一种分舱隔离高压电源的制作方法

本实用新型涉及高压电源设计技术领域，具体涉及一种分舱隔离高压电源。

背景技术：

某型铯原子钟系统中的高压电源需为钛离子泵提供3000v～4500v输出可调的直流高压，最大输出电流500μa，峰值工作电流1ma。高压电源需实时检测1μa～500μa满负载范围内供电电流以此判断钛离子泵的工作状态，并将检测的负载电流实时上报上位机。为此，高压电源引入了数字控制技术，高压电源输出电流检测、输出电压调节、通信功能均由数字电路部分完成。

高压电源外形尺寸仅为90×60×38mm³，体积小，集成度高，需在有限的内部空间内集成有低压变换和模拟控制电路、高压功率变换电路等。高压电源内部的高压功率变换电路包括升压变压器、倍压整流电路，为电源的高压部分，为保证电源能在各种恶劣的环境条件下可靠工作，必须做好高压绝缘保护。如果绝缘处理不好，高电压部分将对外打火，高压电源将无法正常工作。同时在引入数字控制功能后，占用了本就有限的空间，各功能电路间的隔离绝缘设计显得尤其重要。高压功率电路本身就是一个强干扰源，其所产生的噪声会干扰数字电路正常工作，影响电流采样精度，甚至会将采集的模拟量湮没，无法完成μa级的电流采样。因此如何在狭小空间内做好高压绝缘保护、如何抑制高压功率变换电路、低压电路和数字控制电路之间的相互干扰成为μa级宽范围小电流能否成功精确检测和高压电源设计成败的关键因素。

技术实现要素：

为克服背景技术中的不足，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种分舱隔离高压电源，结构简单，实现高压绝缘保护、并且抑制高压功率电路、低压电路和数字控制电路之间的相互干扰，实现对1μa～500μa宽范围微弱电流的精确检测。

本实用新型创造解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种分舱隔离高压电源，包括电源壳体、盖板、隔板、低压电路模块、高压灌封舱和数字控制模块；

所述电源壳体为上端开口的长方体盒状结构，四角侧边向盒体内部凹陷，在电源壳体底部四角位置形成安装盘，安装盘上设置有用于电源壳体安装固定的安装孔；电源壳体上沿端面上设置有用于盖板连接的螺纹孔，侧壁上分别设置有固定孔和固定槽；盖板为与电源壳体上端外缘结构相同的板件，通过螺钉和电源壳体上沿的螺纹孔设置在电源壳体上；

所述隔板呈z字形结构垂直设置在电源壳体内部，z字形两端分别设置在电源壳体相对角的侧边，将电源壳体内部分隔为两个相对设置的l形的独立空间，两个独立空间分别为低压舱和数字控制舱，隔板上沿与电源壳体上沿平齐设置，隔板上设置有过线槽，用于低压电路模块、高压灌封舱和数字控制模块的连接线过线；低压电路模块、高压灌封舱和数字控制模块各输入输出端口分别连接后的总输入输出接线插座通过固定槽安装在电源壳体上；

所述低压电路模块通过电源壳体上的固定孔设置在低压舱内的一侧，低压电路模块包括低压变换电路和低压控制电路；

所述高压灌封舱包括金属壳体和灌封在金属壳体内部的高压功率变换电路模块，高压功率变换电路模块包括升压变压器和倍压整流滤波电路；高压灌封舱通过电源壳体上相应的固定孔倒置安装在低压舱内的另一侧，在低压舱内形成金属密闭的高压灌封舱；

所述数字控制模块通过电源壳体上的固定孔设置在数字舱内，数字控制模块包括数字信号处理器、电压隔离采样电路和电流隔离采样电路。

具体的，所述的高压灌封舱高度低于电源壳体上沿高度。

具体的，所述的电源壳体与隔板为金属材质的一体式结构。

具体的，所述的隔板厚度为1mm～5mm。

具体的，所述的低压变换电路的输入为低压电路模块的第一输入端口，接高压电源外部供电；低压控制电路的一个输入为低压电路模块第二输入端口，接高压功率变换电路模块的第一输出端口；低压控制电路的另一个输入为低压电路模块第三输入端口，接数字控制模块的输出；低压变换电路的一个输出为低压电路模块的输出端口，接至高压功率变换电路模块的输入端口，低压变换电路的另一个输出接至低压控制电路的第三输入。

