、P4共用的中心抽头），原边绕组P4的3端连接三极管V3的集电极，三极管V3的发射极接GND，三极管V3的基极串联电阻R4连接驱动绕组P1的4端，驱动绕组P1的5端连接驱动绕组P2的5端（5端为驱动绕组P1、P2共用的中心抽头），驱动绕组P2的6端串联电阻R5连接三极管V2的基极，三极管V2的发射极接GND，三极管V2的集电极连接原边绕组P3的1端；输入端VIN通过串联的电阻R3与电容C1接GND；电阻R3与电容C1之间的节点连接驱动绕组P1的5端；输入端VIN串联电容C2接GND；副边绕组P5的7端连接输出端OUT2，副边绕组P5的8端连接输出端OUT3。

如图4所示，所述的倍压电路采用科克罗夫特-沃尔顿电路，该电路不仅能使整流电路中的高压器件耐压均衡，而且还可降低对升压变压器的设计要求。倍压整流滤波电路包括：输出端OUT2通过串联的电容C3和反向二极管V4接GND；反向二极管V4与串联的的正向二极管V5和电容C4并联；正向二极管V5与串联的电容C5和反向二极管V6并联；反向二极管V6与串联的正向二极管V7和电容C6并联；正向二极管V7和电容C6之间的节点通过串联的电阻R6和电容C7接GND；电阻R6和电容C7之间的节点连接输出端VOUT；输出端VOUT通过串联的电阻R8和电阻R9接机壳地；电阻R8和电阻R9之间的节点连接输出端OUT4；机壳地串联电阻R7接GND；输出端OUT5接GND。

如图5所示，所述的误差放大电路包括：输出端OUT4连接运算放大器N1的反向输入端；运算放大器N1的同向输入端连接电容C8接地；电容C8并联电容C9；电容C9并联电阻R10；运算放大器N1的输出端连接OUT1。

如图6所示，所述的高精度D/A转换电路包括数字隔离芯片D2，数字隔离芯片D2型号为ISO7230，数字隔离芯片D2的Vcc1引脚连接VCC1，数字隔离芯片D2的Vcc1引脚通过电容C10接GND1，数字隔离芯片D2的GND1引脚接GND1，数字隔离芯片D2的InA引脚连接微控制器D1的P3.3引脚，数字隔离芯片D2的InA引脚通过电阻R11接VCC1，数字隔离芯片D2的InB引脚连接微控制器D1的P3.2引脚，数字隔离芯片D2的InB引脚通过电阻R12接VCC1，数字隔离芯片D2的InC引脚连接微控制器D1的P3.1引脚，数字隔离芯片D2的InC引脚通过电阻R13接VCC1，数字隔离芯片D2的Vcc2引脚连接VCC2，数字隔离芯片D2的Vcc2引脚通过电容C11接GND，数字隔离芯片D2的GND2引脚接GND，数字隔离芯片D2的OutA引脚连接高精度D/A转换器D3的DIN引脚，数字隔离芯片D2的OutB引脚连接高精度D/A转换器D3的SCLK引脚，数字隔离芯片D2的OutC引脚连接高精度D/A转换器D3的引脚，数字隔离芯片D2的EN引脚连接VCC2；高精度D/A转换器D3的REF引脚连接VCC2，高精度D/A转换器D3的REF引脚通过C12接GND，高精度D/A转换器D3的GND引脚接GND，高精度D/A转换器D3的GND引脚通过C13连接VCC2，高精度D/A转换器D3的VDD引脚连接VCC2，高精度D/A转换器D3的引脚连接VCC2，高精度D/A转换器D3的OUT引脚连接运算放大器N2的同相输入端；运算放大器N2的反相输入端通过电阻R14接GND，运算放大器N2的反相输入端通过电阻R15连接运算放大器N2的输出端，运算放大器N2的输出端通过有极性电容C15接GND，运算放大器N2的输出端接输出端OUT6。

上述的高精度D/A转换器D3采用的型号为MAX5216，是16位高精度D/A转换器，采用超小尺寸(3mm×3mm)，为单通道、带有电压缓冲输出的DAC，具有极低功耗，非常适合于高精度、低功耗应用场合。

