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一種高壓開關電源的設計
針對精密電子裝置中所要求的高電壓、低電流的小功率電源系統,設計製作了一種高壓開關電源.並對高壓電源的響應特性進行了測試.製作出的電源系統具有體積小、穩定性好、響應速度快等特點.
1、引 言
在影印裝置、醫學儀器等精密電子系統中,廣泛使用高電壓、低電流的小功率電源[1].同時要求電源系統具有重量輕、響應速度快、穩定性好、可靠性高等特點.為了上述滿足精密電子系統的要求,設計製作了一種新型高壓開關電源.該電源具有穩定性好、響應速度快等優點,能廣泛應用於影印裝置、醫學儀器等精密電子系統中.
2、電路原理
系統原理框圖如圖1所示.高壓電源的輸入訊號來自220V的交流市電,經整流濾波後與PWM脈衝調製器的輸出訊號一起驅動高頻變壓器,透過高頻變壓器得到的高壓電源再經整流濾波後,輸出直流高壓.輸出反饋訊號經光電隔離後反饋給脈衝調製器,透過與脈衝調製器中誤差放大器的基準電壓比較,控制脈衝調製器的輸出佔空比,以調節輸出電壓.
圖1 系統原理框圖
3、電路設計要點
3.1 PWM控制電路
系統採用的PWM調製器為SG3524型號[4]的晶片,電路如圖2所示.在晶片的電源訊號入口端並聯一電容C2構成一個軟啟動電路.設計軟啟動電路的目的是防止在電源突然開通時產生的過大電流對晶片造成衝擊.在剛通電時,電容兩端電壓不能突變,它的電壓隨外部電源對其充電而逐漸升高,經過一段時間後,電路進入正常工作狀態.這樣保證了輸入電壓緩慢地建立起來,確保晶片不受損壞.輸出電路的開關功率管選用MOS功率管.由於功率管是在高頻狀態下工作會產生振盪.為了消除這種寄生振盪,應儘量減少與功率管各管腳的連線長度,特別是柵極引線的長度.若無法減少其長度,可以串聯小電阻,且儘量靠近管子柵極.圖中R3既是功率管的柵極限流電阻,又與R4一起消除功率管工作時產生的寄生振盪.
2 PWM電路圖
3.2 變壓器驅動電路
高壓變壓器驅動電路見圖3.
圖3 高壓變壓器驅動電路
驅動電路採用單端驅動工作方式,這種電路簡單、工作可靠性高.功率管由來自SG3524晶片的訊號驅動.11、14腳的單端並聯輸出.當SG3524輸出高電平時,功率管導通,在電感L中儲能;輸出低電平時,功率管截止,導致流過電感L上的電流突然下降為零,L產生反電勢.該反電勢的脈衝電壓加在高頻變壓器的輸入端,驅動變壓器工作.同時,電感L作變壓器的阻抗匹配元件.
由高頻變壓器輸出的交流電壓經二極體VD2、VD3進行整流倍壓後,再經C2濾波,得到高壓輸出.
3.3 取樣反饋電路
反饋迴路中,對輸出電壓訊號的取樣,採用在輸出端並聯電阻,再將高壓經電阻串聯衰減的方法實現.
R3、R4、RW為電壓取樣反饋電阻.電壓經隔離反饋後,從SG3524晶片的1腳輸入,控制佔空比,進而調節輸出電壓,達到穩壓的目的.其穩壓原理是:若輸出電壓偏高,取樣反饋的訊號也偏高,與SG3524中誤差放大器的基準電壓比較後的電壓偏低,導致佔空比的寬度變窄,引起輸出電壓下降;反之亦然.RW是可調電阻,透過調節RW來調節輸出電壓.
4、效能測試
系統的輸出電壓透過取樣電阻RW來調節,改變可變電阻的值可以改變輸出電壓.圖4是取樣電阻RW為20kΩ時的輸出電壓波形圖.由圖中可以看出,輸出電壓從0V上升到5kV的響應時間為0.5s左右,電源系統具有較快的響應速度.同時,由圖(b)中的電壓波形區域性放大圖可見,輸出電壓為5000V時,其最大電壓波動小於5%.
(a) 輸出電壓響應圖 (b) 電壓波形區域性放大
圖4 可變電阻為20kΩ時的電壓輸出波形圖
當RW調節至10kΩ時,電壓輸出如圖5,此時輸出電壓約為2500V.與圖4(a)比較可以看出,此時高壓電源的響應速度有所提高,而穩定性基本不變.同時,由圖4與圖5還可以看出,輸出電壓與調節電阻成線性關係,高壓電源具有良好的可控性.
圖5 可變電阻為10kΩ時的電壓輸出波形圖
5、結 論
採用單端反激式變換器,設計製作了一高壓開關電源.透過對所製作電源的效能測試可以得出,此高壓開關電源具有體積小、穩定性好、響應速度快等優點.能廣泛應用於要求高電壓、低電流的小型電源系統中.
