小型高壓開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)

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1、萬(wàn)方數(shù)據(jù)第29卷第1期2011年1月沈陽(yáng)師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)脅"列0，螄餾^『Dm口fmi御s勿(№￡z‘刪＆鋤∞)‘V01．29NO．1Jan．2011文章編號(hào)：1673—5862(2011)01—0030—04小型高壓開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)馬躍，鄧玉福，于桂英(沈陽(yáng)師范大學(xué)物理科學(xué)于技術(shù)學(xué)院，沈陽(yáng)110034)摘要：高壓直流電源在科學(xué)和工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用，是光學(xué)儀器，醫(yī)療設(shè)備，質(zhì)譜分析，靜電噴涂，激光器，x射線衍射儀以及其他一些分析成像射線類儀器中不可缺少的重要部件。傳統(tǒng)的高壓電源多采用線性技術(shù)，這種結(jié)構(gòu)形式造成電源變換效率低，體積大，重量沉，操作維修不方便。隨著電源技術(shù)的

2、發(fā)展，人們對(duì)高壓電源的智能化程度、轉(zhuǎn)換效率和帶負(fù)載能力提出了更高的要求。設(shè)計(jì)了一種以單片機(jī)和脈寬調(diào)制(PMw)技術(shù)為基礎(chǔ)的智能化小型高壓電源。該電源由STC89C51單片機(jī)和脈寬調(diào)制芯片T】∽94控制，采用單端式開(kāi)關(guān)電路，高頻逆變信號(hào)經(jīng)變壓器升壓和倍壓整流后輸出直流。控制電路采用數(shù)字調(diào)節(jié)、閉環(huán)實(shí)時(shí)監(jiān)控。該高壓電源具有通用性強(qiáng)、輸出可調(diào)范圍寬、穩(wěn)壓精度高、控制性能優(yōu)良等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；高壓開(kāi)關(guān)電源；TL494中圖分類號(hào)：TN86文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Adoi：10．3969／j．issn．1673．5862．2011．01．008O引言高壓電源在軍事、醫(yī)療、射線類探測(cè)器和靜電噴涂等技術(shù)

3、領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用[卜2l。高壓開(kāi)關(guān)電源是一種新興的電源，作為逆變技術(shù)的具體應(yīng)用，由于其可靠的動(dòng)靜態(tài)特性及節(jié)能性，正在取代傳統(tǒng)的高壓電源[3

4、。本文采用單片控制和脈寬調(diào)制技術(shù)，研制出了一款體積小、逆變效率高、控制性能優(yōu)良的智能化高壓開(kāi)關(guān)電源。1電源主電路工作原理電源主電路工作原理如圖1所示。其中逆變電路由開(kāi)關(guān)管(IRFP450)、高頻變壓器T等組成；脈沖振蕩電路由脈寬調(diào)制器件TL494及其周圍元件組成；倍壓整流電路采用半臂逆對(duì)稱式。圖1中的R5和R6分別為測(cè)量電阻及負(fù)載電阻。圖1電源電路原理圖收稿日期：2010J09．22。基金項(xiàng)目：遼寧省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(20092069)

5、；沈陽(yáng)師范大學(xué)實(shí)驗(yàn)中心主任基金項(xiàng)目(SY及01)。作者簡(jiǎn)介：馬躍(1986一)，女，遼寧葫蘆島人，沈陽(yáng)師范大學(xué)碩士研究生；鄧玉福(1966一)，男，遼寧丹東人，沈陽(yáng)師范大學(xué)教授，博士。碩士研究生導(dǎo)師。萬(wàn)方數(shù)據(jù)第1期馬躍等：小型高壓開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)3l圖2給出的是開(kāi)關(guān)管漏極電壓波形和TL494的觸發(fā)脈沖。(a)一漏極電壓波形；(b)一觸發(fā)脈沖圖2TL494的觸發(fā)脈沖和開(kāi)關(guān)管漏極電壓波形由TL494組成的脈沖振蕩器產(chǎn)生20kHz的觸發(fā)脈沖[4

6、，經(jīng)限流電阻R，加至開(kāi)關(guān)管的柵極，當(dāng)脈沖為高電平時(shí)，開(kāi)關(guān)管觸發(fā)導(dǎo)通，電流經(jīng)由初級(jí)線圈通過(guò)開(kāi)關(guān)管流向地，電能轉(zhuǎn)化為磁能被儲(chǔ)存在變壓器中。．當(dāng)觸發(fā)脈沖

7、為低電平時(shí)，開(kāi)關(guān)管截止，儲(chǔ)存在N1中的能量經(jīng)二極管VDl對(duì)電容Cl充電，這樣就完成一個(gè)周期的高頻震蕩。高頻信號(hào)經(jīng)升壓變壓器T并由倍壓電路整流后輸出。R3，C1，VDl組成尖峰吸收回路對(duì)場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行保護(hù)。倍壓電路為半臂逆對(duì)稱式，在理想的情況下，輸出端電壓為f5]：‰=％等筍㈩式中N為變壓器次、初級(jí)的匝數(shù)比，N=N2：N1，行為倍壓級(jí)數(shù)，己，．m為變壓器的初級(jí)供電電壓，艿=市_二產(chǎn)F(2)1甜1Jo艿為占空比，輸出電壓波紋系數(shù)為：s=瓣(3)式中，為工作頻率；C為整流電容；RL為負(fù)載電阻。倍壓電容采用高壓聚苯乙烯電容器(CBY一30kV，2000pF)，二極管采用高反壓硅2CGL一2

8、5kV。綜合考慮其工作頻率、倍壓電容容量及耐壓，取咒=3，變壓器的升壓比為N2：N1=140：1，磁芯為U型中頻磁芯。2控制及保護(hù)電路工作原理控制及保護(hù)電路的主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)高壓電源的電壓輸出和保護(hù)，以及輸出電壓的設(shè)定和顯示[6-8]。硬件原理圖如圖3所示。電路以淌9C52單片機(jī)為核心∽J，通過(guò)對(duì)電壓的采樣和反饋來(lái)控制震蕩模塊TL494輸出的占空比，達(dá)到輸入電壓、顯示電壓、控制電壓輸出和保護(hù)的目的。TL494的外圍電路如圖4所示uoj。1腳、16腳、2腳、15腳分別為兩個(gè)誤差放大器的同相輸入端和反相輸入端【11]，如圖接法兩個(gè)誤差放大器的輸出將始終為負(fù)值，這樣做的目的是為了封

9、閉兩個(gè)誤差放大器，單片機(jī)的控制信號(hào)直接由3腳給入。3腳脈寬的改變和3腳輸入的電壓成正比。這種方式調(diào)節(jié)的輸入信號(hào)范圍寬，約為1～3．6V，穩(wěn)態(tài)誤差小，輸出精度高。報(bào)警顯示駙顯示卜—-1‘J5I(1酣輸入PL圖3高壓發(fā)生電路單片機(jī)信單片機(jī)信號(hào)圖4TL494外圍電路脈沖輸出軟件流程如圖5所示。當(dāng)由鍵盤(pán)輸入電壓值之后，單片機(jī)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)運(yùn)算通過(guò)DA輸出電壓控制囂蔫萬(wàn)方數(shù)據(jù)沈陽(yáng)師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)第29卷TL494的3腳，得到一定占空比的方波，該方波作為驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管的觸發(fā)脈沖，通過(guò)高頻變壓