高壓開關電源設計方案

時間：2024-05-23 11:20:01

關鍵字：高壓直流開關脈沖調制器

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[導讀]高壓直流開關電源是一種能夠提供高壓直流輸出的電源設備。這種類型的電源通常用于特定的應用，如科學研究、工業(yè)生產、醫(yī)療設備等領域，需要高壓直流電源來供電。

1、引言

高壓直流開關電源是一種能夠提供高壓直流輸出的電源設備。這種類型的電源通常用于特定的應用，如科學研究、工業(yè)生產、醫(yī)療設備等領域，需要高壓直流電源來供電。

高壓直流開關電源通過開關電路來實現對輸入電壓的調節(jié)和轉換，從而輸出所需的高壓直流電壓。這種電源通常具有較高的輸出電壓范圍，可以達到數千伏甚至更高的電壓水平，以滿足特定設備或系統(tǒng)的電力需求。

高壓直流開關電源通常需要具有高效率、穩(wěn)定性和可靠性，以確保設備和系統(tǒng)的正常運行。在一些特殊的應用中，高壓直流開關電源是不可或缺的電源設備，為各種設備提供所需的高壓直流電源。

2、電路原理

系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。高壓電源的輸入信號來自220V的交流市電，經整流濾波后與PWM脈沖調制器的輸出信號一起驅動高頻變壓器，通過高頻變壓器得到的高壓電源再經整流濾波后，輸出直流高壓。輸出反饋信號經光電隔離后反饋給脈沖調制器，通過與脈沖調制器中誤差放大器的基準電壓比較，控制脈沖調制器的輸出占空比，以調節(jié)輸出電壓。

圖1 系統(tǒng)原理框圖

3、電路設計要點

3.1 PWM控制電路

系統(tǒng)采用的PWM調制器為SG3524型號[4]的芯片，電路如圖2所示。在芯片的電源信號入口端并聯一電容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芯片造成沖擊。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，經過一段時間后，電路進入正常工作狀態(tài)。這樣保證了輸入電壓緩慢地建立起來，確保芯片不受損壞。輸出電路的開關功率管選用MOS功率管。由于功率管是在高頻狀態(tài)下工作會產生振蕩。為了消除這種寄生振蕩，應盡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，且盡量靠近管子柵極。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蕩。

圖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

驅動電路采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芯片的信號驅動。11、14腳的單端并聯輸出。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。該反電勢的脈沖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管VD2、VD3進行整流倍壓后，再經C2濾波，得到高壓輸出。

3.3 采樣反饋電路

反饋回路中，對輸出電壓信號的取樣，采用在輸出端并聯電阻，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。電壓經隔離反饋后，從SG3524芯片的1腳輸入，控制占空比，進而調節(jié)輸出電壓，達到穩(wěn)壓的目的。其穩(wěn)壓原理是：若輸出電壓偏高，采樣反饋的信號也偏高，與SG3524中誤差放大器的基準電壓比較后的電壓偏低，導致占空比的寬度變窄，引起輸出電壓下降;反之亦然。RW是可調電阻，通過調節(jié)RW來調節(jié)輸出電壓。

4、性能測試

系統(tǒng)的輸出電壓通過取樣電阻RW來調節(jié)，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(tǒng)具有較快的響應速度。同時，由圖(b)中的電壓波形局部放大圖可見，輸出電壓為5000V時，其最大電壓波動小于5%。