專(zhuān)利名稱(chēng)：一種電壓線性上升的高壓電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高壓電源技術(shù)領(lǐng)域，具體地指一種電壓線性上升的高壓電源。
背景技術(shù)：
過(guò)電壓防護(hù)裝置大量用于通信、信 號(hào)等系統(tǒng)中，用于對(duì)感應(yīng)雷電等引起的過(guò)電壓沖擊進(jìn)行限幅保護(hù)，并將雷電流導(dǎo)入地中。為了生產(chǎn)、檢測(cè)、檢定這些裝置的過(guò)壓防護(hù)性能，需要對(duì)這類(lèi)裝置和元器件的防護(hù)導(dǎo)通電壓值進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，以確保其過(guò)壓防護(hù)性能的有效性和參數(shù)的符合性。為了統(tǒng)一和準(zhǔn)確地檢測(cè)這類(lèi)裝置，元器件的防護(hù)導(dǎo)通電壓，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求在被檢裝置或元器件上施加ー種能從很低電壓值(幾伏)為起點(diǎn)，且電壓值按一定的K = V/S速率上升的實(shí)驗(yàn)電壓。由于防護(hù)裝置的性能類(lèi)別不同，要求實(shí)驗(yàn)電壓的上升斜率不同，如100V/S，或者1000V/S，且最高電壓可達(dá)10000V左右。為實(shí)現(xiàn)電壓的上升，在ー些場(chǎng)合采用人工調(diào)節(jié)的方法逐步升高高壓源輸出電壓，利用計(jì)時(shí)器的讀數(shù)來(lái)測(cè)量點(diǎn)火時(shí)刻。此方法準(zhǔn)確性低，誤差較大。對(duì)于上述技術(shù)問(wèn)題，現(xiàn)有的一種改進(jìn)方法是采用RC充電的方式產(chǎn)生斜率近似為線性上升的高壓。其方法是使用高壓源E經(jīng)電阻R向電容C充電，電容兩端的電壓以指數(shù)函數(shù)上升。如果時(shí)間常數(shù)T =RC較大，在一個(gè)時(shí)間常數(shù)的時(shí)間范圍內(nèi)，電容兩端電壓是近似線性上升的。該方法有如下不足I)電壓在上升過(guò)程中的上升速率是變化的，且電壓越高，上升速率越小。2)為保證上升斜率是近似線性的，時(shí)間常數(shù)需要很大，高壓源電壓要求高，電容電阻值需要很高，而且電容耐壓要求高。比如，對(duì)100V/S的速率，達(dá)到10000V時(shí)，t =100s，如上所述，時(shí)間常數(shù)應(yīng)起碼為T(mén) =RC= 100s。按R = IMQ計(jì)算，電容C = IOOii F，且其耐壓應(yīng)為10000V。這些要求造成設(shè)備體積大，成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要提供一種電壓線性上升的高壓電源，該電源的電壓上升速率在電壓上升過(guò)程中為ー個(gè)固定值，不隨電壓變化，且能大幅降低系統(tǒng)對(duì)元器件的要求，減小了電源的體積和成本。為實(shí)現(xiàn)此目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的電壓線性上升的高壓電源，其特征在干它包括基于脈寬調(diào)制的反激式高壓源、斜坡電壓發(fā)生器、電阻分壓取樣模塊和誤差放大器，其中，所述斜坡電壓發(fā)生器的輸出端連接誤差放大器的輸入端，所述誤差放大器輸出端連接基于脈寬調(diào)制的反激式高壓源的輸入端，所述基于脈寬調(diào)制的反激式高壓源的電壓輸出端作為高壓電源輸出，所述高壓電源的電壓輸出端還連接有電阻分壓取樣模塊的輸入端，電阻分壓取樣模塊的輸出端連接誤差放大器的反饋信號(hào)輸入端。所述基于脈寬調(diào)制的反激式高壓源包括脈寬調(diào)制器NI、三極管Tl、變壓器TRl和升壓電路，其中，所述脈寬調(diào)制器NI的同相輸入端2接模擬地AGND，脈寬調(diào)制器NI的反相輸入端I連接誤差放大器的輸出端，脈寬調(diào)制器NI的脈寬調(diào)制信號(hào)輸出端12連接三極管Tl的基極，三極管Tl的發(fā)射極接大地GND，三極管Tl的集電極連接變壓器TRl初級(jí)的一端，變壓器TRl的初級(jí)的另一端連接第一電源VI，變壓器TRl的次級(jí)連接升壓電路。所述升壓電路包括整流ニ極管Dl和濾波電容Cl，其中，所述變壓器TRl的次級(jí)的一端連接整流ニ極管Dl的正極，整流ニ極管Dl的負(fù)極為基于脈寬調(diào)制的反激式高壓源的電壓輸出端，所述整流ニ極管Dl的負(fù)極還通過(guò)濾波電容Cl接模擬地AGND，所述變壓器TRl的次級(jí)的另一端接模擬地AGND。
