0～6kV可调精密DC-DC转换器的制作方法

本申请一般地涉及dc-dc转换器，尤其涉及一种0~6kv可调精密dc-dc转换器。

背景技术：

1、dc-dc转换器为将输入直流电压转换为输出直流电压的电压转换器。根据输入直流电压与输出直流电压的电平高低关系的不同，dc/dc转换器分为三类：升压型dc-dc转换器、降压型dc-dc转换器以及升降压型dc-dc转换器。目前dc-dc转换器广泛应用于汽车、计算机、手机、显示器、数码相机、便携式媒体播放器等产品中。

2、dc-dc转换器可用作高压电源模块，为负载提供在0v至±6000v范围内连续可调的直流高压输出。现有技术中的大部分同电压等级的升压高压电源模块体积大，结构复杂，模块化程度低，过流过压保护不完善，导致工作稳定性低，维修难度大，使用成本高昂。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中的上述一个或多个技术问题，本申请提供了一种0~6kv可调精密dc-dc转换器，以减小高压电源模块的体积，简化其结构，提高其模块化程度，关键电路均采用高精密元器件，提高高压电源的精度，增强过流过压保护，从而提高高压电源的工作稳定性，减小其维修难度，降低其使用成本。

2、本申请提供了一种0~6kv可调精密dc-dc转换器，包括壳体和转换电路，所述转换电路包括依次连接的输入保护电路、输入滤波电路、振荡升压电路、倍压电路和输出滤波电路，其中，所述输入保护电路及所述输入滤波电路连接所述dc-dc转换器的电源输入端子，所述输出滤波电路连接所述dc-dc转换器的高压输出端子；所述转换电路还包括采样电路、输出保护电路和控制电路，其中所述采样电路包括电压采样电路和电流采样电路，所述电压采样电路采集所述dc-dc转换器的输出电压信号并输出到所述dc-dc转换器的电压采样输出端子，所述电流采样电路采集所述dc-dc转换器的输出电流信号并输出到所述dc-dc转换器的电流采样输出端子；所述输出保护电路的输入端连接所述采样电路的输出端，输出端信号送入所述控制电路，以防止所述dc-dc转换器的电压或电流过大而损坏；所述控制电路连接所述振荡升压电路，以控制所述振荡升压电路的开关频率。

3、在一个实施例中，所述输入滤波电路包括第一电感器和第一电容器，其中所述第一电感器连接所述dc-dc转换器的电源输入正端子，另一端连接所述第一电容器，其连接点为所述输入滤波电路的输出端，所述第一电容另一端接地。

4、在一个实施例中，所述输入保护电路包括第一电阻器、第一场效应管、第一基准单元、第二基准单元、第一比较器、第二比较器以及第一逻辑单元。所述第一电阻器连接所述dc-dc转换器的电源输入正端子，同时也输入所述第一比较器的反相输入端和所述第二比较器的同相输入端；所述第一场效应管的栅极连接所述第一电阻器的另一端，漏极连接所述dc-dc转换器的电源输入负端子，源极接地；所述第一、第二基准单元分别输入所述第一比较器的同相输入端和所述第二比较器的反相输入端；所述第一、第二比较器的输出端连接所述第一逻辑单元的输入端，所述第一逻辑单元的输出端即为所述输入保护电路的输出端。

5、在一个实施例中，所述振荡升压电路为单端反击式振荡电路，包括第二场效应管和升压变压器，其中所述升压变压器的初级线圈一端连接所述输入滤波电路的输出端，另一端连接所述第二场效应管的漏极；所述第二场效应管的栅极连接所述控制电路输出，源极接地；所述升压变压器的次级线圈作为升压变压器的输出端。

6、在一个实施例中，所述倍压电路为六级倍压电路，包括第二至第七电容器、第一至第六二极管，其中每级倍压包含相串联的电容器及二极管各一只，然后按照极性相加的原理串接起来以达到倍压的目的，第一级倍压电路连接所述升压变压器的次级线圈以输入经升压后的电压，所述六级倍压电路输出六倍压电压，所述倍压电路中的二极管极性根据所述dc-dc转换器输出电压的极性可进行对应调整。

7、在一个实施例中，所述输出滤波电路包括第二电阻器、第三电阻器、第四电阻器、第八电容器以及第九电容器，其中所述第二、第三及第四电阻器串联，所述第二电阻器一端连接所述倍压电路的输出端，所述第四电阻器的一端连接所述dc-dc转换器的所述高压输出端子，所述第八电容器一端连接第二、第三电阻器的串联节点，另一端连接所述升压变压器的次级线圈的虚拟地，所述第九电容器一端连接第三、第四电阻器的串联节点，另一端连接所述dc-dc转换器的所述高压输出端子。

