一种悬浮电源的制作方法

1.本发明实施例涉及电源技术，尤其涉及一种悬浮电源。


背景技术：

2.电子枪是一种用于发射出具有一定能量、一定束流以及速度和角度电子束的装置，电子枪可以应用于医疗、3d打印、焊接等场景。
3.电子枪主要分为二级电子枪和栅控电子枪，其中，栅控电子枪主要包括灯丝、阴极、栅极以及阳极。栅控电子枪电子枪中，一般在阴极与阳极平面间加几十千伏的高压电压，实现加速电子束，通过控制栅极相对于阴极的电压实现对电子束流的控制。
4.目前，主要通过栅控悬浮电源实现对栅极电压的控制，但现有技术中的栅控悬浮电源调压速度慢，通过栅控悬浮电源实现电子束流控制时，控制精度较低。


技术实现要素：

5.本发明提供一种悬浮电源，以达到简化悬浮电源、提高悬浮电源控制精度的目的。
6.本发明实施例提供了一种悬浮电源，包括：调压控制单元、调压单元，所述调压单元包括运算放大器、分压电路、反馈电路以及调整电路；
7.所述分压电路用于输入电压的分压，所述分压电路的分压点与所述运算放大器的第一输入端相连接，所述运算放大器的输出端与所述调整电路相连接，所述反馈电路与所述调整电路相连接，所述运算放大器的第二输入端用于接入所述反馈电路的反馈电压；
8.所述调压控制单元与所述分压电路或所述反馈电路相连接，所述调压控制单元用于调整所述分压电路或所述反馈电路的分压比；
9.所述调整电路用于所述输入电压的调整，所述调整电路的输出作为悬浮电源的输出电压。
10.可选的，所述调压控制单元与所述分压电路相连接，所述调压控制单元用于调整所述分压电路的分压比。
11.可选的，所述调压控制单元包括第一信号输入端、第一信号输出端以及电子电位计；
12.所述第一信号输入端通过光纤与所述第一信号输出端相连接，所述第一信号输出端与所述电子电位计控制端相连接；
13.所述电子电位计的输出端与所述分压电路相连接。
14.可选的，还包括电压采样单元，所述电压采样单元包括第二信号输入端、第二信号输出端；
15.所述电压采样单元用于所述输出电压的采样，所述电压采样单元的输出端与所述第二信号输入端相连接；
16.所述第二信号输入端通过光纤与所述第二信号输出端相连接。
17.可选的，还包括显示单元，所述显示单元与所述第二信号输出端相连接；
18.所述显示单元用于显示所述电压采样单元的采样电压。
19.可选的，还包括保护单元，所述保护单元与所述第二信号输出端相连接；
20.所述保护单元用于悬浮电源的过欠压保护。
21.可选的，所述调整电路包括第一三极管、第二三极管；
22.所述第一三极管的第一端用于接入所述输入电压，所述第一三极管的第二端用于输出所述输出电压，所述输入电压的电压端通过第一电阻与所述第一三极管的控制端相连接；
23.所述第二三极管的第一端与所述第一三极管的控制端相连接，所述第二三极管的第二端通过第二电阻与参考电源端相连接；
24.所述运算放大器的输出端通过第三电阻与所述第二三极管的控制端相连接。
25.可选的，所述调整电路还包括第一二极管、第二二极管；
26.所述第二三极管的第一端通过所述第一二极管与所述第一三极管的控制端相连接；
27.所述运算放大器的输出端通过所述第三电阻、所述第二二极管与所述第二三极管的控制端相连接。
28.可选的，还包括可调稳压器；
29.所述调压控制单元与所述分压电路的连接点和所述可以稳压器的控制端相连接；
30.所述可调稳压器的输出端通过第四电阻与所述运算放大器的第一输入端相连接。
31.可选的，还包括稳压二极管；
32.所述调整单元的反馈电压端通过第五电阻、所述稳压二极管与参考电源端相连接；
33.所述第五电阻与所述稳压二极管的连接点通过第六电阻与所述运算放大器的第二输入端相连接。
34.可选的，还包括变压器，所述变压器的输出作为所述输入电压。
