高压开关电源设计方案

时间：2024-05-23 11:20:01

关键字：高压直流开关脉冲调制器

手机看文章

扫描二维码
随时随地手机看文章

[导读]高压直流开关电源是一种能够提供高压直流输出的电源设备。这种类型的电源通常用于特定的应用，如科学研究、工业生产、医疗设备等领域，需要高压直流电源来供电。

1、引言

高压直流开关电源是一种能够提供高压直流输出的电源设备。这种类型的电源通常用于特定的应用，如科学研究、工业生产、医疗设备等领域，需要高压直流电源来供电。

高压直流开关电源通过开关电路来实现对输入电压的调节和转换，从而输出所需的高压直流电压。这种电源通常具有较高的输出电压范围，可以达到数千伏甚至更高的电压水平，以满足特定设备或系统的电力需求。

高压直流开关电源通常需要具有高效率、稳定性和可靠性，以确保设备和系统的正常运行。在一些特殊的应用中，高压直流开关电源是不可或缺的电源设备，为各种设备提供所需的高压直流电源。

2、电路原理

系统原理框图如图1所示。高压电源的输入信号来自220V的交流市电，经整流滤波后与PWM脉冲调制器的输出信号一起驱动高频变压器，通过高频变压器得到的高压电源再经整流滤波后，输出直流高压。输出反馈信号经光电隔离后反馈给脉冲调制器，通过与脉冲调制器中误差放大器的基准电压比较，控制脉冲调制器的输出占空比，以调节输出电压。

图1 系统原理框图

3、电路设计要点

3.1 PWM控制电路

系统采用的PWM调制器为SG3524型号[4]的芯片，电路如图2所示。在芯片的电源信号入口端并联一电容C2构成一个软启动电路。设计软启动电路的目的是防止在电源突然开通时产生的过大电流对芯片造成冲击。在刚通电时，电容两端电压不能突变，它的电压随外部电源对其充电而逐渐升高，经过一段时间后，电路进入正常工作状态。这样保证了输入电压缓慢地建立起来，确保芯片不受损坏。输出电路的开关功率管选用MOS功率管。由于功率管是在高频状态下工作会产生振荡。为了消除这种寄生振荡，应尽量减少与功率管各管脚的连线长度，特别是栅极引线的长度。若无法减少其长度，可以串联小电阻，且尽量靠近管子栅极。图中R3既是功率管的栅极限流电阻，又与R4一起消除功率管工作时产生的寄生振荡。

图2 PWM电路图

3.2 变压器驱动电路

高压变压器驱动电路见图3。

图3 高压变压器驱动电路

驱动电路采用单端驱动工作方式，这种电路简单、工作可靠性高。功率管由来自SG3524芯片的信号驱动。11、14脚的单端并联输出。当SG3524输出高电平时，功率管导通，在电感L中储能;输出低电平时，功率管截止，导致流过电感L上的电流突然下降为零，L产生反电势。该反电势的脉冲电压加在高频变压器的输入端，驱动变压器工作。同时，电感L作变压器的阻抗匹配元件。

由高频变压器输出的交流电压经二极管VD2、VD3进行整流倍压后，再经C2滤波，得到高压输出。

3.3 采样反馈电路

反馈回路中，对输出电压信号的取样，采用在输出端并联电阻，再将高压经电阻串联衰减的方法实现。

R3、R4、RW为电压取样反馈电阻。电压经隔离反馈后，从SG3524芯片的1脚输入，控制占空比，进而调节输出电压，达到稳压的目的。其稳压原理是：若输出电压偏高，采样反馈的信号也偏高，与SG3524中误差放大器的基准电压比较后的电压偏低，导致占空比的宽度变窄，引起输出电压下降;反之亦然。RW是可调电阻，通过调节RW来调节输出电压。

4、性能测试

系统的输出电压通过取样电阻RW来调节，改变可变电阻的值可以改变输出电压。图4是取样电阻RW为20kΩ时的输出电压波形图。由图中可以看出，输出电压从0V上升到5kV的响应时间为0.5s左右，电源系统具有较快的响应速度。同时，由图(b)中的电压波形局部放大图可见，输出电压为5000V时，其最大电压波动小于5%。