一種高精度高壓模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高精度高壓模塊，不但可以單個模塊制備便攜式高壓電源，也可以通過陣列組合實現(xiàn)多路高壓電源輸出。用于滿足各種科學(xué)儀器或者工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中的高壓電源供給。
【背景技術(shù)】
[0002]高壓電源在關(guān)乎國計民生的各個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。在油煙凈化、空氣凈化，靜電噴涂，半導(dǎo)體制造設(shè)備，真空/等離子處理工藝，各種科學(xué)分析儀器設(shè)備，醫(yī)療學(xué)診斷和治療系統(tǒng)中，都會直接或者間接使用各種高壓電源。尤其是在科學(xué)研究中，粒子加速器、自由電子激光、中子源、回旋加速源器、電容電感脈沖發(fā)生網(wǎng)絡(luò)、Marx高壓脈沖發(fā)生器、電容充電器等都需要各種不同性能指標(biāo)的高壓電源(功率，功耗，紋波等)。
[0003]在核電子學(xué)與核探測器領(lǐng)域，在高能物理實驗、核電子學(xué)與核探測器研制過程中，會使用大量的高精度、大動態(tài)范圍、高穩(wěn)定性的各種高壓電源。
[0004]比如在一些關(guān)鍵器件測試研究過程中，如果發(fā)生高壓組件短路打火的情況，或者高壓電源供電方式不合理，抑或輸出控制方式不當(dāng)，都極易使設(shè)備受損，由此導(dǎo)致設(shè)備和樣管損壞。為此，測試過程中，要合理選擇高壓的工作模式:獨立隔離，共地保護(hù)等。急迫需要一款高穩(wěn)定性，高精度，多路輸出，抗干擾能力強(qiáng)的電源。
[0005]同時，對于一些大型核物理實驗和高能物理實驗，對多路可編程控制高壓電源的要求更高，不但要求對單個高壓通道進(jìn)行可編程邏輯控制，更要求單路高壓性能的穩(wěn)定性和可靠性。
[0006]對于大型陣列高壓輸出電源，其核心元器件就是單路高壓模塊，為此，需要設(shè)計一款高精度高壓模塊電源，以適應(yīng)用戶需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]鑒于現(xiàn)有技術(shù)的狀況及基于科學(xué)研究的需求，提供了一種高精度高壓模塊，使用24V低壓供電電路，通過脈沖振蕩功放電路、升壓變壓器，將24V電壓倍壓為500V的直流高壓，再通過倍壓電路，將其升壓最高可達(dá)5000V的直流高壓輸出，通過特殊額濾波電路，可將整個電路的紋波控制在40mV以內(nèi)。
[0008]本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，所采用的技術(shù)方案是:一種高精度高壓模塊，其特征在于:包括輸入控制電路、比較控制電路、脈沖振蕩功放電路、升壓變壓器、倍壓電路、濾波電路、分壓反饋電路、低壓供電電源，所述輸入控制電路依次通過比較控制電路、脈沖振蕩功放電路、升壓變壓器和倍壓電路與濾波電路連接，所述倍壓電路的輸出通過分壓反饋電路與比較控制電路連接，低壓供電電源與比較控制電路連接；
采用24V低壓電源供電，通過脈沖振蕩功放電路、升壓變壓器，將24V電壓倍壓為500V的直流高壓，再通過多級倍壓電路，將其升壓到最高可達(dá)3000V的直流高壓輸出；通過多級濾波電路，將整個電路的紋波控制在40mV以內(nèi)。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:
1.使用24V低壓供電電路，通過脈沖振蕩功放電路、升壓變壓器，將24V電壓倍壓為500V的直流高壓，再通過倍壓電路，將其升壓最高可達(dá)5000V的直流高壓輸出。
[0010]2.通過特殊的濾波電路，可將整個電路的紋波控制在40mV以內(nèi)。
[0011]3.本發(fā)明可以采用各種小型電子元器件，在保證性能不變的條件下，縮小體積后，多個模塊單元可以組成一個高壓插件，每個插件可以實現(xiàn)2路到16路高壓通道輸出。使用貼片元器件，可以使體積更減小，重量減輕，便于貼片機(jī)大批量生產(chǎn)。
[0012]4.模塊單元化，通過輸入控制電路和模塊控制電路，實現(xiàn)對單個模塊的精確控制。
[0013]5.模塊單元具有可擴(kuò)展性，不但可以單個模塊制備便攜式高壓電源，也可以通過陣列方式組成多路輸出電源。
[0014]總之，高壓體積小巧，抗電磁干擾能力強(qiáng)，輸出紋波低，具有高精度，高穩(wěn)定性，可制備便攜式高壓電源的特點。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的電路連接框圖；
圖2為本發(fā)明的比較控制電路圖；
圖3為本發(fā)明的脈沖振蕩功放電路圖；
圖4為本發(fā)明的升壓變壓器原理圖；
圖5為本發(fā)明的倍壓電路原理圖；
圖6為本發(fā)明的濾波電路原理圖；
圖7為本發(fā)明的分壓反饋電路原理圖；
圖8為本發(fā)明的高壓模塊紋波測試結(jié)果圖；
圖9為本發(fā)明的小高壓模塊紋波測試結(jié)果圖。