35.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提出一种悬浮电源，悬浮电源包括调压控制单元、调压单元，调压单元包括运算放大器、分压电路以及调整电路。其中，调压控制单元输出调压控制信号后，通过改变分压电路的分压比实现改变运算放大器的基准电压，进而实现调整电路输出电压的改变，基于运算放大器，可以实现输出电压的高精度控制，进而实现针对电子枪发射电子束的高精度控制。
附图说明
36.图1是实施例中的悬浮电源结构示意图；
37.图2是实施例中的调压单元结构示意图；
38.图3是实施例中的另一种调压单元结构示意图；
39.图4是实施例中的另一种悬浮电源结构示意图；
40.图5是实施例中的调压控制单元结构示意图；
41.图6是实施例中的另一种悬浮电源结构示意图；
42.图7是实施例中的保护单元结构示意图。
具体实施方式
43.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
44.本实施例提出一种悬浮电源，包括调压控制单元、调压单元，调压单元包括运算放大器、分压电路、反馈电路以及调整电路。
45.分压电路用于输入电压的分压，分压电路的分压点与运算放大器的第一输入端相连接，运算放大器的输出端与调整电路相连接，反馈电路与调整电路相连接，运算放大器的第二输入端用于接入反馈电路的反馈电压。
46.调压控制单元与分压电路或所述反馈电路相连接，调压控制单元用于控制分压电路或反馈电路的分压比。
47.调整电路用于输入电压的调整，调整电路的输出作为悬浮电源的输出电压。
48.图1是实施例中的悬浮电源结构示意图，参考图1，在一种可实施方案中，悬浮电源包括：调压控制单元100、调压单元200，调压单元200包括运算放大器201、分压电路202、调整电路203以及反馈电路204。
49.示例性的，本方案中，分压电路202用于输入电压的分压，调压控制单元100与分压电路202相连接，调压控制单元100用于控制分压电路202的分压比。
50.示例性的，本实施例中，调压控制单元100可以基于变阻器；电位计；电子电位计、控制器等器件设计实现。
51.分压电路202的分压点与运算放大器201的第一输入端相连接，运算放大器201的输出端与调整电路203相连接，运算放大器201的第二输入端用于接入反馈电路204的反馈电压。
52.示例性的，本实施例中，调整电路203可以基于调整管设计实现，配置调整电路203用于输入电压的调整。
53.示例性的，本实施例中，将运算放大器201第一输入端的输入电压作为基准电压，第二输入端的输入电压作为比较电压，悬浮电源的工作过程包括：
54.通过调压控制单元100调整分压电路202的分压比，使分压电路202的分压点输出指定电压；
55.当上述指定电压改变时，运算放大器201第一输入端的输入电压改变，进而使运算放大器201输出端的电压改变；
56.当运算放大器201输出端的电压改变时，调整电路203的电压调整比改变，进而使输出电压vout改变。
57.示例性的，本实施例中，悬浮电源可以作为电子枪中的栅极控制电源，悬浮电源的输出电压vout的变化可以用于调整电子枪发射电子束的强弱。
58.本实施例提出一种悬浮电源，悬浮电源包括调压控制单元、调压单元，调压单元包括运算放大器、分压电路以及调整电路。其中，调压控制单元输出调压控制信号后，通过改变分压电路的分压比实现改变运算放大器的基准电压，进而实现调整电路输出电压的改变，基于运算放大器，可以实现输出电压的高精度控制，进而实现针对电子枪发射电子束的高精度控制。
59.图2是实施例中的调压单元结构示意图，参考图2，在一种可实施方案中，调压单元包括包括第一三极管q1、第二三极管q2。
60.参考图2，所第一三极管q1的第一端用于接入输入电压vcc，第一三极管q1的第二端用于输出输出电压vout，输入电压vcc的电压端通过第一电阻r10与第一三极管q1的控制端相连接。
61.第二三极管q2的第一端与第一三极管q1的控制端相连接，第二三极管q2的第二端通过第二电阻r12与参考电源端相连接。
