能够产生连续电弧的1kV电源

设计一种能够产生连续电弧的高压开关电源可能是具有挑战性的。这种小巧高效的开关电源在输出功率为 20W 时可输出 1kV电压，并能耐受连续电弧（即短路）（图 1）。它使用标准的市售元件。使用R1将开关稳压控制器LTC1871设定在120kHz的额定工作频率。该电路像间断式回扫电路一样工作，在 C1上产生 333V 电压。二极管/电容器电荷泵倍增器把该电压升高到三倍，在输出端产生1000V 电压。图 2 示出了该电路产生的开关波形。当初级开关 Q1 导通时，输出整流器被反向偏置，能量存储于变压器 T1 中。当 Q1 截止时，能量传输到次级线圈，C2 和 C3 通过整流器提高输出电压。初级电压升高，并通过变压器和整流器 D1 箝位为C1上的电压。变压器耦合良好，所以漏电感几乎不会造成电压尖脉冲。跨接在初级线圈上的小型 RC阻尼器可衰减阻尼振荡，并降低 EMI（电磁干扰）。

为了起到限流保护作用，图 1 所示电路包含两个有源电路和一个无源元件。电流检测电阻器 R2 上的电压把峰值初级电流限制在 7.5A。Q2起次级限流作用。请注意 图2中波形2的电流上升前沿上的凸起。该凸起与波形 4 中 R3 两端电压正偏移一致，它是 C2 和 C3 的刷新电流。当电路过载时，这一电流凸起大得足以增强 Q2，从而折返负载电流（图 3）。硬短路造成的功率耗散相对较低。不用Q2来进行次级限流的 ，就 会导致短路电流和内部功耗大大增加，从而导致初级开关 Q1失效。R4为电源提供负载阻抗。

该负载有助于限制倍增器电容器和二极管中的峰值电流应力。不要降低 R4的额定功率，因为连续弧期间的功耗可能很大。假如 R4未能断开，反馈电路就会强制进行一个完整的工作周期，带来灾难性后果。R4的值太低可能招致电路烧毁和数小时的调试工作。电弧是最令人紧张的，输出电容器不断地充电和放电（图 4）。作为最终的品质因数，电路的效率很高（图 5）。在 12V 输入电压和 20W 满负载时，效率达到 87.3%，并在 24W 过载时升高到 87.7%。

那么，该电路适合哪些应用呢？也许适用于电池供电的灭虫器。并且，正如把火线掠过接地的档案柜一样，这是一种很棒的工具，可以用来使生产车间里收听调幅电台的人听不清节目。该电路大概还不能提供足够大的能量，无法用作等离子体切割机的离子发生器，但我认识的一位工程师愿意试一试。该电路的一个老版本使用了单片开关电源，并使用了适合于香蕉形插接件的材料，能产生明亮的橙色光和足够的热量（还有大量的臭氧），从而引发将它用作灭火器想法。

作者:Robert Sheehan，Linear Technology，Milpitas，CA