快速响应的高压电源的制作方法

本实用新型涉及开关电源技术领域，特别涉及一种快速响应的高压电源。

背景技术：

高压开关电源，应用于较多的领域，如在光谱分析、环境监测、生物技术以及实验环境等技术领域上，都需要高压电源。目前，电源市场上，绝大部分高压开关电源都是应用的Buck降压斩波器拓扑结构，而且供电一般都是市电 AC220输入，输出一般都在200V以上，在国内市场上，输出4KV的电源基本都是一些大功率、高价位产品，并且实时响应速度慢，控制信号开始变化到输出电压开始变化的时间有100ms左右，因此，对于动态性要求较高的技术领域应用上，现有的高压开关电源很少能够达到us级响应时间的标准。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种快速响应的高压电源，以提高小功率开关电源的响应性能和稳定效果。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种快速响应的高压电源，其包括：

驱动控制电路，所述驱动控制电路包含有主控单元；

低压输入滤波电路，用于将输入电压滤波处理后，向所述驱动控制电路输入直流电压信号；

变压器，具有初级线圈和次级线圈；所述初级线圈接收所述驱动控制电路输出的脉冲电压后，经由所述次级线圈，以输出高频脉冲电压信号；

高压输出滤波电路，所述高压输出滤波电路对接收的所述变压器输出的高频脉冲电压信号进行滤波处理后，输出高压信号；

开关控制电路，用于输出开关电压；

高压反馈控制电路，用于获取所述变压器输出的高频脉冲电压信号，并在所述开关控制电路输出的开关电压的控制下，向所述驱动控制电路输出动态响应电压，以控制所述驱动控制电路输出脉冲电压的占空比。

进一步的，所述驱动控制电路经由MOS管构成与所述初级线圈的控制连接。

进一步的，所述驱动控制电路通过输出的PWM信号，构成对所述MOS 管的开闭控制；所述PWM信号频宽为50ns。

进一步的，所述主控单元为UC3843芯片。

进一步的，所述主控单元的4脚连接有构成所述主控单元工作频率设置的电阻R15和电容C25。

进一步的，所述主控单元的2脚通过0欧姆电阻R24接地。

进一步的，所述驱动控制电路包括设于所述初级线圈处的RCD吸收电路。

进一步的，所述开关控制电路构成对所述高压反馈控制电路的手动控制或自动控制。

进一步的，所述高压反馈控制电路包括基于运算放大器U5而形成积分电路的、以向所述驱动控制电路输出可调的动态响应电压的动态响应电路，以及并联于所述动态响应电路和所述主控单元之间的两个光耦电路；其一所述光耦电路构成所述主控单元的防干扰误触发控制，另一所述光耦电路用于提供控制所述主控单元输出脉冲电压的占空比所需的控制电压。

采用本实用新型的技术方案，通过设置高压反馈控制电路，为驱动控制电路提供一个高速响应的反馈信号，以控制驱动控制电路输出脉冲电压的占空比，进而控制输出电压的大小，有效的提高了整个高压电源的动态响应性能以及电压输出的稳定性。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例的系统结构连接框图；

图2为本实用新型实施例的主体电路连接图；

图3为本实用新型实施例的开关控制电路的电路连接图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如图1所示，本实用新型涉及一种快速响应的高压电源，其整体结构主要包括包含有主控单元的驱动控制电路，低压输入滤波电路，变压器，高压输出滤波电路，高压反馈控制电路，开关控制电路。

其中，驱动控制电路用于整个高压电源的控制；低压输入滤波电路用于将输入电压滤波处理后，向所述驱动控制电路输入直流电压信号；变压器具有初级线圈和次级线圈；所述初级线圈接收所述驱动控制电路输出的脉冲电压后，经由所述次级线圈，以输出高频脉冲电压信号；高压输出滤波电路对接收的所述变压器输出的高频脉冲电压信号进行滤波处理后，输出高压信号；高压反馈控制电路用于获取所述变压器输出的高频脉冲电压信号，并在开关控制电路输出的开关电压的控制下，向所述驱动控制电路输出动态响应电压，以控制所述驱动控制电路输出脉冲电压的占空比。