如图7所示，微控制器D1型号为MSP430，具有超低功耗、运算速度快、片内资源丰富、I/O端口使用灵活等优点。

如图8所示，所述的高精度A/D转换电路包括A/D转换芯片D4，A/D转换芯片D4采用的型号为AD7705，A/D转换芯片D4的SCLK引脚连接微控制器D1的P1.0引脚，A/D转换芯片D4的MCLK IN引脚通过电容C21接GND1，A/D转换芯片D4的MCLK IN引脚连接晶振G3，所述晶振G3的另一端连接A/D转换芯片D4的MCLK OUT引脚；A/D转换芯片D4的MCLK OUT引脚通过电容C22接GND1，A/D转换芯片D4的CS引脚接GND1，A/D转换芯片D4的CS引脚与RESET引脚之间连接电容C23，A/D转换芯片D4的RESET引脚通过电阻R17连接VCC1，A/D转换芯片D4的AIN2+引脚通过依次串联连接的电阻R18和电容C24接GND1，所述电阻R18和电容C24之间的节点连接输出端OUT7，所述A/D转换芯片D4的AIN1+引脚通过依次串联连接的电阻R19和电容C25接GND1，所述电阻R19和电容C25之间的节点连接输出端OUT8，所述A/D转换芯片D4的AIN1-引脚连接GND1，所述A/D转换芯片D4的REF IN+引脚连接VCC1，A/D转换芯片D4的REF IN+引脚通过电容C26连接GND1，A/D转换芯片D4的REF IN-引脚连接GND1，A/D转换芯片D4的AIN2-引脚连接GND1，A/D转换芯片D4的DRDY引脚连接微控制器D1的P1.3引脚，A/D转换芯片D4的DOUT引脚连接微控制器D1的P1.2引脚，A/D转换芯片D4的DIN引脚连接微控制器D1的P1.1引脚，A/D转换芯片D4的VDD引脚连接VCC1，A/D转换芯片D4的GND引脚接GND1。

AD7705是AD公司推出的16位高精度∑-Δ模数转换器，适用于测量低频模拟信号。AD7705具有分辨率高、动态范围广、增益可编程、功耗低等优点以及优良的抗噪声性能，非常适用于仪表测量和工业控制等领域。

如图9所示，所述的电压隔离采样电路包括：输出端OUT4通过有极性电容C27接机壳地，输出端OUT4连接运算放大器N3/A的同相输入端，，运算放大器N3/A的反相输入端连接运算放大器N3/A的输出端，运算放大器N3/A的输出端通过电阻R20连接运算放大器N3/B的反相输入端，运算放大器N3/B的反相输入端连接光耦V8的PD1 CATHODE引脚，运算放大器N3/B的反相输入端与输出端之间连接电容C28，运算放大器N3/B的同相输入端接机壳地，运算放大器N3/B的输出端通过电阻R21连接光耦V8的LED CATHODE引脚，光耦V8的LED ANODE引脚连接+VCC3，光耦V8的PD1 ANODE引脚接机壳地，光耦V8的PD2 ANODE引脚接GND1，光耦V8的PD2 CATHODE引脚连接运算放大器N4/A的反相输入端，运算放大器N4/A的反相输入端与输出端之间通过并联的电阻R22和电容C30连接，运算放大器N4/A的同相输入端接GND1，运算放大器N4/A的输出端连接OUT7。

如图10所示，所述的电流隔离采样电路包括：输出端OUT5通过有极性电容C31接机壳地，输出端OUT5通过电阻R23连接运算放大器N5/A的反相输入端，运算放大器N5/A的反相输入端与输出端之间连接电阻R25，运算放大器N5/A的同相输入端通过电阻R24接机壳地，运算放大器N5/A的输出端通过电阻R26连接运算放大器N5/B的反相输入端，运算放大器N5/B的反相输入端连接光耦V9的PD1 CATHODE引脚，运算放大器N5/B的反相输入端与输出端之间连接电容C32，运算放大器N5/B的同相输入端接机壳地，运算放大器N5/B的输出端通过电阻R27连接光耦V9的LED CATHODE引脚，光耦V9的LED ANODE引脚连接+VCC3，光耦V9的PD1 ANODE引脚接机壳地，光耦V9的PD2 ANODE引脚接GND1，光耦V9的PD2 CATHODE引脚连接运算放大器N4/B的反相输入端，运算放大器N4/B的反相输入端与输出端之间通过并联的电阻R28和电容C34连接，运算放大器N4/B的同相输入端接GND1，运算放大器N4/B的输出端连接OUT8。

如图11所示，所述的串口通信电路包括：微控制器D1的P3.5引脚通过电阻R29连接+VCC1，微控制器D1的P3.5引脚连接光耦V10的4引脚，光耦V10的3引脚接GND1，光耦V10的1引脚连接+VCC4，光耦V10的2引脚通过串联的电阻R30和电阻R31接GND4，电阻R30和电阻R31之间的节点连接收发器D5的R1OUT引脚；所述微控制器D1的P3.4引脚通过电阻R32连接光耦V11的2引脚，光耦V11的1引脚连接+VCC1，光耦V11的3引脚接GND4，光耦V11的4引脚通过电阻R33连接+VCC4，光耦V11的4引脚连接收发器D5的T1IN引脚；收发器D5的C1+引脚与C1-引脚之间连接电容C35、C2+引脚与C2-引脚之间连接电容C36、R1IN引脚连接输出端RX、T1OUT引脚连接输出端TX、GND引脚接GND4、GND引脚连接输出端GND4、V-引脚通过电容C37接GND4、V+引脚通过电容C38接GND4、Vcc引脚通过电容C39接GND4、Vcc引脚连接+VCC4。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或者变形仍在本发明的保护范围以内。