工程師技術(shù)分享：基于BUCK調(diào)壓的小功率高壓電源

如圖14所示，輸入高頻變壓器的電壓為交流70V，通過(guò)變比為30的高頻變壓器輸出電壓升高為2kV左右，再通過(guò)八倍壓整流電路，最后輸出電壓15kV左右。

控制電路

按常規(guī)閉環(huán)設(shè)計(jì)思想，閉環(huán)的反饋電壓應(yīng)取自輸出電壓，但課題中高壓電源的輸出電壓高達(dá)15KV，那么，當(dāng)反饋電壓取自輸出電壓時(shí)，這勢(shì)必對(duì)采樣隔離電路提出較高的絕緣要求，在實(shí)際中會(huì)難于實(shí)現(xiàn)，也會(huì)增加電源的制作成本?？紤]到以上情況，課題中的閉環(huán)設(shè)計(jì)的采樣電壓取自BUCK電路的輸出電壓。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取，PI調(diào)節(jié)器的運(yùn)算放大器選用LM7131B/NS,比較器選用LM339。R1=20K，R2 =100K，C=5n。

PSPICE中閉環(huán)電路原理圖，如圖15所示。

通過(guò)PSPICE仿真得到如圖16波形：

如圖所示，當(dāng)基準(zhǔn)電壓Vref=-2V時(shí)，輸出直流12V左右，當(dāng)基準(zhǔn)電壓Vref =-2.5V時(shí)，輸出直流電壓15V左右，可見(jiàn)通過(guò)調(diào)節(jié)基準(zhǔn)電壓Vref 的值，可以實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)0-15KV大范圍可調(diào)。如圖可見(jiàn)，電壓閉環(huán)驅(qū)動(dòng)控制下輸出電壓的波形符合設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)要求。

由前面波形可以看出，閉環(huán)電路可以正常工作，在加輸入擾動(dòng)后可以基本實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)的無(wú)凈差。到此基本完成課題設(shè)計(jì)中高壓電源的原理設(shè)計(jì)，下面給出實(shí)際電路中的芯片控制驅(qū)動(dòng)。

結(jié)論

本文介紹的一種基于BUCK調(diào)壓的小功率高壓電源，其特點(diǎn)是：①采用了倍壓電路，減小了變壓器的變比，使其在工藝和制造上成為可能，并且能夠在一定條件下實(shí)現(xiàn)零電流軟開(kāi)關(guān)，從而大大減小了開(kāi)關(guān)損耗;②該電源可以工作在110V、220V不同電壓下，因?yàn)殚_(kāi)拓了國(guó)內(nèi)外市場(chǎng);③該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn);④該電源利用了DSP，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字PI的實(shí)時(shí)控制，因而能良好的工作且實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信。

課題設(shè)計(jì)主要在PSPICE軟件中完成，首先分析了高壓電源系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的基本工作原理和仿真優(yōu)化，其次，在開(kāi)環(huán)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了系統(tǒng)的閉環(huán)設(shè)計(jì)，調(diào)節(jié)電路各個(gè)參數(shù)使閉環(huán)系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到要求，并且在存在擾動(dòng)的情況下可以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)系統(tǒng)的無(wú)凈差調(diào)節(jié)。

通過(guò)課題高壓電源的設(shè)計(jì)過(guò)程，可以得到以下結(jié)論：

①針對(duì)系統(tǒng)要求輸出電壓為0-15KV，且輸出功率為15W的情況，選用BUCK調(diào)壓電路與橋式逆變電路相組合得到高頻脈沖電壓，后經(jīng)過(guò)高頻變壓器和倍壓電路完成升壓和整流作用。

②BUCK閉環(huán)環(huán)節(jié)使用光電耦合器HCNR201進(jìn)行電壓采樣隔離，MOSFET的隔離驅(qū)動(dòng)使用HCPL4504和UCC27321共同完成，保證驅(qū)動(dòng)電路工作的有效性和安全性。

③逆變電路的控制電路由芯片SG3535和IR2110共同完成。SG3525控制器集成了過(guò)壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、軟啟動(dòng)、欠電壓鎖定、擊穿短路保護(hù)等功能保證控制信號(hào)的準(zhǔn)確性。SG3525輸出的PWM信號(hào)通過(guò)兩片IR2110后驅(qū)動(dòng)逆變電路的兩個(gè)橋臂，這保證了驅(qū)動(dòng)信號(hào)間的死去時(shí)間，防止橋臂的直通現(xiàn)象。