此外，为了实现更好的使用效果，驱动控制电路经由MOS管构成与初级线圈的控制连接。而进一步的，驱动控制电路通过输出的PWM信号，构成对所述MOS管的开闭控制；所述PWM信号频宽为50ns。

为了进一步简化整体结构，提高使用性能，如下具体电路描述中的主控单元为UC3843芯片(为了便于描述，称为主控芯片)。UC3843系列是专门设计用于直流-直流转换器应用的高性能、固定频率，电流模式控制器，使用最少的外部元件的高集成度芯片，集成了一个误差放大器、一个稳压器、一个振荡器、一个电流取样比较器和脉宽调制锁存器、有欠压锁定和短路保护、集电极开路的输出晶体管；超范围的死区时间控制；±1％误差的基准电压等，是一款高性能固定频率电流模式控制器。该芯片引脚虽少，但功能齐全，其内部具有精确控制占空比，工作频率可到500KHZ，自动前馈补偿，内部微调的参考电压，带欠压锁定，带滞后，大电流图腾柱输出等功能。

基于该主控芯片U1，为了提高响应效果，主控芯片U1的4脚连接有构成所述主控单元工作频率设置的电阻R15和电容C25。主控芯片U1的2脚通过0 欧姆电阻R24接地。

此外，驱动控制电路还包括设于所述初级线圈处的RCD吸收电路。由于本实用新型中采用flyback拓扑结构，在初级线圈处增设RCD吸收电路，结合高压反馈控制电路的设计，可以进一步确保所需要的实时动态响应的要求，整体电路结构简单、易于小型化，对外有多个接口，方便用户操作。

为了更进一步提高整体的控制效果，本实用新型针对开关控制电路进行了设计，以使开关控制电路构成对高压反馈控制电路的手动控制或自动控制。

基于如上整体设计思想，图2示出了本实施例的主体电路结构图，图3示出了本实施例的开关控制电路的电路连接关系示意图，图2和图3所示电路，共同构成了本实施例的具体电路连接结构。

如图2所示，低压输入滤波电路中，24V/DC输入经过TVS管D6一端， TVS管D6的另一端连接到IGND(即接地)，然后连接到电容C3和电容C5的正极，电容C3和电容C5另一端连接到IGND。

驱动控制电路中，主控芯片U1的1脚连接到电容C10和电容C12的正极，电容C10和电容C12的负极连接到主控芯片U1的2脚。主控芯片U1的1脚还连接到光耦U2和光耦U3的4脚。主控芯片U1的2脚分别连接到电阻R24 一端和电容C17的正极，电阻R24的另外一端和电容C17的负极连接到IGND。主控芯片U1的3脚电流检测输入端连接到电容C16的正极和电阻R19的一端，电容C16的负极连接到IGND，电阻R19另一端分别连接到MOS管Q1的S 端、电阻R20、电阻R21、电阻R22的一端，电阻R20、电阻R21、电阻R22 的另一端连接到IGND。MOS管Q1的G极连接到电阻R10、电阻R12、电阻 R16的一端，电阻R16的另一端连接到IGND，电阻R12的另一端连接到主控芯片U1的6脚，电阻R10的另一端连接到二极管D7的正极，二极管D7的负极连接到主控芯片U1的6脚。MOS管的D极连接到二极管D3和二极管D4 的正极，以及变压器T1的初级线圈3脚，二极管D3的负极连接到二极管D4 的负极，二极管D3的负极连接到电阻R6和电阻R7的一端，电阻R6的另一端连接到电阻R2的一端，电阻R7的另一端连接到电容C1的负极，电容C1 的正极连接到电阻R2的另一端，电容C1的正极连接到变压器T1的初级线圈的1脚和输入电压VIN。主控芯片U1的4脚连接到电阻R15的一端和电容C25 的正极，电容C25的负极连接到IGND,电阻R15的另一端连接主控芯片U1的 8脚，主控芯片U1的5脚连接到IGND，主控芯片U1的7脚连接到电容C11 和电容C15的正极，电容C11和电容C15的负极连接到IGND。主控芯片U1 的7脚连接到15V/DC。

