CN115425852A - 高压电源及其升压电路 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种高压电源及其升压电路，其中升压电路包括电源模块，用于接入直流电源；变压模块，用于将电源模块接入的直流电源进行升压处理以获得第一电压；倍压模块，用于对变压模块输出的第一电压进行倍压处理以获得第二电压；变压模块电性连接至电源模块，倍压模块电性连接至变压模块；变压模块包括由次级线圈及若干初级线圈构成的隔离变压器；升压电路还包括：主控模块，用于至少输出控制信号；推挽开关模块，用于根据控制信号控制变压模块调整不同的初级线圈与次级线圈配合以切换次级线圈的输出极性。本申请的有益之处在于：提供了一种采用高频开关与双向初级线圈实现升压以减小高压电源体积并提高变换效率的高压电源及其升压电路。

Description

高压电源及其升压电路

技术领域

本申请涉及高压电源领域，具体而言，涉及一种高压电源及其升压电路。

背景技术

传统线性高压电源大多以低频隔离方案为主，究其原因主要是高频隔离双向变换技术较为复杂，同时高频变换所引起的高频开关损耗导致效率低下，得不偿失。而低频变压器隔离技术相对成熟稳定，但相对高频隔离技术而言，其缺点也很明显：低频隔离的方法中变压器体积庞大且笨重，因此在很多应用场合难以推广，使用受限。

发明内容

本申请的内容部分用于以简要的形式介绍构思，这些构思将在后面的具体实施方式部分被详细描述。本申请的内容部分并不旨在标识要求保护的技术方案的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求的保护的技术方案的范围。

本申请的一些实施例提出了一种高压电源及其升压电路，来解决以上背景技术部分提到的技术问题。

作为本申请的第一方面，本申请的一些实施例提供了一种升压电路，包括：电源模块，用于接入直流电源；变压模块，用于将电源模块接入的直流电源进行升压处理以获得第一电压；倍压模块，用于对变压模块输出的第一电压进行倍压处理以获得第二电压；其中，变压模块电性连接至电源模块，倍压模块电性连接至变压模块；变压模块包括由次级线圈及若干初级线圈构成的隔离变压器；升压电路还包括：主控模块，用于至少输出控制信号；推挽开关模块，用于根据控制信号控制变压模块调整不同的初级线圈与次级线圈配合以切换次级线圈的输出极性；主控模块电性连接至推挽开关模块。

进一步的，初级线圈分为第一初级线圈和第二初级线圈，第一初级线圈一端直接或间接连接至直流电源，另一端接地；第二初级线圈一端直接或间接连接至直流电源，另一端接地；第一初级线圈和第二初级线圈的电流方向相反。

进一步的，控制信号包括第一振荡信号和第二振荡信号；推挽开关模块包括：第一驱动电路，用于根据主控模块输出的第一振荡信号控制直流电源向第一初级线圈供电；第二驱动电路，用于根据主控模块输出的第二振荡信号控制直流电源向第二初级线圈供电；其中，第一驱动电路电性连接至第一初级线圈，第二驱动电路电性连接至第二初级线圈。

进一步的，第一振荡信号和第二振荡信号为互补信号。

进一步的，第一、第二驱动电路分别为由场效应管MOS或/和若干三极管组成的驱动电路。

进一步的，主控模块至少包括一个MCU，第一、第二驱动电路分别连接至MCU。

进一步的，倍压模块包括由若干高压二极管和高压电容构成的倍压整流电路，倍压整流电路电性连接至次级线圈。

进一步的，升压电路还包括：电压反馈电路，用于检测倍压整流电路的电压并反馈至主控模块；其中，电压反馈电路分别电性连接至倍压整流电路及主控模块。

进一步的，升压电路还包括：电流反馈电路，用于检测倍压整流电路的电流并反馈至主控模块；其中，电流反馈电路分别电性连接至倍压整流电路及主控模块。

作为本申请的第二方面，本申请的一些实施例提供了一种高压电源，包括如第一方面任一项的升压电路。

本申请的有益效果在于：提供了一种采用高频开关与双向初级线圈实现升压以减小高压电源体积并提高变换效率的高压电源及其升压电路。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

另外，贯穿附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。应当理解附图是示意性的，元件和元素不一定按照比例绘制。

在附图中：

图1为本发明一种实施例的升压电路的功能模块示意图；

图2为本发明一种实施例的升压电路的一部分电路示意图；

图3为本发明一种实施例的升压电路中主控模块的一部分电路示意图；

图中附图标记的含义为：

100、升压电路；

101、电源模块；

102、变压模块；

103、倍压模块；1031、倍压整流电路；

104、主控模块；1041、MCU；

105、推挽开关模块；1051、第一驱动电路；1052、第二驱动电路；

106、电压反馈电路；

107、电流反馈电路。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“或/和”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