62.运算放大器201的输出端通过第三电阻与第二三极管q2的控制端相连接。
63.示例性的，图2所示的方案中，第一三极管q1、第二三极管q2、第一电阻r10、第二电阻r12构成调整电路，该调整电路的工作过程包括：
64.当运算放大器201输出端的电压改变时，通过第二三极管q2的电流iec改变，基于第一电阻r10，第一三极管q1控制端的电压改变；
65.当第一三极管q1控制端的电压改变时，第一三极管q1的内阻改变，进而第一三极管q1第二端的电压，及输出电压vout改变。
66.示例性的，基于第一三极管q1和第二三极管q2构成调整电路时，通过第二三极管q2可以实现电流的放大，进而可以增加第一三极管q1控制端电压的变化范围，提高输出电压vout的可调范围。
67.参考图2，调压单元还包括电阻r2、电阻r3，电阻r2与电阻r3串联后与调压控制单元相连接，电阻r2与电阻r3的连接点作为分压点，分压点通过电阻r5与运算放大器201的第一输入端相连接。
68.示例性的，当调压控制单元100输出调压控制信号时，电阻r2与电阻r3之间的分压点的电压改变，进而使运算放大器201的基准电压改变。
69.参考图2，调压单元还包括电阻r4、电阻r1，电阻r4与电阻r1串联，电阻r4的一端与第一三极管q1的第二端相连接，电阻r1的一端与参考电源端相连接，电阻r4与电阻r1的连接点通过电阻r6与运算放大器201的第二输入端相连接。
70.示例性的，电阻r4和电阻r1构成反馈电路，将经过反馈电路分压的输出电压vout作为反馈电压。
71.示例性的，图2所示的方案中，运算放大器201的型号为opa445。
72.示例性的，在图2所示的方案的基础上，调压控制单元100与电阻r1的位置可以互换，此时，调压控制单元100用于调整反馈电路的分压比。
73.示例性的，当调压控制单元100与反馈电路相连接时，运算放大器201的基准电压为固定值，调压单元的工作过程与图2所示方案的工作过程基本相同，其具体过程不再赘述。
74.图3是实施例中的另一种调压单元结构示意图，参考图3，在图2所示方案的基础上，调压单元还包括第一二极管d3、第二二极管d2。
75.第二三极管q2的第一端通过第一二极管d3与第一三极管q1的控制端相连接。
76.运算放大器201的输出端通过第三电阻、第二二极管d2与第二三极管q2的控制端相连接。
77.示例性的，第一二极管d3以及第二二极管d2分别用于为输入至第二三极管q2控制
端、第一三极管q1控制端的电压提供一个合适的压降，以使上述三极管控制端的电压处于一定的范围内。
78.示例性的，采用二极管实现提供压降，可以避免采用电阻达到同样压降时选型或电阻参数设计较为困难的问题。
79.参考图3，调压单元还包括可调稳压器u1，可调稳压器u1的控制端和电阻r2与调压控制单元100的连接点相连接，可调稳压器u1的阴极和电阻r2与电阻r3的连接点相连接，可调稳压器u1的阴极还通过电阻r5与运算放大器201的第一输入端相连接，可调稳压器u1的阳极与参考电源端相连接。
80.示例性的，可调稳压器u1的型号采用lm431。
81.示例性的，当可调稳压器u1控制端的电压改变时，可调稳压器u1阴极的输出电压改变。基于可调稳压器u1可以提高运算放大器201基准电压的精度。
82.参考图3，调压单元还包括稳压二极管d1，第一三极管q1的第二端(调整单元的反馈电压端)通过电阻r4，稳压二极管d1参考电源端相连接。
83.电阻r4与稳压二极管d1的连接点通过电阻r6与运算放大器201的第二输入端相连接。
84.示例性的，稳压二极管d1用于输入至第二输入端的电压的钳位，避免输入至第二输入端的电压超过设定范围造成运算放大器201损坏的问题。
85.图4是实施例中的另一种悬浮电源结构示意图，参考图4，在一种可实施方案中，调压控制单元包括第一信号输入端101、第一信号输出端102以及电子电位计103。