所述斜坡電壓發(fā)生器包括運(yùn)算放大器N2、積分電容C2、充電電阻Rl和復(fù)位開(kāi)關(guān)SI，其中，所述運(yùn)算放大器N2的同相輸入端接模擬地AGND，運(yùn)算放大器N2的反相輸入端通過(guò)積分電容C2連接運(yùn)算放大器N2的輸出端，所述積分電容C2的兩端之間連接復(fù)位開(kāi)關(guān)SI，所述充電電阻Rl的一端連接運(yùn)算放大器N2的反相輸入端，充電電阻Rl的另一端連接第二電源V2。所述電阻分壓取樣模塊包括電阻R2和電阻R3，其中，電阻R2的一端連接基于脈寬調(diào)制的反激式高壓源的電壓輸出端，電阻R2的另一端通過(guò)電阻R3接模擬地AGND。所述誤差放大器包括運(yùn)算放大器N3、電阻R4和電阻R5，其中，所述運(yùn)算放大器N3的同相輸入端連接所述電阻R2的另一端，運(yùn)算放大器N3的反相輸入端通過(guò)電阻R4連接斜坡電壓發(fā)生器的輸出端，所述運(yùn)算放大器N3的輸出端連接基于脈寬調(diào)制的反激式高壓源的輸入端，運(yùn)算放大器N3的輸出端和反相輸入端之間還連接電阻R5。本發(fā)明的有益效果為I.本發(fā)明利用斜坡電壓發(fā)生器和基于脈寬調(diào)制的反激式高壓源，得到了輸出電壓線性上升的高壓，大幅降低了系統(tǒng)對(duì)元器件的要求，減小了電源的體積和成本。2.本發(fā)明的電壓上升斜率在電壓上升過(guò)程中為ー個(gè)固定值，不隨電壓的變化而變化。3.本發(fā)明的電壓范圍可以從幾伏至10000V。4.本發(fā)明的電壓上升速率可以電路中若干個(gè)參數(shù)調(diào)整。


圖I為本發(fā)明的原理框圖。圖2為本發(fā)明的電路圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步的詳細(xì)說(shuō)明如圖I所示，包括基于脈寬調(diào)制的反激式高壓源、斜坡電壓發(fā)生器、電阻分壓取樣模塊和誤差放大器，其中，所述斜坡電壓發(fā)生器的輸出端連接誤差放大器的輸入端，所述誤差放大器輸出端連接基于脈寬調(diào)制的反激式高壓源的輸入端，所述基于脈寬調(diào)制的反激式高壓源的電壓輸出端連接有電阻分壓取樣模塊的輸入端，電阻分壓取樣模塊的輸出端連接誤差放大器的反饋信號(hào)輸入端。上述技術(shù)方案中，如圖2所示，所述基于脈寬調(diào)制的反激式高壓源包括脈寬調(diào)制器NI、三極管Tl、變壓器TRl和升壓電路，其中，所述脈寬調(diào)制器NI的同相輸入端2接模擬地AGND，脈寬調(diào)制器NI的反相輸入端I連接誤差放大器的輸出端，脈寬調(diào)制器NI的脈寬調(diào)制信號(hào)輸出端12連接三極管Tl的基極，三極管Tl的發(fā)射極接大地GND，三極管Tl的集電極連接變壓器TRl初級(jí)的一端，變壓器TRl的初級(jí)的另一端連接第一電源VI，變壓器TRl的次級(jí)連接升壓電路。本發(fā)明的大地GND為系統(tǒng)中的零電位參考點(diǎn)，一般與系統(tǒng)外殼或交流供電的保護(hù)地相連。模擬地AGND為系統(tǒng)中模擬部分的基準(zhǔn)電位參考點(diǎn)，一般在系統(tǒng)中可能與大地GND相連，也可能不相連，即有別于大地GND零電位。在本發(fā)明中，為保證脈寬調(diào)制器NI工作在最優(yōu)狀態(tài)，其同相輸入端相對(duì)于大地GND的基準(zhǔn)電壓為2. 5V，因此模擬地AGND選取為2.5V。第一電源Vl為T(mén)Rl的初級(jí)儲(chǔ)能輸 入電壓，在系統(tǒng)中為+15V。第一電源Vl的另一端連接大地GND。