【具體實施方式】
[0016]如圖1所示，一種高精度高壓模塊，包括輸入控制電路、比較控制電路、脈沖振蕩功放電路、升壓變壓器、倍壓電路、濾波電路、分壓反饋電路、低壓供電電源。
[0017]電路連接為:輸入控制電路依次通過比較控制電路、脈沖振蕩功放電路、升壓變壓器和倍壓電路與濾波電路連接，倍壓電路的輸出通過分壓反饋電路與比較控制電路連接，低壓供電電源與比較控制電路連接。
[0018]采用24V低壓電源供電，通過脈沖振蕩功放電路、升壓變壓器，將24V電壓倍壓為500V的直流高壓，再通過多級倍壓電路，將其升壓到3000V的直流高壓輸出，通過濾波電路，將整個電路的紋波控制在40mV以內(nèi)。
[0019]如圖2所示，比較控制電路的具體連接為:運(yùn)算放大器Ul的同相輸入端3腳分別接二極管D3的正極、電阻R2、電阻R6的一端，反相輸入端2腳分別接二極管D3的負(fù)極、電阻R3的一端、電容Cl的負(fù)極，電阻R6的另一端接電阻R7的一端，電阻R2、電阻R3的另一端接地，運(yùn)算放大器UI的輸出端6腳分別接電容CI的正極、電阻R 4的一端，運(yùn)算放大器UI的負(fù)電源端4腳接地，電源端7腳分別接二極管D4的負(fù)極、電容C8的一端，電容C8的另一端接地，二極管D4的正極分別接三極管Q2的發(fā)射極及+24V電源，三極管Q2的基極接三極管Q3的集電極，三極管Q3的基極接電阻R4的另一端，三極管Q3的發(fā)射極通過穩(wěn)壓管DZl接地。
[0020]二極管D3、二極管D4主要功能是防止電壓反向，運(yùn)算放大器Ul主要功能是比較輸入信號和輸出信號誤差的作用，通過三極管Q2和三極管Q3起到調(diào)節(jié)加到變壓器原邊電壓的作用。整個電路使用一個5V穩(wěn)壓管DZl，起穩(wěn)定三極管Q2、三極管Q3靜態(tài)工作點的作用，保證輸出信號的穩(wěn)定性。
[0021]二極管D3、二極管D4的具體型號可以是IN4148，但不僅限于此型號，運(yùn)算放大器Ul具體型號可以是CA3140，但不僅限于此型號，三極管Q2和三極管Q3的具體型號可以是BD912，但不僅限于此型號，穩(wěn)壓管DZl的具體型號可以是LM-336，但不僅限于此型號。
[0022]如圖3所示，脈沖振蕩功放電路的具體連接為:升壓變壓器Tl的I腳分別接電阻Rl的一端、電容C3的正極，電容C3的負(fù)極接地，升壓變壓器TI的2腳接三極管QI的集電極，三極管Ql的發(fā)射極接地，三極管Ql的基極接升壓變壓器Tl的3腳，升壓變壓器Tl的4腳通過電阻R5分別接電阻Rl的另一端、電容C2的正極、電阻R9的一端，電阻R9的另一端分別接二極管Dl的正極、二極管D2的負(fù)極，二極管Dl的負(fù)極、二極管D2的正極分別接電容C2的負(fù)極及地。
[0023]該電路的主要功能是通過二極管Dl、二極管D2、電阻Rl和電阻R9、電容C2構(gòu)成脈沖振蕩電路，產(chǎn)生30KHZ左右振蕩脈沖。該振蕩脈沖經(jīng)功放三極管Ql放大到功率為3W左右，然后將此放大后的脈沖提供給升壓變壓器的原邊繞組，以保證升壓變壓器能正常工作。
[0024]二極管Dl、二極管D2的具體型號可以是IN4148，但不僅限于此型號，三極管Ql的具體型號可以是BUT11A，但不僅限于此型號。
[0025]如圖4所示，升壓變壓器可以將原邊繞組24V的低壓脈沖，通過變壓器變換成付邊繞組500V的脈沖信號，達(dá)到電壓升高的目的。
[0026]如圖5所示，倍壓電路的具體連接為:二極管DV1、DV9、DV8、DV7、DV6、DV5、DV4、DV3、DV2、DV1依次串聯(lián)在一起，在二極管DVlO的正極與二極管DV9的負(fù)極之間連接電容CV10，在二極管DV9的正極與二極管DV8的負(fù)極之間連接電容CV9，在二極管DV8的正極與二極管DV7的負(fù)極之間連接電容CV8，在二極管DV7的正極與二極管DV6的負(fù)極之間連接電容CV7，在二極管DV6的正極與二極管DV5的負(fù)極之間連接電容CV6，在二極管DV5的正極與二極管DV4的負(fù)極之間連接電容CV5，在二極管DV4的正極與二極管DV3的負(fù)極之間連接電容CV4，在二極管DV3的正極與二極管DV2的負(fù)極之間連接電容CV3，在二極管DV2的正極與二極管DVl的負(fù)極之間連接電容CV2，二極管DVl的正極連接電容CVl的一端，電容CV17與電容CV18串聯(lián)，電容CV20與電容CV21串聯(lián)，電容CV19與電容CV22串聯(lián)，電容CV23與電容CV24串聯(lián)，電容CV25與電容CV26串聯(lián)，電容CV27與電容CV28串聯(lián)，電容CV17、電容CV20的一端分別連接電容CV10、電感L2的一端及二極管DVlO的正極，電容CV19、電容CV23、電容CV25、電容CV27的一端分別連接電感L2的另一端，電容CV18、電容CV21、電容CV22、電容CV24、電容CV28的一端接地。
[0027]二極管DVl?二極管DV10、電容CVl?電容CVlO組成起倍壓陣列，起到倍壓作用，通過此電路，可將500V左右的脈沖電壓，轉(zhuǎn)變成最大為3KV/0.5mA的直流電壓，增加電