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一種高壓開關電源的設計
針對精密電子裝置中所要求的高電壓、低電流的小功率電源系統,設計製作了一種高壓開關電源.並對高壓電源的響應特性進行了測試.製作出的電源系統具有體積小、穩定性好、響應速度快等特點.
1、引 言
在影印裝置、醫學儀器等精密電子系統中,廣泛使用高電壓、低電流的小功率電源[1].同時要求電源系統具有重量輕、響應速度快、穩定性好、可靠性高等特點.為了上述滿足精密電子系統的要求,設計製作了一種新型高壓開關電源.該電源具有穩定性好、響應速度快等優點,能廣泛應用於影印裝置、醫學儀器等精密電子系統中.
2、電路原理
系統原理框圖如圖1所示.高壓電源的輸入訊號來自220V的交流市電,經整流濾波後與PWM脈衝調製器的輸出訊號一起驅動高頻變壓器,透過高頻變壓器得到的高壓電源再經整流濾波後,輸出直流高壓.輸出反饋訊號經光電隔離後反饋給脈衝調製器,透過與脈衝調製器中誤差放大器的基準電壓比較,控制脈衝調製器的輸出佔空比,以調節輸出電壓.
圖1 系統原理框圖
3、電路設計要點
3.1 PWM控制電路
系統採用的PWM調製器為SG3524型號[4]的晶片,電路如圖2所示.在晶片的電源訊號入口端並聯一電容C2構成一個軟啟動電路.設計軟啟動電路的目的是防止在電源突然開通時產生的過大電流對晶片造成衝擊.在剛通電時,電容兩端電壓不能突變,它的電壓隨外部電源對其充電而逐漸升高,經過一段時間後,電路進入正常工作狀態.這樣保證了輸入電壓緩慢地建立起來,確保晶片不受損壞.輸出電路的開關功率管選用MOS功率管.由於功率管是在高頻狀態下工作會產生振盪.為了消除這種寄生振盪,應儘量減少與功率管各管腳的連線長度,特別是柵極引線的長度.若無法減少其長度,可以串聯小電阻,且儘量靠近管子柵極.圖中R3既是功率管的柵極限流電阻,又與R4一起消除功率管工作時產生的寄生振盪.
2 PWM電路圖
3.2 變壓器驅動電路
高壓變壓器驅動電路見圖3.
圖3 高壓變壓器驅動電路
驅動電路採用單端驅動工作方式,這種電路簡單、工作可靠性高.功率管由來自SG3524晶片的訊號驅動.11、14腳的單端並聯輸出.當SG3524輸出高電平時,功率管導通,在電感L中儲能;輸出低電平時,功率管截止,導致流過電感L上的電流突然下降為零,L產生反電勢.該反電勢的脈衝電壓加在高頻變壓器的輸入端,驅動變壓器工作.同時,電感L作變壓器的阻抗匹配元件.
由高頻變壓器輸出的交流電壓經二極體VD2、VD3進行整流倍壓後,再經C2濾波,得到高壓輸出.
3.3 取樣反饋電路
反饋迴路中,對輸出電壓訊號的取樣,採用在輸出端並聯電阻,再將高壓經電阻串聯衰減的方法實現.
R3、R4、RW為電壓取樣反饋電阻.電壓經隔離反饋後,從SG3524晶片的1腳輸入,控制佔空比,進而調節輸出電壓,達到穩壓的目的.其穩壓原理是:若輸出電壓偏高,取樣反饋的訊號也偏高,與SG3524中誤差放大器的基準電壓比較後的電壓偏低,導致佔空比的寬度變窄,引起輸出電壓下降;反之亦然.RW是可調電阻,透過調節RW來調節輸出電壓.
4、效能測試
系統的輸出電壓透過取樣電阻RW來調節,改變可變電阻的值可以改變輸出電壓.圖4是取樣電阻RW為20kΩ時的輸出電壓波形圖.由圖中可以看出,輸出電壓從0V上升到5kV的響應時間為0.5s左右,電源系統具有較快的響應速度.同時,由圖(b)中的電壓波形區域性放大圖可見,輸出電壓為5000V時,其最大電壓波動小於5%.
(a) 輸出電壓響應圖 (b) 電壓波形區域性放大
圖4 可變電阻為20kΩ時的電壓輸出波形圖
當RW調節至10kΩ時,電壓輸出如圖5,此時輸出電壓約為2500V.與圖4(a)比較可以看出,此時高壓電源的響應速度有所提高,而穩定性基本不變.同時,由圖4與圖5還可以看出,輸出電壓與調節電阻成線性關係,高壓電源具有良好的可控性.
圖5 可變電阻為10kΩ時的電壓輸出波形圖
5、結 論
採用單端反激式變換器,設計製作了一高壓開關電源.透過對所製作電源的效能測試可以得出,此高壓開關電源具有體積小、穩定性好、響應速度快等優點.能廣泛應用於要求高電壓、低電流的小型電源系統中.