具体的，所述的升压变压器的输入为高压功率变换电路模块的输入端口，接至低压电路模块的输出端口；倍压整流滤波电路的一个输出为高压功率变换电路模块的第一输出端口，接低压电路模块第二输入，同时接数字控制模块的第一输入；倍压整流滤波电路的另一个输出为高压功率变换电路模块的第二输出端口，同时也是高压电源的输出；倍压整流电路的输入接升压变压器的输出。

具体的，所述的电压隔离采样电路的输入为数字控制模块的第一输入端口，接高压功率变换电路模块的第一输出；电流隔离采样电路的输入为数字控制模块的第二输入端口，接高压功率变换电路模块的第二输出；数字信号处理器的输出为数字控制模块的输出端口，接低压电路模块第三输入端口；电流隔离采样电路的输出接数字信号处理器的一个输入，电压隔离采样电路的输出接数字信号处理器的另一个输入。

由于采用上述技术方案，本实用新型创造具备如下有益效果：

本专利的分舱隔离高压电源，在电源内部分割成三个相互独立且密闭的独立舱体，同时完成了高压功率变换电路和数字控制电路之间双重的电磁屏蔽；在对高压功率变换电路提供可靠绝缘保护的同时；还能抑制高压功率变换电路、低压电路和数字控制电路之间的相互干扰，保证μa级电流采样精度；并且具有安全可靠的优点；电源壳体四角安装盘的设置方式，增电源壳体散热面积，提高电源壳体自身散热效果，保证高压电源的稳定工作。

附图说明

图1是本专利的整体结构空间布局示意图。

图2是本专利的电源壳体的示意图。

图3是本专利的高压灌封舱壳体示意图。

图4是本专利的高压灌封舱示意图。

图5是本专利的整体结构的系统原理示意图。

图中，1-电源壳体，11-安装盘，12-安装孔，13-螺纹孔，14-固定孔，15-固定槽，16-低压舱，17-数字控制舱，2-盖板，3-隔板，31-过线槽，4-低压电路模块，5-高压灌封舱，6-数字控制模块。

图6是本专利的一重电磁屏蔽前、后，高压功率变换电路附近空间频谱和环境频谱对比图。

图中，a-环境频谱，b-一重电磁屏蔽前高压功率变换电路附近空间频谱，c-一重电磁屏蔽后高压功率变换电路附近空间频谱。

图7是本专利的双重电磁屏蔽前、后，数字控制电路附近空间频率和环境频谱对比图。

a-环境频谱，b-双重电磁屏蔽前数字控制电路附近空间频谱，c-双重电磁屏蔽后数字控制电路附近空间频谱。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步解释说明，不能以此限定本实用新型的保护范围，公开本实用新型的目的旨在保护本实用新型范围内的一切技术改进。

实施例

结合附图1-5所示的一种分舱隔离高压电源，包括电源壳体、盖板、隔板、低压电路模块、高压灌封舱和数字控制模块。

电源壳体为上端开口的长方体盒状结构，四角侧边向盒体内部凹陷，在电源壳体底部四角位置形成安装盘，安装盘上设置有用于电源壳体安装固定的安装孔；电源壳体上沿端面上设置有用于盖板连接的螺纹孔，侧壁上分别设置有固定孔和固定槽；盖板通过螺钉和电源壳体上沿的螺纹孔设置在电源壳体上。

隔板呈z字形结构垂直设置在电源壳体内部，z字形两端分别设置在电源壳体相对角的侧边，将电源壳体内部分隔为两个相对设置的l形的独立空间，两个独立空间分别为低压舱和数字控制舱，隔板上沿与电源壳体上沿平齐设置，隔板上设置有过线槽，用于低压电路模块、高压灌封舱和数字控制模块的连接线过线；低压电路模块、高压灌封舱和数字控制模块各输入输出端口分别连接后的总输入输出接线插座通过固定槽安装在电源壳体上。

