CN202840988U - 一种高精度的阴极高压电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高精度的阴极高压电源，包括BUCK电路，其输出端与全桥电路的输入端相连，全桥电路的输出端依次通过隔离升压电路、整流电路与滤波电路的输入端相连，滤波电路的输出端分别与负载、线性稳压电路的输入端相连，线性稳压电路的输出端与控制电路的输入端相连，控制电路的输出端分别与BUCK电路、全桥电路的输入端相连。本实用新型的滤波电路中不仅采用π型滤波电路进行滤波，并在π型滤波电路串入线性稳压管，更有效的滤除输出高频纹波；在控制电路中采用PID控制器双闭环调整，实现阴极高压稳压电源的高精度，低纹波的性能。

Description

一种高精度的阴极高压电源

技术领域

本实用新型涉及高压电源领域，尤其是一种高精度的阴极高压电源。 

背景技术

目前，高压电源已经被广泛地应用于医学等检测设备中，也广泛应用于诸如行波管放大器、雷达发射机等军事领域。行波管放大器和雷达发射机的工作高效性、精准性和高机动性是研究供电电源的高性能的一门技术，其中包括了电源的稳定性、高效性、小型化等指标。国内外已有的行波管放大器和发射机的工作电源中，其工作电源有灯丝电源、正偏压电源、负偏压电源、阴极高压电源以及收集极高压电源，通常阴极高压电源纹波是影响发射机频谱的关键因素，所以对阴极高压电源的纹波、精度等性能指标提出更高的要求。 

传统的高压电源体积大、笨重，严重影响了所配套设备的发展。随着电力电子技术的发展，目前的高压电源多采用开关电源形式，其电路框图如图1所示，虽然大大降低了体积重量，提高了功率、效率，仍然存在电源的纹波仍然很大，精度较低等问题。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种精度高、电源纹波小的高精度的阴极高压电源。 

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：一种高精度的阴极高压电源，包括BUCK电路，其输出端与全桥电路的输入端相连，全桥电路的输出端依次通过隔离升压电路、整流电路与滤波电路的输入端相连，滤波电路的输出端分别与负载、线性稳压电路的输入端相连，线性稳压电路的输出端与控制电路的输入端相连，控制电路的输出端分别与BUCK电路、全桥电路的输入端相连。 

由上述技术方案可知，本实用新型采用BUCK电路与全桥电路相结合作为主电路形式，采用软开关谐振技术减少功率开关管损耗，实现了零电压状态的开关变换，有效解决了高频条件下的开关损耗问题，更好提高了电源的转换效率；滤波电路中不仅采用π型滤波电路进行滤波，并在π型滤波电路串入线性稳压管，更有效的滤除输出高频纹波；在控制电路中采用PID控制器双闭环调整，实现阴极高压稳压电源的高精度，低纹波的性能。 

附图说明

图1为现有高压电源的电路框图； 

图2为本实用新型的电路原理图。

具体实施方式

一种高精度的阴极高压电源，包括BUCK电路1，其输出端与全桥电路2的输入端相连，全桥电路2的输出端依次通过隔离升压电路3、整流电路4与滤波电路5的输入端相连，滤波电路5的输出端分别与负载6、线性稳压电路7的输入端相连，线性稳压电路7的输出端与控制电路8的输入端相连，控制电路8的输出端分别与BUCK电路1、全桥电路2的输入端相连，如图1所示。所述的隔离升压电路3的输入端与全桥电路2的输出端相连，隔离升压电路3的输出端与整流电路4的输入端相连，整流电路4的输出端与滤波电路5的输入端相连，所述的整流电路4采用全桥整流电路或倍压整流电路。所述的主开关管V2采用MOS管，所述的开关管V4、V5、V6、V7均为MOS管。工作时，直流电经BUCK电路1进行降压后为全桥电路2提供电压，经全桥高频高效逆变后与高频变压器的初级进行相连接并进行隔离升压，隔离升压后进行整流电路4整流滤波。 

如图1所示，所述的BUCK电路1包括接220V交流电的整流桥V1，整流桥V1将电网中220V交流电变换为300V左右直流，供后续BUCK电路2使用；整流桥V1的正极与分别与续流二极管V3的阴极、电阻R1和滤波电容C1的并联端相连，整流桥V1的负极与主开关管V2的源极S相连，主开关管V2的漏极分别与续流二极管V3的阳极、储能电感L1的一端相连，储能电感L1的另一端接电阻R1和滤波电容C1的并联端，续流二极管V3的栅极接控制电路8的输出端；所述的全桥电路2包括开关管V4、V5、V6、V7，开关管V4、V5的基极相连，开关管V6、V7的基极相连，开关管V4、V5、V6、V7的基极均接控制电路8的输出端，开关管V4、V6的集电极相联后接BUCK电路1的输出端，开关管V4的发射极与开关管V5的集电极相连后接隔离升压电路3的输入端，开关管V6的发射极与开关管V7的集电极相连后接隔离升压电路3的输入端，开关管V5、V7的发射极相联后接BUCK电路1的输出端。 