8、在一个实施例中，所述采样电路包括电压采样和电流采样两部分。所述电压采样电路包括第一运算放大器、第五电阻器、第六电阻器、第七电阻器以及第十电容器。其中所述第五电阻器一端连接所述输出滤波电路的输出端，另一端连接所述第六电阻器一端，其节点输入到所述第一运算放大器的同相输入端，所述第六电阻器的另一端接地；所述第七电阻器的一端连接所述第一运算放大器的反相输入端，另一端接地；所述第十电容器连接所述第一运算放大器的反相输入端及输出端，所述第一运算放大器的输出端连接所述dc-dc转换器的电压采样输出端子。所述电流采样电路包括第二运算放大器、第八电阻器、第九电阻器、第十电阻器以及第十一电容器。所述第八、第九电阻器一端连接，节点连接所述升压变压器次级线圈的虚拟地一端，所述第八电阻器的另一端接地，所述第九电阻器的另一端连接所述第二运算放大器的反相输入端，所述第十电阻器的一端连接所述第二运算放大器的同相输入端，另一端接地，所述第十一电容器连接所述第二运算放大器的反相输入端及输出端，所述第二运算放大器的输出端连接所述dc-dc转换器的电流采样输出端子。

9、在一个实施例中，所述输出保护电路包括第二逻辑单元、第三基准单元、第三运算放大器以及第十二电容器。所述第二逻辑单元的输入端连接所述电压及电流采样电路的输出端，输出端连接所述第三运算放大器的同相输入端，所述第三基准单元连接所述第三运算放大器的反相输入端，所述第十二电容器连接所述第三运算放大器的反相输入端及输出端。

10、在一个实施例中，所述控制电路包括控制芯片及其外围电路，所述控制电路的输入端包括：所述输入保护电路的输出端、所述输出保护电路的输出端以及所述dc-dc转换器的电压调节输入端子vadj。所述控制电路的输出端vref连接所述dc-dc转换器的基准电压输出端子，ctrl端连接所述振荡升压电路中第二场效应管的栅极。

11、在一个实施例中，所述dc-dc转换器的输入电压范围是11～16v或21～28v，输出电压范围是0v至±6000v。

12、本申请的技术方案具有以下有益技术效果：

13、本申请的dc-dc转换器采用微小型元器件，采用功能分区模块化布局，减小了高压电源模块的体积，并且结构简单，模块化程度高，增强了输入及输出保护，从而提高了高压电源的工作稳定性，易于维护维修，降低了其使用成本。

技术特征：

1.一种0~6kv可调精密dc-dc转换器，包括壳体和转换电路，其特征在于，所述转换电路包括依次连接的输入保护电路、输入滤波电路、振荡升压电路、倍压电路和输出滤波电路，其中，所述输入保护电路及所述输入滤波电路连接所述dc-dc转换器的电源输入端子，所述输出滤波电路连接所述dc-dc转换器的高压输出端子；

2.根据权利要求1所述的0~6kv可调精密dc-dc转换器，其特征在于，所述输入滤波电路包括第一电感器和第一电容器，其中所述第一电感器连接所述dc-dc转换器的电源输入正端子，另一端连接所述第一电容器，其连接点为所述输入滤波电路的输出端，所述第一电容另一端接地。

3.根据权利要求1所述的0~6kv可调精密dc-dc转换器，其特征在于，所述输入保护电路包括第一电阻器、第一场效应管、第一基准单元、第二基准单元、第一比较器、第二比较器以及第一逻辑单元，其中所述第一电阻器连接所述dc-dc转换器的电源输入正端子，同时也输入所述第一比较器的反相输入端和所述第二比较器的同相输入端；所述第一场效应管的栅极连接所述第一电阻器的另一端，漏极连接所述dc-dc转换器的电源输入负端子，源极接地；所述第一、第二基准单元分别输入所述第一比较器的同相输入端和所述第二比较器的反相输入端；所述第一、第二比较器的输出端连接所述第一逻辑单元的输入端，所述第一逻辑单元的输出端即为所述输入保护电路的输出端。

4.根据权利要求1所述的0~6kv可调精密dc-dc转换器，其特征在于，所述振荡升压电路为单端反击式振荡电路，包括第二场效应管和升压变压器，其中所述升压变压器的初级线圈一端连接所述输入滤波电路的输出端，另一端连接所述第二场效应管的漏极；所述第二场效应管的栅极连接所述控制电路输出，源极接地；所述升压变压器的次级线圈作为升压变压器的输出端。