电路示意图中的单个电阻在实际电路中可采用多个电阻串联或者并联的方式等效替代，本发明不限于此。高压电容亦可以采用多个高压电容串联或者并联的方式等效替代。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。

如图1所示，本申请的升压电路100包括：电源模块101、变压模块102、倍压模块103、升压电路100、主控模块104及推挽开关模块105等。

电源模块101用于接入直流电源；变压模块102电性连接至电源模块101，用于将电源模块101接入的直流电源进行升压处理以获得第一电压；变压模块102包括由次级线圈及若干初级线圈构成的隔离变压器，具体的，隔离变压器采用高压隔离变压器GYB；倍压模块103电性连接至变压模块102，用于对变压模块102输出的第一电压进行倍压处理以获得第二电压；主控模块104至少包括一个MCU1041，用于至少输出控制信号；推挽开关模块105电性连接至主控模块104，用于根据控制信号控制变压模块102调整不同的初级线圈与次级线圈配合以切换次级线圈的输出极性。

采用这样的方案，减少高压电源的整体体积，并提高交换效率。

如图2所示，具体而言，初级线圈分为第一初级线圈及第二初级线圈，第一初级线圈为第2端至第3端之间的部分，其中第2端直接或间接连接至直流电源(具体为高压包电源)，第3端接地；第二初级线圈为第4端至第5端之间的部分，其中，第5端直接或间接连接至直流电源(具体为高压包电源)，第4端接地；第一初级线圈和第二初级线圈的电流方向相反。

采用这样的方案，通过控制对第一初级线圈和第二初级线圈的交替供电，实现周期性切换次级线圈的输出极性；另外，采用两个电流方向相反的初级线圈与次级线圈配合，避免出现反向磁恢复过程中的能量浪费，更充分的利用磁能，提高能量变换效率。

如图1和图2所示，作为具体的方案，控制信号包括第一振荡信号和第二振荡信号；推挽开关模块105包括：第一驱动电路1051及第二驱动电路1052；第一驱动电路1051电性连接至第一初级线圈及MCU1041，用于根据MCU1041输出的第一振荡信号控制直流电源向第一初级线圈供电；第二驱动电路1052电性连接至第二初级线圈及MCU1041，用于根据MCU1041输出的第二振荡信号控制直流电源向第二初级线圈供电。

采用这样的方案，采用单片机控制驱动电路，通过软硬件结合的方式，实现低电压升压到高电压的高效电路。

如图2所示，作为具体的方案，第一驱动电路1051和第二驱动电路1052的结构相同，且第一、第二驱动电路1052分别为由场效应管MOS或/和若干三极管组成的驱动电路；采用这样的方式，第一驱动电路1051和第二驱动电路1052中的场效应管MOS形成高频推挽开关，通过驱动高频高压隔离变压器GYB，形成双向互补的电磁切换模式。另外，MOS管的驱动没有采用专门的驱动芯片，而是采用晶体管配合***电路搭建简单高效的驱动电路。

具体的，如图2和图3所示，第一驱动电路1051包括：场效应管MOS2、三极管Q101及三极管Q102等；场效应管MOS2采用PMOS，其源极连接至高压包电源，漏极连接至第一初级线圈的第2端，且场效应管MOS2的栅极连接至三极管Q102的集电极；三极管Q102采用PNP型三极管，其集电极通过电阻R105接地，且电阻R105并联有电阻R106，三极管Q102的发射极连接至DC-INPUT，三极管Q102的基极依次通过电阻R104、R103连接至三极管Q102的发射极；三极管Q101采用NPN型三极管，其集电极连接至电阻R104、R103之间，发射极接地，基极通过电阻R102连接至MCU1041的ATPWM1/PA3(HS)，且三极管Q101的基极与其发射极通过电阻R107连接。

具体的，如图2和图3所示，第二驱动电路1052包括：场效应管MOS3、三极管Q111及三极管Q112等；场效应管MOS3采用PMOS，其源极连接至高压包电源，漏极连接至第二初级线圈的第5端，且场效应管MOS3的栅极连接至三极管Q112的集电极；三极管Q112采用PNP型三极管，其集电极通过电阻R115接地，且电阻R115并联有电阻R116，三极管Q112的发射极连接至DC-INPUT，三极管Q112的基极依次通过电阻R114、R113连接至三极管Q112的发射极；三极管Q111采用NPN型三极管，其集电极连接至电阻R114、R113之间，发射极接地，基极通过电阻R112连接至MCU1041的ATPWM2/PA4(HS)，且三极管Q111的基极与其发射极通过电阻R117连接。

