便攜式小型高壓開關(guān)電源設(shè)計(jì)分析

摘 要 隨著科技的進(jìn)步，高壓直流電源廣泛用于光學(xué)儀器、醫(yī)療、激光等設(shè)備。傳統(tǒng)的直流高壓電源電路中的電源變換效率低，體積和重量大，不能保證使用效果。為此，本文對(duì)高壓開關(guān)電源進(jìn)行改良，將電源的核心部分設(shè)置成高頻逆變單元，引入SCR單端逆變技術(shù)，并通過高壓測(cè)量單元和倍壓整流單元構(gòu)成的升壓電路，實(shí)現(xiàn)高壓電源的高效率的變換、升壓及電壓控制。

【關(guān)鍵詞】便攜式 小型 高壓 開關(guān)電源 設(shè)計(jì)

技術(shù)的進(jìn)步帶動(dòng)了高壓電源的項(xiàng)目發(fā)展，高壓開關(guān)電源是新興的科技型電源，主要的設(shè)計(jì)原理和應(yīng)用憑據(jù)就是電源逆變技術(shù)，特點(diǎn)就在于具有相應(yīng)的動(dòng)靜態(tài)特性以及節(jié)能性。

1 高壓電源

1.1 高壓電源內(nèi)涵分析

高壓電源，主要分為直流高壓電源以及交流高壓電源。其中，直流高壓電源主要分為線性高壓電源以及開關(guān)型調(diào)整高壓電源。傳統(tǒng)的線性高壓電源主要工作范圍在工頻區(qū)，雖然能達(dá)到一定的穩(wěn)定度，但是由于其功率器件的線性條件，就導(dǎo)致其工作頻率不能過高，相對(duì)應(yīng)的功率損耗也非常大。而高壓開關(guān)電源利用的最新型的變頻技術(shù)，能有效規(guī)避相應(yīng)的問題，在提升功率實(shí)用效率的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了功率的最優(yōu)化使用。

1.2 高壓電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理

高壓電源系統(tǒng)在運(yùn)行過程中主要依賴的是五項(xiàng)基本的參數(shù)和項(xiàng)目，其中包括輔助電源、逆變單元結(jié)構(gòu)、倍壓整流單元結(jié)構(gòu)、脈沖振蕩控制單元結(jié)構(gòu)以及脈沖振蕩控制單元結(jié)構(gòu)。具體的結(jié)構(gòu)見圖1。

在對(duì)實(shí)際電路設(shè)計(jì)的過程中，要針對(duì)電源主電路工作原理進(jìn)行有效的分析，具體的電路原理見圖2。

如圖3所示，主要的逆變電路主要由IRFP450以及高頻變壓器T組成，而周圍的脈沖振蕩電路則是由脈寬調(diào)制結(jié)構(gòu)TL494以及元件構(gòu)成，為了能夠更好的調(diào)節(jié)脈寬，必須要重視脈寬調(diào)節(jié)控制，也就是PWM，通過微處理器將數(shù)字輸出，再對(duì)相關(guān)模擬電路加以控制，同時(shí)，還要優(yōu)化通信功率控制工作，進(jìn)而提升領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用效率。并且，系統(tǒng)中倍壓整流電路的基礎(chǔ)運(yùn)行模式是半壁逆對(duì)稱式，在電源電路原理圖中R5以及R6是測(cè)量電阻數(shù)值以及負(fù)載電阻數(shù)值的元件。

2 高壓電源開關(guān)控制保護(hù)原理以及性能測(cè)試

2.1 高壓電源開關(guān)控制及保護(hù)電路原理

高壓電源的開關(guān)控制和保護(hù)原理，主要是針對(duì)高壓電源整體的電壓進(jìn)行有效的輸出和保護(hù)，要求對(duì)電壓進(jìn)行集中的采樣，并通過相應(yīng)的反饋電路去控制相應(yīng)震蕩模塊，有效的保護(hù)和管理實(shí)際元件中相應(yīng)的輸入電壓、顯示電壓以及控制電壓。在建立相應(yīng)的結(jié)構(gòu)時(shí)，能保證通過高頻變壓器進(jìn)行高壓的輸出。并對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行集中取樣，利用電流信號(hào)進(jìn)行電阻取樣，并且保證將負(fù)載電流及時(shí)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。

2.2 高壓電源開關(guān)性能測(cè)試

2.2.1 高壓電源開關(guān)性能測(cè)試之特性測(cè)試

要保證對(duì)正常負(fù)載情況的電流以及電壓進(jìn)行有效的特性測(cè)試，保證對(duì)其頻率、輸出電壓、輸出電流、輸入電壓以及工作效率進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)收集和匯總，例如：頻率為9.26的情況下，輸入電壓10.20V、輸出電壓18.00kV、輸出電流0.17mA；輸入電壓20.50V、輸出電壓41.40kV、輸出電流0.40mA。前者的工作效率為62.2%，后者的效率為77.2%，效率明顯升高，并且若是相應(yīng)數(shù)值繼續(xù)增大，則效率呈現(xiàn)出的也是正比例趨勢(shì)。