5.根据权利要求4所述的0~6kv可调精密dc-dc转换器，其特征在于，所述倍压电路为六级倍压电路，包括第二至第七电容器、第一至第六二极管，其中每级倍压包含相串联的电容器及二极管各一只，然后按照极性相加的原理串接起来以达到倍压的目的，第一级倍压电路连接所述升压变压器的次级线圈以输入经升压后的电压，所述六级倍压电路输出六倍压电压。

6.根据权利要求5所述的0~6kv可调精密dc-dc转换器，其特征在于，所述输出滤波电路包括第二电阻器、第三电阻器、第四电阻器、第八电容器以及第九电容器，其中所述第二、第三及第四电阻器串联，所述第二电阻器一端连接所述倍压电路的输出端，所述第四电阻器的一端连接所述dc-dc转换器的所述高压输出端子，所述第八电容器一端连接第二、第三电阻器的串联节点，另一端连接所述升压变压器的次级线圈的虚拟地，所述第九电容器一端连接第三、第四电阻器的串联节点，另一端连接所述dc-dc转换器的所述高压输出端子。

7.根据权利要求4所述的0~6kv可调精密dc-dc转换器，其特征在于，所述采样电路包括电压采样电路和电流采样电路两部分，其中所述电压采样电路包括第一运算放大器、第五电阻器、第六电阻器、第七电阻器以及第十电容器，其中所述第五电阻器一端连接所述输出滤波电路的输出端，另一端连接所述第六电阻器一端，其节点输入到所述第一运算放大器的同相输入端，所述第六电阻器的另一端接地；所述第七电阻器的一端连接所述第一运算放大器的反相输入端，另一端接地；所述第十电容器连接所述第一运算放大器的反相输入端及输出端，所述第一运算放大器的输出端连接所述dc-dc转换器的电压采样输出端子；所述电流采样电路包括第二运算放大器、第八电阻器、第九电阻器、第十电阻器以及第十一电容器，其中所述第八、第九电阻器一端相连接，节点连接所述升压变压器次级线圈的虚拟地一端，所述第八电阻器的另一端接地，所述第九电阻器的另一端连接所述第二运算放大器的反相输入端，所述第十电阻器的一端连接所述第二运算放大器的同相输入端，另一端接地，所述第十一电容器连接所述第二运算放大器的反相输入端及输出端，所述第二运算放大器的输出端连接所述dc-dc转换器的电流采样输出端子。

8.根据权利要求1所述的0~6kv可调精密dc-dc转换器，其特征在于，所述输出保护电路包括第二逻辑单元、第三基准单元、第三运算放大器以及第十二电容器，其中所述第二逻辑单元的输入端连接所述电压及电流采样电路的输出端，输出端连接所述第三运算放大器的同相输入端，所述第三基准单元连接所述第三运算放大器的反相输入端，所述第十二电容器连接所述第三运算放大器的反相输入端及输出端。

9.根据权利要求1所述的0~6kv可调精密dc-dc转换器，其特征在于，所述控制电路包括控制芯片及其外围电路，所述控制电路的输入端包括：所述输入保护电路的输出端、所述输出保护电路的输出端以及所述dc-dc转换器的电压调节输入端子vadj，其中所述控制电路的输出端vref连接所述dc-dc转换器的基准电压输出端子，ctrl端连接所述振荡升压电路中第二场效应管的栅极。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的0~6kv可调精密dc-dc转换器，其特征在于，所述dc-dc转换器的输入电压范围是11～16v或21～28v，输出电压范围是0v至±6000v。

技术总结
本申请涉及一种0～6kV可调精密DC‑DC转换器，包括壳体和转换电路，所述转换电路包括依次连接的输入保护电路、输入滤波电路、振荡升压电路、倍压电路、输出滤波电路，其中所述输入滤波电路及所述输入保护电路连接所述DC‑DC转换器的电源输入端子，所述输出滤波电路连接所述DC‑DC转换器的高压输出端子。所述转换电路还包括采样电路、输出保护电路和控制电路。本申请的所述DC‑DC转换器能够减小高压电源模块的体积，简化其结构，提高其模块化程度，增强过流过压保护，从而提高所述高压电源的工作稳定性，减小其维修难度，降低其使用成本。

技术研发人员：魏海阔
受保护的技术使用者：西安科索电子科技有限公司
技术研发日：20230320
技术公布日：2024/1/14