低压电路模块通过电源壳体上的固定孔设置在低压舱内的一侧，低压电路模块包括低压变换电路和低压控制电路；低压变换电路的输入为低压电路模块的第一输入端口，接高压电源外部供电；低压控制电路的一个输入为低压电路模块第二输入端口，接高压功率变换电路模块的第一输出端口；低压控制电路的另一个输入为低压电路模块第三输入端口，接数字控制模块的输出；低压变换电路的一个输出为低压电路模块的输出端口，接至高压功率变换电路模块的输入端口，低压变换电路的另一个输出接至低压控制电路的第三输入。

高压灌封舱包括金属壳体和灌封在金属壳体内部的高压功率变换电路模块，高压功率变换电路模块包括升压变压器和倍压整流滤波电路；高压灌封舱通过电源壳体上相应的固定孔倒置安装在低压舱内的另一侧，在低压舱内形成金属密闭的高压灌封舱；升压变压器的输入为高压功率变换电路模块的输入端口，接至低压电路模块的输出端口；倍压整流滤波电路的一个输出为高压功率变换电路模块的第一输出端口，接低压电路模块第二输入，同时接数字控制模块的第一输入；倍压整流滤波电路的另一个输出为高压功率变换电路模块的第二输出端口，同时也是高压电源的输出；倍压整流电路的输入接升压变压器的输出。

数字控制模块通过电源壳体上的固定孔设置在数字舱内，数字控制模块包括数字信号处理器、电压隔离采样电路和电流隔离采样电路；电压隔离采样电路的输入为数字控制模块的第一输入端口，接高压功率变换电路模块的第一输出；电流隔离采样电路的输入为数字控制模块的第二输入端口，接高压功率变换电路模块的第二输出；数字信号处理器的输出为数字控制模块的输出端口，接低压电路模块第三输入端口；电流隔离采样电路的输出接数字信号处理器的一个输入，电压隔离采样电路的输出接数字信号处理器的另一个输入。

本专利的电源壳体与隔板为机械加工形成的一体式结构，为保证电磁屏蔽效果的同时保证机械强度，隔板的厚度在1mm～5mm。

高压灌封舱具体制作时，高压灌封舱的金属壳体通过铣去多余物的方式挖空而成，先将倍压整流滤波电路使用绝缘灌封胶灌封后，安装在金属壳体中，再把升压变压器用绝缘灌封胶二次灌封在金属壳体中，灌封胶胶体将升压变压器完全密封，胶体高度小于金属壳体上沿高度，完成了高压电源高压绝缘保护。

在将低压电路模块和数字控制电路模块分别通过电源壳体侧壁的固定孔安装于低压舱和数字控制舱中后，将高压灌封舱倒置安装于低压舱中，使高压灌封舱上沿和低压舱底面紧密贴合，形成金属密闭的高压灌封舱空间，完成对高压变换电路的电磁干扰的一重电磁屏蔽；从图6采取一重电磁屏蔽前、后，高压功率变换电路附近空间频率和环境频谱对比可以看出：升压变压器和倍压整流电路附近空间辐射强度降低了近1倍，且和环境频谱相比，只有一小段频谱内幅值较高，其余已基本接近环境幅值；表明针对高压变换电路的电磁干扰的一重电磁屏蔽措施达到了良好的效果。

在电源壳体装配盖板后，将电源内部空间物理分割成三个相互独立且密闭的独立舱体，同时完成了高压功率变换电路和数字控制电路之间双重的电磁屏蔽；从图7完成双重电磁屏蔽前、后，数字控制电路附近空间频率和环境频谱对比可以看出：数字控制电路附近空间辐射强度相对装配盖板前降低了50%，且已基本接近环境幅值，表明采取的双重电磁屏蔽措施效果良好。

本实用新型未详述部分为现有技术。

为了公开本实用新型的发明目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本实用新型旨在包括一切属于本构思和实用新型范围内的实施例的所有变化和改进。