高压电源制造技术

本发明专利技术涉及控制高压电源，尤其是涉及控制来自低压电源的高压功 率同时减小自激振荡回馈转换器的绕组中的不希望的自激谐振。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高压电源
技术介绍
本专利技术大体涉及控制高压电源，尤其是涉及一致地控制来自低压电 源的高压功率。高压电源电压(HVPS)通常提供低效且不经济的、不一致的输出 电压。当HVPS由例如电池的电源供电时尤其如此，其中例如电池的电 源的性能随时间会降低。因此希望获得低成本且高效的、 一致的 (consistent)高输出电压。对于商业应用场合，尤其是电动水力材料喷 射的应用场合，尤其希望有低成本、高效、 一致且紧凑的高电压部件。专利技术概要本专利技术涉及来自低压电源的高压功率的 一致控制。本专利技术提供一种高压电源(HVPS)，其包括回扫变压器(flyback transformer),该回扫变压器具有初级绕组和反馈绕组，初级绕组具有 适于连接到电源的第一端。HVPS还包括连接在初级绕组的第二端和接 地端之间的开关装置，该开关装置具有连接到反馈绕组的第一端的控制 端口 。 HVPS还包括连接在开关装置控制端口和地之间的补偿电容器。本专利技术还提供上述HVPS的另一个实施例，包括如果输出负栽或输 入电压变化则调节电源以便将输出电压保持在电压范围内。该另 一实施 例包括第一和第二开关装置。第一开关装置连接到初级绕组的第二端， 如上所迷，而第二开关装置连接在第一开关装置和地之间。第二开关装 置用于中断流到所述第一开关装置的电流，以调节输出电压。该实施例 还包括电压反馈，所述电压和输出到电压调节装置的输出电压成比例。 该电压调节装置连接到第二开关装置，并且用于选择性地促使第二开关 装置中断流到所述第 一 开关装置的电流，以调节电源的运行。本专利技术的另一个实施例假设负栽变化小或者对于输出电压而言无 关紧要，但是对于输入电压的变化是被预计到的，如在使用电池电源时 发生的。该实施例包括从电源本身至电压调节装置的反馈。该电压调节 装置连接到第二开关装置，并且用于选择性促使第二开关装置中断流到 所述第一开关装置的电流，从而有效调节施加到HVPS的电源电压。本专利技术还提供一种上述电源的运行方法，其中施加直流电压至开关 装置，然后开关装置开始导通，引发电路的自激振荡。该自激振荡包括 回扫变压器次级绕组中的输出电压。参照附图，通过下面对优选实施例的详细说明，本领域技术人员将 可以清楚理解本专利技术的多个目的和优点。附图的简短说明附图说明图1是根据本专利技术的高压电源的电路图。图2是图1所示的电源的可选实施例的电路图，其中示出用于整流 和增大输出电压的Cockcroft-Walton倍压器。图3是图1所示的电源的另一个可选实施例的电路图，其中示出采 用运算放大器来调节输出电压。图4是图1所示的电源的另一个可选实施例的电路图，其中示出微 控制器，该微控制器用于接收和分析来自高压输出的反馈信号并相应地 调节电源的运行，以保持输出电压。图5是图1所示的电源的另一个可选实施例的电路图，其中示出输 入电压的调节。图6是图1所示的电源的另一个可选实施例的电路图，其中也示出 输入电压的调节。图7是图1所示的电源的另一个可选实施例的电路图，其中也示出 输入电压的调节。图8是图4所示的电路的斜视图。图9是图l和2所示的电路的集电极和基极电压的示波器屏幕截图。 图IO是去除了补偿电容器的、图1和2所示的电路的集电极和基极电压的示波器屏幕截图。图11是图1和2所示的电路结构的集电极电流和输出电压的曲线图，它们和补偿电容成函数关系。图12是图2所示的电路内的电压的示波器屏幕截图。图13是去除了补偿电容器的、图2所示的电路内的电压的示波器屏幕截图。优选实施例的详细描述现在参照附图，如图l所示，示出根据本专利技术的高压电源(HVPS) IO的电路图。HVPS10包括回扫变压器12,它具有初级绕组14和次级 绕组16,其中次级绕組的压数比初级绕组多。该回扫变压器还包括反馈 绕组18。所有三个绕组14、 16和18都绕制在同一个铁心19上。HVPS10 还包括开关晶体管Q1，它的集电极端连接到初级绕组14的一端，而发 射极端连接到地。开关晶体管Ql具有的基极端，该基极端经反馈绕组 18连接到第一和第二反馈绕组偏压电阻器Rl和R2的共用连接端。第 一电阻器Rl的非共用连接端连接到直流电源Vin，而第二电阻器R2的 非共用连接端经调谐电容器C2连接到接地端。调谐电容器C2和偏压分 压器中的电阻器R1和R2协作，以提供确定电路的振荡频率的时间常数。 大滤波电容器Cl跨经电路10的输入端连接在电源Vm和地之间。补偿 电容器C20连接在开关晶体管Ql的基极端和发射极端之间，其目的将 在下面说明。因为开关晶体管发射极端连接到地，所以补偿电容器C20 也连接在反馈绕组18的一端和地之间。现在要说明HVPS10的运行。当向电路供电时，偏压(bias)电阻 器R1和R2促使开关晶体管Q1开始启动或导通，使得电流可以流过回 扫晶体管初级绕组14。初级绕组14通过变压器铁心19关联到反馈绕组 18。