[發明專利]一種可快速放電并連續調節電壓的小型高壓電源模塊

有效

• 申請號: 201410336140.6
• 申請日: 2014-07-15
• 公開（公告）號: CN104104233B
• 公開（公告）日: 2017-04-19
• 發明（設計）人: 李鐵風;翟志鵬;李銘全;邱一葦;饒平;李馳
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02M3/44
• 分類號: H02M3/44;H01H9/54
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司33100
• 代理人: 劉曉春

技術領域

本發明屬于高壓電源技術領域，具體涉及一種可快速放電并連續調節電壓的小型高壓電源模塊。

背景技術

目前的小型高壓電源的高壓電路常常采用市電接入，變壓器升壓加倍壓整流方式進行升壓整流，通過調節方波占空比和倍壓級數兩種方式調節高壓輸出，但是在降壓調壓時，當輸出是電容性負載，常常采用的倍壓整流方式存在放電困難的缺陷，負載采用并聯電阻方式進行放電降壓時所需放電周期較長。

在體積和重量有限制的場合，電源一般采用開關電源而不采用線性電源。線性電源體積大，笨重，一般不適合重量輕體積小的場合。開關電源對輸出電壓的調節，無論高壓還是低壓電源，習慣上均采用純電子調節的方式。一般通過電源的控制器件經輸出電壓的反饋調節有源功率器件占空比實現。其原因主要在于電子器件輕小，電子調節的速度也很快，性能好。習慣上電源對輸出電壓的調節不用機械元件，其中一個重要的原因習慣上認為機械元件質量比較大，有慣性，相對于電子調節，反應速度慢，體積和重量也比較大。

功能軟材料柔性器械是一種利用功能軟材料(soft active material,SAM)的電致變形特性，把電能轉換為機械能，通過外加電壓的作用，使材料產生機械變形來實現器械或設備的運動。功能軟材料柔性器械對外加電源的要求是能連續可調的高壓電，最高電壓可達到直流2000V以上，毫秒級的放電速度，功耗小，體積小，重量輕，便于移動。

將目前常用的小型連續可調高壓電源應用在科研領域的功能軟材料柔性器械上將出現以下問題：

1、功能軟材料柔性器械通常為電容性負載裝置，工作狀態下正負極之間幾乎無電流。現有高壓電源通常通過千兆歐電阻進行高壓放電，放電時間長，達到秒級，常需要幾秒甚至十幾秒的時間，由于功耗體積的限制，電阻又不能取太小，與功能軟材料柔性器械配合使用導致響應過于緩慢。功能軟材料柔性器械要求毫秒級的放電速度，一般不超過幾百毫秒，所以現有高壓電源無法適應功能軟材料柔性器械的響應和工作頻率的要求。

2、功能軟材料柔性器械要求具有自由移動的功能特性，接地的放電方式和市電電源的接入都無法滿足其自身工作要求。

3、現有高壓電源采用開關電源的習慣性做法，采用純電子調節的方式。由于輸出是直流2000V以上的高壓電，在這個工作范圍 ，會面臨電子器件上的障礙。由于電子器件技術水平的限制，工作電壓在2000V以上的器件制造困難，特別是半導體器件，體積重量都比較大，價格昂貴，制造廠商很少，可選擇的范圍非常小甚至沒有，并且難以取得。導致滿足功能軟材料柔性器械的高壓電源實現非常困難。

功能軟材料柔性器械是一門新興的技術，有巨大的發展空間，解決功能軟材料柔性器械的電源問題對這門技術的發展有重要意義。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對傳統高壓電源無法滿足小型功能軟材料柔性器械等電容型負載工作需要的不足，為小型功能軟材料柔性器械等電容型負載提供一種輕量化，小型化，低功耗，不限制負載的自由移動，輸出能快速放電降壓，而且輸出能連續調壓的高壓電源模塊。

本發明是這樣實現的，一種可快速放電并連續調節電壓的小型高壓電源模塊，包括有：

輸入端口、功率開關模塊、脈沖變壓器、倍壓整流電路、電壓輸出端、控制電路、隔離驅動模塊、反饋分壓電路、機械開關模塊；

輸入端口，與功率開關模塊相連接，用于為功率開關模塊提供輸入電壓；

功率開關模塊，分別與所述的隔離驅動模塊和所述的脈沖變壓器相連接，受來自隔離驅動模塊的開關驅動信號控制，將來自輸入端口的輸入電壓變換為高頻開關信號輸出到脈沖變壓器；

脈沖變壓器，分別與所述的功率開關模塊和所述的倍壓整流電路相連接，用于將來自功率開關模塊的高頻開關信號隔離放大輸出到倍壓整流電路；

倍壓整流電路，分別與所述的脈沖變壓器和所述的電壓輸出端相連接，用于將來自脈沖變壓器的信號進行倍壓，升壓到所需要的電壓整流輸出到電壓輸出端；

電壓輸出端，分別與所述的倍壓整流電路、所述的機械開關和所述的反饋分壓電路相連接，用于輸出最終電壓信號；

反饋分壓電路，分別與所述的電壓輸出端和控制電路相連接，用于將所述的電壓輸出端的電壓信號反饋給所述的控制電路，實現所述的高壓電源模塊輸出電壓的穩壓調節；