第二電源V2為控制積分充電電流的可調(diào)電壓源，其電位低于模擬地AGND，比如比模擬地AGND低0. IV，其另一端連接大地GND。上述技術(shù)方案中，所述升壓電路包括整流ニ極管Dl和濾波電容Cl，其中，所述變壓器TRl的次級(jí)的一端連接整流ニ極管Dl的正極，整流ニ極管Dl的負(fù)極為基于脈寬調(diào)制的反激式高壓源的電壓輸出端，所述整流ニ極管Dl的負(fù)極還通過(guò)濾波電容Cl接模擬地AGND，所述變壓器TRl的次級(jí)的另一端接模擬地AGND。上述技術(shù)方案中，當(dāng)三極管Tl導(dǎo)通時(shí)，第一電源給變壓器的初級(jí)儲(chǔ)能充電，此時(shí)變壓器的級(jí)次上負(fù)下正，整流ニ極管Dl反偏，無(wú)法輸出高壓。當(dāng)三極管Tl截止時(shí)，變壓器TRl的級(jí)次由于電壓變?yōu)樯险仑?fù)，整流ニ極管Dl導(dǎo)通，高壓輸出。高壓輸出時(shí)同時(shí)給負(fù)載和濾波電容Cl充電，高壓無(wú)輸出時(shí)，濾波電容Cl與負(fù)載構(gòu)成放電回路，以維持負(fù)載的高壓。上述技術(shù)方案中，所述斜坡電壓發(fā)生器包括運(yùn)算放大器N2、積分電容C2、充電電阻Rl和復(fù)位開(kāi)關(guān)SI，其中，所述運(yùn)算放大器N2的同相輸入端接模擬地AGND，運(yùn)算放大器N2的反相輸入端通過(guò)積分電容C2連接運(yùn)算放大器N2的輸出端，所述積分電容C2的兩端之間連接復(fù)位開(kāi)關(guān)SI，所述充電電阻Rl的一端連接運(yùn)算放大器N2的反相輸入端，充電電阻Rl的另一端連接第二電源V2。上述技術(shù)方案中，所述電阻分壓取樣模塊包括電阻R2和電阻R3，其中，電阻R2的一端連接基于脈寬調(diào)制的反激式高壓源的電壓輸出端，電阻R2的另一端通過(guò)電阻R3接模擬地AGND。上述技術(shù)方案中，所述誤差放大器包括運(yùn)算放大器N3、電阻R4和電阻R5，其中，所述運(yùn)算放大器N3的同相輸入端連接所述電阻R2的另一端，運(yùn)算放大器N3的反相輸入端通過(guò)電阻R4連接斜坡電壓發(fā)生器的輸出端，所述運(yùn)算放大器N3的輸出端連接基于脈寬調(diào)制的反激式高壓源的輸入端，運(yùn)算放大器N3的輸出端和反相輸入端之間連接電阻R5。本發(fā)明的工作原理為斜坡電壓發(fā)生器由基于運(yùn)算放大器N2的積分電路產(chǎn)生一個(gè)上升速率固定的斜坡電壓U1，并將Ul接至誤差放大器中運(yùn)算放大器N3的反相輸入端?；诿}寬調(diào)制的反激式高壓源輸出高壓U0，經(jīng)電阻分壓取樣模塊得到分壓電壓U3，并將分壓電壓U3接至誤差放大器中運(yùn)算放大器N3的同相輸入端。誤差放大器的輸出U2接至脈寬調(diào)制器NI的反相輸入端?；诿}寬調(diào)制的反激式高壓源通過(guò)分壓取樣和誤差放大形成負(fù)反饋，使得Ul線性上升時(shí)高壓源能自動(dòng)調(diào)控制脈寬使高壓輸出也線性上升。本發(fā)明中的斜坡電壓發(fā)生器工作原理如下在初始狀態(tài)，由于虛短，運(yùn)算放大器N2的反相輸入端為模擬地AGND。復(fù)位開(kāi)關(guān)SI閉合，將積分電容C2兩端的電荷全部釋放棹。斜坡電壓發(fā)生器的輸出電壓Ul此時(shí)等于AGND。復(fù)位結(jié)束之后，復(fù)位開(kāi)關(guān)SI打開(kāi)，開(kāi)始向積分電容C2充電。積分電容C2的充電電流，I $，等于流過(guò)充電電阻Rl的電流，為I!其中第二電源V2為控制積分充電電流的可調(diào)電壓源，其負(fù)極接大地 GND。
可以看到，積分電容C2的充電電流為ー個(gè)恒定值。積分電容C2積累的電荷Q與充電電流，其兩端的電壓Ul和充電時(shí)間有如下關(guān)系
權(quán)利要求
