[發明專利]寬輸入電壓范圍高負載調整率的小電流輸出高壓電源電路

有效

• 申請號: 201510068468.9
• 申請日: 2015-02-10
• 公開（公告）號: CN104617778B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 郭顯鑫;李烽;王衛國;劉克承;鄭瀚;李堯
• 申請（專利權）人: 蘭州空間技術物理研究所
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M3/337;H02M1/36;H02M7/10
• 代理公司: 北京理工大學專利中心11120
• 代理人: 溫子云,仇蕾安

技術領域

本發明屬于功率電子學領域，具體涉及一種實現寬電壓輸入、高負載調整率的適用于小電流輸出的高壓電源電路。

背景技術

高能物理設備、真空電子設備等，大多要求高電壓、小電流供電，工作電流為微安培數量級，瞬間最大電流為毫安培數量級。這些高能物理、真空電子設備所需的高壓電源的工作電流變化范圍達到2個數量級；要求寬范圍輸入電壓下能夠正常工作，輸入電壓最高值高達最低值的2倍，如此寬范圍的輸出電流、輸入電壓，使得高壓電源的輸出穩定性受到極大挑戰。

本發明是為了滿足空間高能物理設備、真空電子設備等應用研制的高壓電源電路，該電路需要輸出高壓小電流，通常濾波都是LC均值濾波，但對于高壓小電流來說，高壓會導致電感L兩端承受過大的電壓，使其不能實現濾波；小電流導致設計的電感值過大，不能實現；因此LC濾波不適用于高壓小電流。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種實現寬電壓輸入、高負載調整率的適用于小電流輸出的高壓電源電路，能夠提高高壓電源的輸出穩定性。

為了解決上述技術問題，本發明是這樣實現的：

一種實現寬電壓輸入、高負載調整率的適用于小電流輸出的高壓電源電路，其特征在于，包括：輸入濾波電路、Buck電流饋電推挽功率變換電路、消幅電路、Cockcroft-Walton倍壓整流濾波電路、控制電路和第二穩壓采樣電路；

輸入濾波電路對輸入電壓Vin進行濾波；

Buck電流饋電推挽功率變換電路，將經輸入濾波電路處理的輸入電壓Vin’變換成幅值不變、頻率為設定頻率、占空比為設定值的交流脈沖電壓，完成DC/AC變換；

消幅電路，根據來自控制電路的控制信號，將功率變換電路輸出的交流脈沖電壓進行消幅；

Cockcroft-Walton倍壓整流濾波電路，將經消幅處理的交流脈沖電壓整流成高壓輸出，完成AC/DC變換；

第二穩壓采樣電路，采集Cockcroft-Walton倍壓整流濾波電路的高壓輸出V_O，將表征高壓輸出的幅值的電壓信號V₁傳遞給控制電路；

控制電路，根據所述電壓信號V₁，產生控制信號；控制信號表征電壓信號V₁的大小；電壓信號V₁越大，消幅電路的消幅幅度越大，使得輸出的高壓電源的幅度滿足設定的高壓輸出要求。

優選地，所述消幅電路包括二極管D22～二極管D25、MOS管VM6，定義消幅電路的輸入端為A1和A2，輸出端為B1和B2；A1和A2通過變壓器耦合方式從Buck電流饋電推挽功率變換電路獲取交流脈沖電壓，B1和B2通過變壓器耦合方式向Cockcroft-Walton倍壓整流濾波電路輸出經消幅處理的交流脈沖電壓；

二極管D22～二極管D25連接成橋式電路，二極管D22和二極管D24串聯、二極管D23和二極管D25串聯，串聯后的二極管組并聯；其中二極管D22和二極管D23的陽極連接在一起；二極管D22和二極管D24的連接處連接其中一個輸入端A2，二極管D23和二極管D25的連接處連接其中一個輸出端B2，另一輸入端A1直接引出作為另一輸出端B1；二極管D24與二極管D25的連接處接入MOS管VM6的漏極，二極管D22與二極管D23的連接處接入MOS管VM6的源極并接地，MOS管VM6的柵極接控制電路輸出的控制信號。

優選地，所述控制電路包括運算放大器N2A、供電單元、基準電壓提供單元和閉環參數補償單元；

供電單元由整流濾波單元和穩壓單元組成；整流濾波單元通過變壓器耦合方式從Buck電流饋電推挽功率變換電路獲取交流脈沖電壓，采用整流二極管D2對交流脈沖電壓進行整流后采用陶瓷電容器C50進行濾波，然后輸入到穩壓單元和基準電壓提供單元；穩壓單元采用穩壓二極管DZ6對輸入信號進行穩壓處理后，輸入到運算放大器N2A的供電端；

基準電壓提供單元采用電壓基準二極管DZ7對輸入信號進行穩壓處理后，輸入到運算放大器N2A的正輸入端，作為運算放大器N2A的比較閾值；

閉環參數補償單元由電阻R82*～R84*、電容C54*～C56*組成；電阻R83*串聯電容C54*的串聯電路與電阻R82*并聯，獲得的并聯電路一端連接電壓信號V₁，另一端連接運算放大器N2A的負輸入端；同時，電阻R84*串聯電容C56*的串聯電路與電容C55*并聯，獲得的并聯電路作為反饋線路一端作為連接運算放大器N2A的輸出端，另一端連接運算放大器N2A的負輸入端；