高压输出滤波电路，变压器T1的次级线圈14脚连接到二极管D1的正极，二极管D1的负极连接到电容C2的正极，二极管D1的正极连接到高压输出VO 和电阻R1的一端，电容C2的负极分别连接到变压器T1的次级线圈13脚、电阻R5的一端、电阻R8的一端、二极管D2的负极和电容C4的正极，电阻R1 的另外一端和电阻R5的另一外相连，二极管D2的正极连接到变压器T1的次级线圈12脚，电阻R8的另外一端连接到电阻R9的一端，电容C4的负极分别连接到变压器T1的次级线圈的11脚、电阻R9的另外一端、二极管D5的负极、电容C8的正极和电阻R11的一端，电阻R11的另外一端连接到电阻R13的一端，二极管的D5的正极连接到变压器T1的次级线圈的C脚，电容C8的负极分别连接到变压器T1的次级线圈的10脚、电阻R13的另外一端、二极管D8 的负极、电容C9的正极和电阻R14的一端，电阻R14的另外一端连接到电阻 R17的一端，二极管D8的正极连接到变压器T1的次级线圈的B脚，电容C9 的负极分别连接到变压器T1的次级线圈的9脚、电阻R17的另外一端、二极管D9的负极、电容C13的正极和电阻R18的一端，二极管的D9的正极连接到变压器T1的次级线圈的A脚，变压器T1的次级线圈的8脚连接到N和电容C13的负极。

本实用新型的高压反馈控制电路包括基于运算放大器U5而形成积分电路的、以向所述驱动控制电路输出可调的动态响应电压的动态响应电路，以及并联于所述动态响应电路和所述主控单元之间的两个光耦电路；其一所述光耦电路构成所述主控单元的防干扰误触发控制，另一所述光耦电路用于提供控制所述主控单元输出脉冲电压的占空比所需的控制电压。

具体来讲，所述高压反馈控制电路的电路结构为：二极管D9的正极与所述变压器的端脚连接，二极管D9的负极连接有顺次串联的电阻R18、电阻R25、电阻R66，电阻R66的另一端分别连接到二极管D11的负极、电容C26的负极、电阻R31的一端、电阻R34的一端和运算放大器U5的2脚，二极管D11的正极连接到电阻R28的一端和电阻R29的一端，电阻R28的另一端连接到电阻 R3的一端，电阻R3的另一端连接到AVDD12，电阻R29的另一端经二极管 D10接地；电阻R31的另外一端分别连接到电阻R33的一端、电阻R34的另一端、电阻R35的一端和运算放大器U5的6脚，电阻R33的另一端、电阻R35 的另一端均接地；电容C26经电阻R32连接到运算放大器U5的1脚和二极管 D13的负极，二极管D13的正极连接到稳压二极管D12的正极，稳压二极管 D12的负极连接到电阻R37的一端，电阻R37的另外一端分别连接到电阻R36 的一端、电容C14的正极和光耦U2的2脚，电阻R36的另一端连接到电容C7 的正极和AVDD12，电容C7的负极接地，电容C14的负极接地，光耦U2的1 脚连接到AVDD12，光耦U2的3脚连接到电阻R23的一端，电阻R23的另一端接地，光耦U2的4脚连接到所述主控单元；运算放大器U5的11脚接地，运算放大器U5的4脚连接到AVDD12和电容C19的正极，电容C19的负极接地，运算放大器U5的3脚连接到电阻R38的一端和电容C18的正极，电容C18 的负极接地，电阻R38的另一端分别连接到二极管D15的负极、电阻R45的一端和INPUT2，二极管D15的正极接地，电阻R45的另一端分别连接到电阻R46 的一端、电容C24的一端和运算放大器U5的5脚，电容C24的负极接地，电阻R46的另一端接地，运算放大器U5的6脚经串联的电容C22和电阻R41连接到电阻R44的一端和运算放大器U5的7脚，电阻R44的另一端分别连接到电阻R43的一端、电容C27的正极和光耦U3的2脚，电容C27的负极接地，光耦U3的1脚连接到AVDD12，光耦U3的3脚连接到电阻R26的一端和所述主控单元。