1.一種電壓線性上升的高壓電源，其特征在于它包括基于脈寬調(diào)制的反激式高壓源、斜坡電壓發(fā)生器、電阻分壓取樣模塊和誤差放大器，其中，所述斜坡電壓發(fā)生器的輸出端連接誤差放大器的輸入端，所述誤差放大器輸出端連接基于脈寬調(diào)制的反激式高壓源的輸入端，所述基于脈寬調(diào)制的反激式高壓源的電壓輸出端作為高壓電源輸出，所述高壓電源的電壓輸出端還連接有電阻分壓取樣模塊的輸入端，電阻分壓取樣模塊的輸出端連接誤差放大器的反饋信號(hào)輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電壓線性上升的高壓電源，其特征在于所述基于脈寬調(diào)制的反激式高壓源包括脈寬調(diào)制器NI、三極管Tl、變壓器TRl和升壓電路，其中，所述脈寬調(diào)制器NI的同相輸入端(2)接模擬地AGND，脈寬調(diào)制器NI的反相輸入端(I)連接誤差放大器的輸出端，脈寬調(diào)制器NI的脈寬調(diào)制信號(hào)輸出端(12)連接三極管Tl的基極，三極管Tl的發(fā)射極接大地GND，三極管Tl的集電極連接變壓器TRl初級(jí)的一端，變壓器TRl的初級(jí)的另一端連接第一電源VI，變壓器TRl的次級(jí)連接升壓電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電壓線性上升的高壓電源，其特征在于所述升壓電路包括整流二極管Dl和濾波電容Cl，其中，所述變壓器TRl的次級(jí)的一端連接整流二極管Dl的 正極，整流二極管Dl的負(fù)極為基于脈寬調(diào)制的反激式高壓源的電壓輸出端，所述整流二極管Dl的負(fù)極還通過(guò)濾波電容Cl接模擬地AGND，所述變壓器TRl的次級(jí)的另一端接模擬地AGND。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電壓線性上升的高壓電源，其特征在于所述斜坡電壓發(fā)生器包括運(yùn)算放大器N2、積分電容C2、充電電阻Rl和復(fù)位開(kāi)關(guān)SI，其中，所述運(yùn)算放大器N2的同相輸入端接模擬地AGND，運(yùn)算放大器N2的反相輸入端通過(guò)積分電容C2連接運(yùn)算放大器N2的輸出端，所述積分電容C2的兩端之間連接復(fù)位開(kāi)關(guān)SI，所述充電電阻Rl的一端連接運(yùn)算放大器N2的反相輸入端，充電電阻Rl的另一端連接第二電源V2。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電壓線性上升的高壓電源，其特征在于所述電阻分壓取樣模塊包括電阻R2和電阻R3，其中，電阻R2的一端連接基于脈寬調(diào)制的反激式高壓源的電壓輸出端，電阻R2的另一端通過(guò)電阻R3接模擬地AGND。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電壓線性上升的高壓電源，其特征在于所述誤差放大器包括運(yùn)算放大器N3、電阻R4和電阻R5，其中，所述運(yùn)算放大器N3的同相輸入端連接所述電阻R2的另一端，運(yùn)算放大器N3的反相輸入端通過(guò)電阻R4連接斜坡電壓發(fā)生器的輸出端，所述運(yùn)算放大器N3的輸出端連接基于脈寬調(diào)制的反激式高壓源的輸入端，運(yùn)算放大器N3的輸出端和反相輸入端之間還連接電阻R5。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種電壓線性上升的高壓電源，其特征在于它包括基于脈寬調(diào)制的反激式高壓源、斜坡電壓發(fā)生器、電阻分壓取樣模塊和誤差放大器，其中，所述斜坡電壓發(fā)生器的輸出端連接誤差放大器的輸入端，所述誤差放大器輸出端連接基于脈寬調(diào)制的反激式高壓源的輸入端，所述基于脈寬調(diào)制的反激式高壓源的電壓輸出端連接有電阻分壓取樣模塊的輸入端，電阻分壓取樣模塊的輸出端連接誤差放大器的反饋信號(hào)輸入端。本發(fā)明利用斜坡電壓發(fā)生器和基于脈寬調(diào)制的反激式高壓源，得到了輸出電壓線性上升的高壓，大幅降低了系統(tǒng)對(duì)元器件的要求，減小了電源的體積和成本。
文檔編號(hào)H02M3/156GK102629828SQ20121008758
公開(kāi)日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2012年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月29日
發(fā)明者胡學(xué)軍, 胡曉暉 申請(qǐng)人:武漢市康達(dá)電氣有限公司