86.第一信号输入端101通过光纤与第一信号输出端102相连接，第一信号输出端102与电子电位计103的控制端相连接，电子电位计103的输出端与分压电路202相连接。
87.示例性的，第一信号输入端101可以与控制器1000相连接，控制器1000可以用于生成调压控制信号，调压控制信号经过光纤传输至电子电位计103，电子电位计103接收到调压控制信号后输出电位改变，进而实现改变分压电路202的分压比。
88.示例性的，通过光纤实现控制信号的传输可以实现控制器与悬浮电源的信号隔离，可以避免悬浮电源对控制信号的干扰，提高控制的精度。
89.图5是实施例中的调压控制单元结构示意图，参考图5，在一种可实施方案中，第一信号输出端可以具体分为信号输出接口op1、信号输出接口op2。
90.示例性的，信号输出接口op1以及信号输出接口op2采用光纤连接器，其型号可以为hfbr2521。
91.示例性的，电子电位计103的型号选用ad5220，可以配置信号输出接口op1与ad5220的clk端口相连接，配置信号输出接口op2与ad5220的u/d端口相连接，此时，信号输出接口op1用于传输电压幅值调节信号，信号输出接口op2用于传输电压升降选择信号。
92.示例性的，第一信号输出端分为信号输出接口op1、信号输出接口op2时，第一信号输入端同样分为两个输入接口，输入接口同样选用光纤连接器，其型号与输出接口采用的型号相适配。
93.图6是实施例中的另一种悬浮电源结构示意图，参考图6，在一种可实施方案中，悬浮电源还包括电压采样单元301，电压采样单元301配置有第二信号输入端302、第二信号输出端303。
94.电压采样单元301用于输出电压vout的采样，电压采样单元301的输出端与第二信号输入端302相连接，第二信号输入端302通过光纤与第二信号输出端303相连接。
95.示例性的，第二信号输出端303可以与一显示单元400相连接，显示单元400用于显示电压采样单元的采样电压。
96.示例性的，电压采样单元301可以基于ad650设计，第二信号输入端302以及第二信号输出端303采用光纤连接器，配置第二信号输入端302与ad650的信号输出端相连接。
97.参考图6，在一种可实施方案中，悬浮电源还包括保护单元500，保护单元与500第二信号输出端303以及控制器1000相连接，保护单元用于悬浮电源的过欠压保护。
98.图7是实施例中的保护单元结构示意图，参考图7，作为一种可实施方案，保护单元包括运算放大器u1、第一电压比较器u2、第二电压比较器u3。
99.运算放大器u1的正向输入端与第二信号输出端303相连接，运算放大器u1的输出端分别与第一电压比较器u2的正向输入端，第二电压比较器u3的反向输入端相连接，第一电压比较器u2以及第二电压比较器u3的输出端分别与控制器1000相连接。
100.示例性的，将第一电压比较器u2的反向输出端的输入电压作为基准电压，通过调整基准电压的数值，配置第一电压比较器u2用于判断输出电压vout是否大于设定电压范围的上限值；
101.将第二电压比较器u3的正向输出端的输入电压作为基准电压，通过调整基准电压的数值，配置第二电压比较器u3用于判断输出电压vout是否小于设定电压范围的下限值。
102.示例性的，运算放大器u1的型号可以为lm224，第一电压比较器u2以及第二电压比较器u3的型号可以为lm211。
103.示例性的，控制器1000根据第一电压比较器u2以及第二电压比较器u3的输出信号判断输出电压是否过压或者欠压，进而执行预设的保护程序(例如进行报警提示等)。
104.示例性的，在一种可实施方案中，悬浮电源还包括变压器，变压器的输出作为调压单元的输入电压。
105.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。