随着电流在初级绕组14中建立，在变压器铁心19中产生磁场，其 导致对抗开关晶体管Ql在反馈绕组18内形成导通的电压。随着反馈绕 组电压建立起来，开关晶体管Ql关断，促使流过初级绕组14的电流变 为零。初级绕组电流降低使得初级绕组14产生的磁场骤降，从而在次 级绕组16中感应出电压。因为次级绕组16比初级绕组14的匝数多， 所以次级绕组两端的感应电压大于初级绕组14上的电压，其中该感应 电压的量值由次级绕组和初级绕组的臣数比来确定。 一旦开关晶体管 Ql关断，或者停止导通，则反馈绕组18两端的感应电压也降为零，使 得开关晶体管Ql可以再次导通，再次重复该循环。因此，图1所示的 HVPS10是自激振荡电路或者自激振荡转换器。因为HVPS10是通过在 导通和不导通状态之间切换开关晶体管Ql来进行运行的，所以该电路还可称为开关功率转换器。在自激振荡电路比如HVPSIO中，工作频率是电源负栽、输入电压 量值、初级绕组的电感、反馈绕组和初级绕组的匝数比、开关晶体管的 增益和电容器C2的电容值的函数。对于自激振荡转换器，大约一半的周期用于将能量存储到变压器的磁场中，而在另一半周期中，能量释放 到负栽。特意地将典型的开关频率设置成大于人听觉的正常范围，也就是，大于20千赫兹，更具体而言，典型地为30- 50千赫兹。通过设计， 转换器具有最小工作频率，所述最小工作频率优化变压器的能量的输入 输出并且最小化在开关过渡期间发生的晶体管损耗。理想地，HVPS10的振荡频率由上述参数确定。然而，初级绕组14 和反馈绕组18之间的电容性耦合、次级绕组16和反馈绕组18之间的 磁性和电容性耦合、以及这些绕组本身中的电容，都可在电源工作当中 具有大量谐振频率。与次级绕组16的电感耦合的、施加到次级绕组的 高压输出电路中的电容可以产生谐振频率，这些谐振频率由反馈绕组反 映到自激振荡电路中。在大多数情况下，仅仅那些由电路设计者建立的 期望谐振频率将允许有效的转换电能。其他谐振可能导致绕组发热以及 其他不希望发生的损耗。为了减小能量浪费，补偿电容器C20用于滤去那些在反馈绕组18 中通过不希望的谐振模式感应的电压信号。通过滤去这种反馈信号， HVPS10能够减小或者甚至完全防止开关晶体管Ql的误触发。开关晶 体管Q1每次触发时，都会有更多的电流泵入初级本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压电源，包括：　回扫变压器，该回扫变压器具有初级绕组和反馈绕组，所述初级绕组具有适于连接到电源的第一端；　连接在所述初级绕组的第二端和地之间的开关装置，所述开关装置具有连接到所述反馈绕组的第一端的控制端口；以及　连接 在所述开关装置控制端口和地之间的补偿电容器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2006.6.26 US 60/816,418;2007.1.19 US 60/881,2611. 一种高压电源，包括回扫变压器，该回扫变压器具有初级绕组和反馈绕组，所述初级绕组具有适于连接到电源的第一端；连接在所述初级绕组的第二端和地之间的开关装置，所述开关装置具有连接到所述反馈绕组的第一端的控制端口；以及连接在所述开关装置控制端口和地之间的补偿电容器。2. 根据权利要求1所述的电源，其中所述回扫变压器包括次级绕 组，所述次级绕组的匪数多于所述初级绕组的匪数，从而在所述次级绕 组两端感应出的输出电压大于施加到所述初级绕组的电压。3. 根椐权利要求3所述的电源，其中在所述回扫变压器次级绕组 两端连接Cockcroft-Walton倍压器电路。4. 根据权利要求3所述的电源，其中所述开关装置是晶体管。5. —种高压电源，包括回扫变压器，该回扫变压器具有初级绕组和反馈绕组，所述初级绕 组具有适于连接到电源的第一端，所述回扫变压器还具有次级绕组，所 述次级绕组的压数多于所述初级绕组的匪数，从而在所述次级绕组两端 感应出的输出电压大于施加到所述初级绕组的电压；连接到所述初级绕组的第二端的第一开关装置，所述第一开关装置 具有连接到所述反馈绕组的第一端的控制端口；连接在所述第一开关装置和地之间的第二开关装置，所述第二开关 装置用于中断至所迷第一开关装置的电流，以调节所述输出电压；以及连接在所述第一开关装置控制端口和所述第二开关装置之间的补 偿电容器。6. 根据权利要求5所述的电源，还包括反馈电压的反馈，所述反 馈电压与至电压调节装置的所述输出电压成比例，所述电压调节装置连 接到所述第二电子开关，并且用于选择性地使所述第二开关装置中断至 所述第一开关装置的电流。7. 根据权利要求6所述的电源，其中所述第一电子开关是晶体管， 所述第二电子开关是场效应晶体管。8. 根据权利要求7所迷的电源，其中所述电压调节装置包括微控 制器，该微控...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·莫雷尔，J·E·德沃斯基，J·J·林德，S·舒尔特，
申请(专利权)人：巴特尔纪念研究院，
类型：发明
国别省市：US