具体而言，场效应管MOS2的漏极通过电阻R100和电容C00连接至场效应管MOS3的漏极。

优选的，第一振荡信号和第二振荡信号为互补信号，并预留足够的死区时间，确保第一驱动电路1051和第二驱动电路1052中的晶体管Q101，Q111交错导通，晶体管Q102、Q112交替导通，最终确保MOS2和MOS3交替导通，进而控制高压包电源交替向第一初级线圈和第二初级线圈供电。

作为具体的方案，倍压模块103包括由若干高压二极管和高压电容构成的倍压整流电路1031，倍压整流电路1031电性连接至次级线圈。

本申请电压提升是通过隔离变压器GYB和变压器次级端的倍压整流电路1031实现。其中隔离变压器可以将15V以下的低电压升高到2000V的高压电，然后再经过高压二极管和高压电容组成的倍压电路完成2倍或者3倍甚至更多倍电压的变换，输出电压上升到4000V以上。

如图2和图3所示，作为优选的方案，升压电路100还包括：电压反馈电路106及电流反馈电路107；电压反馈电路106分别电性连接至倍压整流电路1031及主控模块104，用于检测倍压整流电路1031的电压并反馈至主控模块104，具体的，倍压整流电路1031设置有电压检测端口HV-V；电流反馈电路107分别电性连接至倍压整流电路1031及主控模块104，用于检测倍压整流电路1031的电流并反馈至主控模块104，具体的，倍压整流电路1031设置有电流检测端口HV-I。

采用这样的方案，其目的是为了调试电压和故障检测，其中调压原理为：因为电压电流联动，负载变重时输出电压降低，这时检测到电压也会过低，此时MCU1041会调大震荡信号的脉宽，使得高频高压变压器输入有效电压升高，从而使输出电压升高；相反，如果输出电压升高，就调小振荡信号的脉宽，达到降压的目的。

基于以上实施例提供的升压电路100，本申请实施例还提供了一种高压电源，本申请实施例提供的高压电源包括以上实施例提供的升压电路100。

以上描述仅为本公开的一些较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开的实施例中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开的实施例中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种升压电路，包括：

电源模块，用于接入直流电源；

变压模块，用于将所述电源模块接入的直流电源进行升压处理以获得第一电压；

倍压模块，用于对所述变压模块输出的第一电压进行倍压处理以获得第二电压；

其中，所述变压模块电性连接至所述电源模块，所述倍压模块电性连接至所述变压模块；

其特征在于：

所述变压模块包括由次级线圈及若干初级线圈构成的隔离变压器；

所述升压电路还包括：

主控模块，用于至少输出控制信号；

推挽开关模块，用于根据所述控制信号控制变压模块调整不同的初级线圈与次级线圈配合以切换所述次级线圈的输出极性；

所述主控模块电性连接至所述推挽开关模块。

2.根据权利要求1所述的升压电路，其特征在于：

所述初级线圈分为第一初级线圈和第二初级线圈，所述第一初级线圈一端直接或间接连接至所述直流电源，另一端接地；所述第二初级线圈一端直接或间接连接至所述直流电源，另一端接地；所述第一初级线圈和第二初级线圈的电流方向相反。

3.根据权利要求2所述的升压电路，其特征在于：

所述控制信号包括第一振荡信号和第二振荡信号；

所述推挽开关模块包括：

第一驱动电路，用于根据主控模块输出的第一振荡信号控制直流电源向第一初级线圈供电；

第二驱动电路，用于根据主控模块输出的第二振荡信号控制直流电源向第二初级线圈供电；

其中，所述第一驱动电路电性连接至第一初级线圈，所述第二驱动电路电性连接至第二初级线圈。

4.根据权利要求3所述的升压电路，其特征在于：

所述第一振荡信号和第二振荡信号为互补信号。

5.根据权利要求4所述的升压电路，其特征在于：

所述第一、第二驱动电路分别为由场效应管MOS或/和若干三极管组成的驱动电路。

6.根据权利要求5所述的升压电路，其特征在于：

所述主控模块至少包括一个MCU，所述第一、第二驱动电路分别连接至所述MCU。

7.根据权利要求1所述的升压电路，其特征在于：

所述倍压模块包括由若干高压二极管和高压电容构成的倍压整流电路，所述倍压整流电路电性连接至所述次级线圈。

8.根据权利要求1所述的升压电路，其特征在于：

所述升压电路还包括：

电压反馈电路，用于检测所述倍压整流电路的电压并反馈至主控模块；

其中，所述电压反馈电路分别电性连接至所述倍压整流电路及主控模块。

9.根据权利要求1所述的升压电路，其特征在于：

所述升压电路还包括：

电流反馈电路，用于检测所述倍压整流电路的电流并反馈至主控模块；

其中，所述电流反馈电路分别电性连接至所述倍压整流电路及主控模块。

10.一种高压电源，其特征在于：包括如权利要求1至9任一项所述的升压电路。

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