BUCK电路1与驱动能力较强、效率较高的全桥电路2相结合作为主电路形式，采用软开关技术减少功率开关管损耗，实现了零电压状态的开关变换，有效解决了高频条件下的开关损耗问题，极大地减小阴极高压电源的体积、减轻重量，并减少对散热***的技术压力，为行波管放大器及雷达发射机的小型化提供必要的基础。当输入电压变化或负载6的阻抗发生变化时，控制电路8自动调节主开关管V2的占空比，使输出电压稳定。 

如图1所示，所述的滤波电路5包括电阻R2，其一端与整流电路4的输出端相连，其另一端与电阻R3、R6串联，电阻R4的一端与整流电路4的输出端相连，电阻R4的另一端与电阻R5相连，电容C2的一端接在电阻R2、R3之间，另一端接在电阻R4、R5之间，电阻R5分别与线性稳压管V8的漏极D、线性稳压电路7的输入端相连，线性稳压管V8的栅极与线性稳压电路7的输入端相连，线性稳压管V8的源极分别与电容C3、电阻R7相连，电阻R6、R7分别与电阻R16、R17相连，电阻R16、R17串联后并接在负载6的两端，线性稳压电路7的输入端接在电阻R16、R17之间。电阻R2、R4、R6、R7进行电流尖峰压制，再由电容C2、电阻R3、电阻R5、电容C3组成的π型滤波电路进行滤波，并在π型滤波电路中串入线性稳压管V8，更有效的滤除输出高频纹波，并对强冲击和低气压环境有较好的适应性。 

如图1所示，所述的线性稳压电路7包括运放N1，其正相输入端接可调基准电压Vref1,其反相输入端分别与电容C6、电容C7、电阻R14、电阻R15相连，电容C6与电阻R13串联，电阻R13、电容C7、电阻R14均接运放N1的输出端，运放N1的输出端与线性稳压管V8的栅极G相连，电阻R15接在电阻R16、R17之间，电阻R11与电阻R12串联，电阻R11的一端接线性稳压管V8的漏极D，电阻R12的一端接地。所述的控制电路8包括运放N2，其正相输入端接可调基准电压Vref2，其反相输入端分别与电容C5、电容C4、电阻R8相连，电容C5与电阻R9串联，电阻R9、电容C4、电阻R8均与运放N2的输出端相连，电容C5与电阻R10的一端相连，电阻R10的另一端接在电阻R11、电阻R12之间，运放N2的输出端与PWM芯片的输入端相连，PWM芯片的输出端分别与主开关管V2的栅极G、开关管V4、V5、V6、V7的基极相连。 

运放N1与电阻R15、电容C6、电阻R13、电容C7、电阻R14组成了第一PID控制器电路，用于控制MOSFET开关管V8漏源间电压；电阻R15为闭环增益电阻，输入端电位值为Vo-sample1；电位Vo-sample1是阴极高压经电阻R17、R16线性采样分压和反向同比放大后所得电位。第一PID控制器电路控制阴极高压电源的输出电压，是由MOS管特性控制线性稳压管V8的栅极电压Ug来实现，线性稳压管V8的栅极电压Ug再控制线性稳压管V8的漏源极电压Vds，线性稳压管 V8漏源极电压Vds经过电阻R12、R11线性比例分压获得采样电压Vmos_sample，采样电压Vmos_sample与闭环增益电阻R10的一端联接。所述运放N2的输出端与PWM芯片联接，PWM芯片控制BUCK电路1的驱动及全桥电路2的驱动。运放N2与电阻R10、电容C5、电阻R9、电容C4、电阻R8组成第二PID控制器电路，用于控制PWM芯片的输出驱动脉宽。 

实施例一 

本例为输出电压为-30kV，输出电流为20mA的阴极电源。该电源设计为AC220V供电，输出负载6的阻值为1.5MΩ。

当电路开始工作时，首先由控制电路8中产生100kHz以上的频率及脉宽的驱动信号进行隔离后，给BUCK电路1中的主开关管V2提供驱动。同时由控制电路8中产生的同频率脉宽的驱动信号进行隔离后给全桥电路2中的开关管V4、V5、V6、V7提供驱动。 

当+300V直流电经BUCK电路1进行降压后，再经全桥电路2高效逆变，与30kV的高频变压器的初级相连接并进行隔离升压，隔离升压后进行二倍压整流电路进行串联叠加，叠加后的电压再经π型滤波电路进行滤波，再与线性稳压电路7串联联接。 

当输入电压变化或负载阻抗发生变化时，控制电路8自动调节主开关管V2的占空比，使输出电压稳定。 

该电源电压维持过程由两个过程组成： 

当电路开始工作时，首先控制电路控制主开关管V2开通，续流二极管V3反偏而截止，输入电压通过储能电感L1向电阻R1供电，同时向滤波电容C1充电，此时储能电感L1内的电流逐渐增加，存储的磁场能量也逐渐增加；其次，经过一定的导通时间后，控制主开关管V2的电位为低电平时，主开关管V2截止，由于储能电感L1的电流无法突变，所以在它的两端产生一个自感应电动势，使续流二极管V3导通，此时储能电感L1把存储的磁场能量传递给电阻R1和滤波电容C1。