2.2.2 高壓電源開關(guān)性能測(cè)試之關(guān)鍵點(diǎn)波形測(cè)試

在進(jìn)行此測(cè)試時(shí)，相應(yīng)的管理人員要集中關(guān)注陽極電壓波形以及觸發(fā)脈沖，對(duì)相應(yīng)波形進(jìn)行分析的過程中，強(qiáng)化整體變壓器電壓波形的運(yùn)行機(jī)制。

2.2.3 高壓電源開關(guān)性能測(cè)試之紋波系數(shù)測(cè)試

對(duì)于紋波系數(shù)的研究就要建立有效的公式，并且按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)際情況建立相應(yīng)的換算機(jī)制，要滿足輸出電壓的紋波系數(shù)公式，

。

2.2.4 高壓電源開關(guān)性能測(cè)試之電源帶負(fù)載能力測(cè)試

對(duì)于高壓電源來說。其負(fù)載能力是最基本的技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)，相應(yīng)的管理人員要建立集中的管理機(jī)制和管理措施，保證對(duì)其相應(yīng)的負(fù)載電阻功率建立合理化的元件要求，若是利用功率為10W，而阻值為5MΩ的電阻，建立相應(yīng)的研究模型，就能直接測(cè)算相應(yīng)的模擬負(fù)載，利用相應(yīng)的方式對(duì)整體電源的負(fù)載能力進(jìn)行集中的測(cè)試，再與輸出特性進(jìn)行有效的比較。

2.3 小型高壓電源開關(guān)測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在系統(tǒng)運(yùn)行開始之后，相應(yīng)的設(shè)備在要對(duì)輸出電壓以及步長(zhǎng)值進(jìn)行集中的給定，并且建立相應(yīng)的項(xiàng)目分析機(jī)制，以實(shí)現(xiàn)有效的信息處理匯總，從而建立有效的輸入顯示，保證相應(yīng)管理人員能及時(shí)了解整體結(jié)構(gòu)的運(yùn)行情況。然后要進(jìn)行相應(yīng)的PID調(diào)節(jié)，保證對(duì)數(shù)值進(jìn)行集中的處理和分析，然后通過D/A輸出，直接作用于相應(yīng)的設(shè)備上，保證高壓發(fā)生電路能對(duì)A/D進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，利用過壓電流進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)判斷，若是顯示相應(yīng)值，則利用報(bào)警顯示直接連接相應(yīng)設(shè)備，若是顯示值不同，則通過輸出顯示回復(fù)到PID調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，只有保證相應(yīng)的項(xiàng)目運(yùn)行負(fù)荷系統(tǒng)主程序流程，才能保證分析的結(jié)構(gòu)具有相應(yīng)的實(shí)效性。

本文以12支100MΩ的電阻串聯(lián)為例，建立相應(yīng)高壓環(huán)境，負(fù)載電阻則是10支10MΩ的電阻串聯(lián)，在進(jìn)行測(cè)試后，對(duì)電壓和電流的關(guān)系進(jìn)行集中的分析。并且結(jié)合電壓波紋系數(shù)公式進(jìn)行有效的測(cè)算，可以得出相應(yīng)的數(shù)值結(jié)論，若是整體系統(tǒng)的實(shí)際負(fù)載情況正常，在利用電壓和電流相應(yīng)關(guān)系的過程中，電源能實(shí)現(xiàn)有效的連續(xù)可調(diào)，并且保證輸出電流維系在0-1mA，而相應(yīng)的波紋系數(shù)就要保證在0.3%以下，整體效率維系在75%以上。

3 結(jié)束語

在實(shí)際小型高壓開關(guān)電源設(shè)計(jì)過程中，相應(yīng)的設(shè)計(jì)人員要集中關(guān)注必要的設(shè)計(jì)參數(shù)，建立有效的項(xiàng)目分析機(jī)制，保證整體結(jié)構(gòu)和運(yùn)行項(xiàng)目的完整性，要以基礎(chǔ)的項(xiàng)目設(shè)計(jì)理論為依托，建立有效的設(shè)計(jì)思路，真正運(yùn)行具有時(shí)效性的項(xiàng)目處理方案，進(jìn)一步推動(dòng)整體高壓電力項(xiàng)目的發(fā)展。

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作者單位

廣州城市職業(yè)學(xué)院 廣東省廣州市 510405