图3示出了本实用新型实施例的开关控制电路的电路连接关系示意图，如图3所示，该开关控制电路中，钮子开关SWITH1的1脚连接到电阻R4的一端和电阻R27的一端，电阻R4的另一端连接到MYRIO，电阻R27的另一端连接到DAC1，钮子开关SWITH1的2脚连接到INPUT1，钮子开关SWITH1的 3脚连接到MANUAL，钮子开关SWITH2的1脚连接到INPUT1，钮子开关 SWITH2的2脚连接到INPUT2，钮子开关SWITH2的3脚连接到AGND，电位器J1的1脚连接到电阻R30的一端，电阻R30的另一端连接到AVDD12，电位器J1的2脚连接到MANUAL，电位器J1的3脚连接到电容C6的正极，电容C6的负极连接到AGND，DAC芯片U4的1脚连接到电阻R42的一端，电阻R42的另一端连接到DAC1和电容C23的正极，电容C23的负极连接到 AGND，DAC芯片U4的2脚连接到AGND，DAC芯片U4的3脚分别连接到 VDD33、电容C20的正极、电阻R39的一端、电阻R40的一端，电容C20的负极连接到GND，电阻R39的另一端分别连接到SDA和二极管D14的负极和 DAC芯片U4的4脚，二极管D14的正极连接到GND，电阻R40的另一端分别连接到SCL和二极管D16的负极和DAC芯片U4的5脚，二极管D16的正极连接到GND，DAC芯片U4的6脚连接到GND。

在使用时，主控芯片U1的8脚提供一个5V/DC的参考电压，主控芯片U1 的4脚通过电阻R15和电容C25设置工作频率，主控芯片U1的2脚通过0欧姆电阻连接到IGND，以便于反馈电路中光耦输出直接控制主控芯片U1的1脚电压来实现电压可调。主控芯片U1的6脚输出±1A的峰值驱动电流和典型值为50ns的上升、下降时间的PWM信号，PWM信号控制MOS管Q1不断的开闭，驱动高频变压器T1的初级线圈，高频脉冲在初级线圈两端产生感应电势，并通过变压器T1耦合到次级线圈。次级线圈得到的高频脉冲电压，分别通过二极管D1、D2、D5、D8、D9和电容C2、C4、C8、C9、C13等组成的高压输出滤波电路输出高压。

次级线圈A和引脚8输出的电压经过电阻R18、R25、R66、R31、R33分压，得到的电压叠加在AVDD12经过电阻R3、R31、R33、二极管D11分压之后的电压上，最后这个电压连接到运算放大器U5的2脚和6脚上，但是运算放大器U5的2脚是从电阻R31上取参考电压，运算放大器U5的6脚是从电阻R33上取参考电压。INPUT2电压分别经过电阻R45和电容C24、电阻R38 和电容C18组成的RC滤波，滤波之后的信号分别连接到运算放大器U5的3 脚和5脚上，经过电阻R32和电容C26、电阻R41和电容C22组成的积分电路，可以调节这两个积分电路的参数实现高动态响应的稳定的电压，运算放大器U5 的1脚输出通过二极管D13、稳压管D12、电阻R37、电阻36和AVDD12输出一个信号给光耦U2的2脚，没有INPUT2电压输入时，主控芯片U1的1脚电压为0，没有PWM信号输出，防止有干扰误触发开关电源主控芯片U1。运算放大器U5的7脚输出通过电阻R44、电阻R43和AVDD12输出一个信号给光耦U3的2脚，改变控制光耦U3的4脚的电压，配合主控芯片U1的3脚的电流检测，从而控制主控芯片U1输出脉冲的占空比，最终达到快速实时响应输出稳定的电压的目的。

钮子开关SWITH1将1脚和2脚连接在一起时，实现了自动控制，可以通过MYRIO接口或者DAC芯片U4控制输出电压，钮子开关SWITH1将2脚和 3脚连接在一起时，实现手动控制，通过变阻器J1手动调节输出的电压 MANUAL。钮子开关SWITH2将1脚和2脚连接在一起时，实现INPUT2强制连接到AGND，避免在上电时，输入控制电压未清零，导致上电瞬间有很高电压，造成人员损伤。钮子开关SWITH2将2脚和3脚连接在一起时，通过INPUT1 输入控制电压。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。