小型高压开关电源设计

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1、万方数据第29卷第1期2011年1月沈阳师范大学学报(自然科学版)胁"列0，蛳馏^『Dm口fmi御s勿(№￡z‘删＆锄∞)‘V01．29NO．1Jan．2011文章编号：1673—5862(2011)01—0030—04小型高压开关电源设计马跃，邓玉福，于桂英(沈阳师范大学物理科学于技术学院，沈阳110034)摘要：高压直流电源在科学和工业生产中有着广泛的应用，是光学仪器，医疗设备，质谱分析，静电喷涂，激光器，x射线衍射仪以及其他一些分析成像射线类仪器中不可缺少的重要部件。传统的高压电源多采用线性技术，这种结构形式造成电源变换效率低，体积大，重量沉，操作维修不方便。随着电源技术的

2、发展，人们对高压电源的智能化程度、转换效率和带负载能力提出了更高的要求。设计了一种以单片机和脉宽调制(PMw)技术为基础的智能化小型高压电源。该电源由STC89C51单片机和脉宽调制芯片T】∽94控制，采用单端式开关电路，高频逆变信号经变压器升压和倍压整流后输出直流。控制电路采用数字调节、闭环实时监控。该高压电源具有通用性强、输出可调范围宽、稳压精度高、控制性能优良等特点。关键词：单片机；高压开关电源；TL494中图分类号：TN86文献标志码：Adoi：10．3969／j．issn．1673．5862．2011．01．008O引言高压电源在军事、医疗、射线类探测器和静电喷涂等技术

3、领域有着广泛的应用[卜2l。高压开关电源是一种新兴的电源，作为逆变技术的具体应用，由于其可靠的动静态特性及节能性，正在取代传统的高压电源[3

4、。本文采用单片控制和脉宽调制技术，研制出了一款体积小、逆变效率高、控制性能优良的智能化高压开关电源。1电源主电路工作原理电源主电路工作原理如图1所示。其中逆变电路由开关管(IRFP450)、高频变压器T等组成；脉冲振荡电路由脉宽调制器件TL494及其周围元件组成；倍压整流电路采用半臂逆对称式。图1中的R5和R6分别为测量电阻及负载电阻。图1电源电路原理图收稿日期：2010J09．22。基金项目：辽宁省自然科学基金资助项目(20092069)

5、；沈阳师范大学实验中心主任基金项目(SY及01)。作者简介：马跃(1986一)，女，辽宁葫芦岛人，沈阳师范大学硕士研究生；邓玉福(1966一)，男，辽宁丹东人，沈阳师范大学教授，博士。硕士研究生导师。万方数据第1期马跃等：小型高压开关电源设计3l图2给出的是开关管漏极电压波形和TL494的触发脉冲。(a)一漏极电压波形；(b)一触发脉冲图2TL494的触发脉冲和开关管漏极电压波形由TL494组成的脉冲振荡器产生20kHz的触发脉冲[4

6、，经限流电阻R，加至开关管的栅极，当脉冲为高电平时，开关管触发导通，电流经由初级线圈通过开关管流向地，电能转化为磁能被储存在变压器中。．当触发脉冲

7、为低电平时，开关管截止，储存在N1中的能量经二极管VDl对电容Cl充电，这样就完成一个周期的高频震荡。高频信号经升压变压器T并由倍压电路整流后输出。R3，C1，VDl组成尖峰吸收回路对场效应管进行保护。倍压电路为半臂逆对称式，在理想的情况下，输出端电压为f5]：‰=％等笋㈩式中N为变压器次、初级的匝数比，N=N2：N1，行为倍压级数，己，．m为变压器的初级供电电压，艿=市_二产F(2)1甜1Jo艿为占空比，输出电压波纹系数为：s=瓣(3)式中，为工作频率；C为整流电容；RL为负载电阻。倍压电容采用高压聚苯乙烯电容器(CBY一30kV，2000pF)，二极管采用高反压硅2CGL一2

8、5kV。综合考虑其工作频率、倍压电容容量及耐压，取咒=3，变压器的升压比为N2：N1=140：1，磁芯为U型中频磁芯。2控制及保护电路工作原理控制及保护电路的主要功能是实现对整个高压电源的电压输出和保护，以及输出电压的设定和显示[6-8]。硬件原理图如图3所示。电路以淌9C52单片机为核心∽J，通过对电压的采样和反馈来控制震荡模块TL494输出的占空比，达到输入电压、显示电压、控制电压输出和保护的目的。TL494的外围电路如图4所示uoj。1脚、16脚、2脚、15脚分别为两个误差放大器的同相输入端和反相输入端【11]，如图接法两个误差放大器的输出将始终为负值，这样做的目的是为了封

9、闭两个误差放大器，单片机的控制信号直接由3脚给入。3脚脉宽的改变和3脚输入的电压成正比。这种方式调节的输入信号范围宽，约为1～3．6V，稳态误差小，输出精度高。报警显示驸显示卜—-1‘J5I(1酣输入PL图3高压发生电路单片机信单片机信号图4TL494外围电路脉冲输出软件流程如图5所示。当由键盘输入电压值之后，单片机系统经过运算通过DA输出电压控制嚣蔫万方数据沈阳师范大学学报(自然科学版)第29卷TL494的3脚，得到一定占空比的方波，该方波作为驱动开关管的触发脉冲，通过高频变压