一种开关型高压直流电源的设计

作者：   发布日期：2016-07-06 22:42   信息来源：http://www.ygelc.com/

一种开关型高压直流电源的设计

王寅平

提出一种脉宽调压式功率管-LC高压直流电源的电路设计。由脉宽调制\电路输出方波脉冲驱动开关功率管-LC电路,使其发生高频功率振荡;经由过程调谐脉冲宽度控制输出高压;设计同步脉冲反馈电路,迫使驱动电路的脉冲频率与LC谐振同步,从而提高输出效率和脉宽调谐能力,实现年夜功率输出。

　　关头词：高压直流；PWM；同步脉冲

ADesignofHighVoltageDCPowerSourcewithHighFrequencyRectification

WangYinping

Abstract：Thethesisputforwardsadesignofelectriccircuitswhichcangethigh-poweroutputofhighvoltageDC.Thecircuitsincludepulsewidthmodulation(PWM)circuit，synchronizationcircuit，LCcircuitandpowerswitchtransistorsetc.TheoutputofPWMplusessynchronizedbyfeedbacksignalsdrivethetransistorsandLCcircuittogetpowerplusesoutput.

Keywords：HighvoltageDC;PWM;Synchronizationpluses

1　前言
　　高压直流电源凭据其电流变换方式凡是可分为AC/DC和DC/DC变换两种类型^[1]。AC/DC变换是直接经由过程电源变压器将工频交流电升压,经高压硅堆整流后发生高压直流输出,采用可控硅控制和调压,经由过程对可控硅的移相触发控制,改变输进真个交流电压,从而实现对输出电压的控制。这类高压电源输出功率年夜,主要运用于工业方面。DC/DC变换的高压电源,即功率管-LC振荡式高压电源,其基来源根基理是建立在开关器件对输进直流进行斩波的根蒂根基上。用脉冲变压器和高压整流器件将LC电路发生的高频脉冲升压整流成高压直流。此类电源因其体积小,获得静电高压容易而运用于一些方面,但又因其输出功率小,效率低,稳定性欠好等缘由限制了它的使用范围。
　　功率管-LC振荡式高压直流电源，凡是由两个部门组成:
　　一部门是功率电路,用于发生LC振荡和高压功率输出;
　　另外一部门是驱动电路,它发生一定频率和脉宽的驱动脉冲,驱动功率管的导通和截止。
　　今朝这类高压电源的主要问题在于:
(1)驱动脉冲与LC谐振分歧步，使功率管的功率消耗增年夜;
(2)功率管工作于非开关状态，如工作于谐波状态而使功率管的功率消耗较年夜;
(3)采用谐波反馈驱动使输出的稳定性受谐波畸变的影响较年夜;
　　(4)调压方式是调谐电路的直流电压,而调压器件的额定功率限制了年夜功率输出的可能。
　　为解决这些问题本文提出响应的电路设计,其基来源根基理是:采用脉宽调制(PWM)方式控制高压直流输出;划分向功率电路与驱动电路提供电源,使功率电路的输进功率额度不受限制。为此本文中的驱动电路设计包括了实现响应功能的电路:振荡电路——它发生频率小于LC谐振频率的锯齿波,向功率电路提供驱动旌旗灯号;同步脉冲电路——它经由过程比力功率管集电真个电压而发生同步脉冲旌旗灯号,强制振荡器与LC谐振同步;脉宽调制电路和驱动功放电路——它将锯齿波转换成方波脉冲输出并可调谐脉冲宽度以驱动功率电路中功率管的饱和导通和截止，调控饱和导通时间。

2　驱动电路
　　驱动电路由振荡器、同步脉冲电路、PWM电路和脉冲功放电路等功能模块组成,电路基来源根基理，如图1所示，IC₁～IC₃是3个电压比力器,输出端为集电极开路。IC₂、D₂、C₂和R₂₁～R₂₅等组成锯齿波振荡电路。E₁是用小功率电源变压器、桥式整流器和整流电容等组成的低压直流电源的电压,但未经切确的集成稳压,是以可保证其与工频交流电网电压的幅值变化呈线性关系。以E₁作为经R₂₁和R₂₂(R₂₁>>R₂₂)向C₂充电电源,E₁经集成稳压后E(E<E₁)为驱动电路电源。充电时,当C₂端电压u_C年夜于R₂₃和R₂₄之间分压u₂时,IC₂输出低电平,C₂经由过程R₂₂,D₂放电,电压u_C下降。当u_C下降到R₂₃和R′₂₄(R′₂₄为R₂₄与R₂₅的并联值)之间的分压u′₂₂时,IC₂输出截止。E₁经R₂₁,R₂₂再次向C₂充电,如斯频频,u_C周期性变化,其周期为T。

图1　驱动电路简图

式中　
　　　
　　在E₁与u′₂相比力年夜的情况下,C₂真个电压波动是较理想的锯齿波,T近似为

(1)

IC₃为PWM电路的焦点元件,其‘ ’端输进电压为u₃,可调。当u_C<u₃时,IC₃输出高电平,当u_C>u₃时,IC₃输出低电平,锯齿波的输进使IC₃输出方波脉冲,经由过程调u₃可线性调谐脉冲宽度t₀,

(2)

IC₁、D₁、C₁、BG₁、BG₂和R₁₁～R₁₆等组成同步脉冲电路。D₁是耐压快恢复二极管,它的P极与功率电路中功率管的集电端毗连。当功率管截止,在LC电路振荡的第一波的正脉冲事后,功率管的集电端电压UX降到小于IC₁负输进端基准电压u₁₁时,IC₁输出低电平,经R₁₂,C₁微分发生一尖脉冲,经BG₁放年夜后触发BG₂饱和导通,使C₂迅速放电。由于振荡器固有频率小于LC谐频,在同步脉冲电路工作时,C₂不再经过R₂₂、D₂放电,而是经由过程BG₂饱和导通放电,此时振荡器与LC谐振同步,IC₃输出同步驱动脉冲。图2(a)为同步前u_C的波形;图2(b)是U_X的波形;图2(c)是同步后u_C的波形。

图2　同步前后锯齿波形与LC电路X点的脉冲波形

2功率电路
　　基本电路，如图3(a)。功率电路的电源为E₀,可直接从工频交流电桥式整流获得。功率管BG的基极接驱动电路输出端,驱动电路输出正方波脉冲时,BG饱和导通,流过L的电流迅速增年夜,当其截止时,LC发生串联谐振,BG集电端X点对地发生较高电压脉冲,当该脉冲电压降回到零四周时,BG集电端经由过程二极管D₁向同步脉冲电路反馈一负脉冲,促使驱动电路再次输出正方波脉冲,使BG再次饱和导通,如斯脉冲变压器只将BG关断后LC串联谐振所发生的第一波的正脉冲升压输出。在BG导通的t₀时间内,线圈L上发生磁化电流i₀，BG截止后,LC电路在初始电流i

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