总之，本实用新型采用BUCK电路1与全桥电路2相结合作为主电路形式，采用软开关谐振技术减少功率开关管损耗，实现了零电压状态的开关变换，有效解决了高频条件下的开关损耗问题，更好提高了电源的转换效率；滤波电路5中不仅采用π型滤波电路进行滤波，并在π型滤波电路串入线性稳压管，更有效的滤除输出高频纹波；在控制电路8中采用PID控制器双闭环调整，实现阴极高压稳压电源的高精度，低纹波的性能。 

Claims (7)

1.一种高精度的阴极高压电源，其特征在于：包括BUCK电路（1），其输出端与全桥电路（2）的输入端相连，全桥电路（2）的输出端依次通过隔离升压电路（3）、整流电路（4）与滤波电路（5）的输入端相连，滤波电路（5）的输出端分别与负载（6）、线性稳压电路（7）的输入端相连，线性稳压电路（7）的输出端与控制电路（8）的输入端相连，控制电路（8）的输出端分别与BUCK电路（1）、全桥电路（2）的输入端相连。

2.根据权利要求1所述的高精度的阴极高压电源，其特征在于：所述的BUCK电路（1）包括接220V交流电的整流桥V1，整流桥V1的正极与分别与续流二极管V3的阴极、电阻R1和滤波电容C1的并联端相连，整流桥V1的负极与主开关管V2的源极S相连，主开关管V2的漏极分别与续流二极管V3的阳极、储能电感L1的一端相连，储能电感L1的另一端接电阻R1和滤波电容C1的并联端，续流二极管V3的栅极接控制电路（8）的输出端；所述的全桥电路（2）包括开关管V4、V5、V6、V7，开关管V4、V5的基极相连，开关管V6、V7的基极相连，开关管V4、V5、V6、V7的基极均接控制电路（8）的输出端，开关管V4、V6的集电极相联后接BUCK电路（1）的输出端，开关管V4的发射极与开关管V5的集电极相连后接隔离升压电路（3）的输入端，开关管V6的发射极与开关管V7的集电极相连后接隔离升压电路（3）的输入端，开关管V5、V7的发射极相联后接BUCK电路（1）的输出端。

3.根据权利要求1所述的高精度的阴极高压电源，其特征在于：所述的隔离升压电路（3）的输入端与全桥电路（2）的输出端相连，隔离升压电路（3）的输出端与整流电路（4）的输入端相连，整流电路（4）的输出端与滤波电路（5）的输入端相连，所述的整流电路（4）采用全桥整流电路或倍压整流电路。

4.根据权利要求2所述的高精度的阴极高压电源，其特征在于：所述的主开关管V2采用MOS管，所述的开关管V4、V5、V6、V7均为MOS管。

5.根据权利要求2所述的高精度的阴极高压电源，其特征在于：所述的滤波电路（5）包括电阻R2，其一端与整流电路（4）的输出端相连，其另一端与电阻R3、R6串联，电阻R4的一端与整流电路（4）的输出端相连，电阻R4的另一端与电阻R5相连，电容C2的一端接在电阻R2、R3之间，另一端接在电阻R4、R5之间，电阻R5分别与线性稳压管V8的漏极D、线性稳压电路（7）的输入端相连，线性稳压管V8的栅极与线性稳压电路（7）的输入端相连，线性稳压管V8的源极分别与电容C3、电阻R7相连，电阻R6、R7分别与电阻R16、R17相连，电阻R16、R17串联后并接在负载（6）的两端，线性稳压电路（7）的输入端接在电阻R16、R17之间。

6.根据权利要求5所述的高精度的阴极高压电源，其特征在于：所述的线性稳压电路（7）包括运放N1，其正相输入端接可调基准电压Vref1,其反相输入端分别与电容C6、电容C7、电阻R14、电阻R15相连，电容C6与电阻R13串联，电阻R13、电容C7、电阻R14均接运放N1的输出端，运放N1的输出端与线性稳压管V8的栅极G相连，电阻R15接在电阻R16、R17之间，电阻R11与电阻R12串联，电阻R11的一端接线性稳压管V8的漏极D，电阻R12的一端接地。

7.根据权利要求6所述的高精度的阴极高压电源，其特征在于：所述的控制电路（8）包括运放N2，其正相输入端接可调基准电压Vref2，其反相输入端分别与电容C5、电容C4、电阻R8相连，电容C5与电阻R9串联，电阻R9、电容C4、电阻R8均与运放N2的输出端相连，电容C5与电阻R10的一端相连，电阻R10的另一端接在电阻R11、电阻R12之间，运放N2的输出端与PWM芯片的输入端相连，PWM芯片的输出端分别与主开关管V2的栅极G、开关管V4、V5、V6、V7的基极相连。

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