一种单片机控制的高压开关电源

　　高压电源在日常的生产、生活中有着广泛的应用,尤其在军事、医疗、射线类探测器和静电喷涂等技术领域。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。随着科学技术的发展,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。本文设计了一种新型的高压开关电源,该电源采用脉宽调制(PWM)、单端式推动、数字调节、闭环实时监控、模数电路相互配合,具有体积小、逆变效率高、通用性强、输出范围宽、稳压精度高、控制性能优良等特点。

　　1　电路结构及工作原理

　　1·1　升压部分结构及原理

　　升压部分电路如图1所示。采用简单高效的单端电路[1],倍压电路为半臂逆对称式,在理想的情况下,输出端电压为:

　　因此,在n、N、Uin一定时,调节δ就可得到连续可调的电压。

　　电容采用高压聚苯乙烯电容器(CBY-30kV、2000PF),二极管采用高反压硅2CGL-25kV。综合考虑其工作频率、倍压电容容量及耐压,取n=7,变压器的升压比为N2:N1=140:1,磁芯为U型中频磁芯。

　　1·2　开关管保护电路

　　开关管在高频状态下工作,会产生振荡[2]。为了消除这种寄生振荡,应尽量减少开关管与各管脚的连线长度,特别是栅极引线的长度。若无法减少其长度,可以串联小电阻,且尽量靠近管子栅极。同时,由于开关变压器T是感性元件,所以在开关管截止瞬间,其漏极将产生极高的反峰值电压,容易导致开关管过压损坏,为此必须设置尖峰吸收回路,如图2所示。接在开关管漏极的R3、C1、VD1为吸收网络。当开关管关断时,高频变压器初级线圈上产生的尖峰电压改为向电容充电,因此可限制尖峰电压的峰值以及上升速率,对开关管起保护作用。图中R1既是MOS功率管的栅极限流电阻,又与R2一起消除功率管工作时产生的寄生振荡。

　　1·3　脉宽调制及控制原理

　　脉宽调制我们采用的是TL494,其内部等效电路如图3所示。它是一种性能优良的电压驱动型脉宽调制器。它的工作频率取决于锯齿波发生器的5脚电容值和6脚电阻值,考虑到效率等因素,我们把频率定为20kHz。4脚为死区电平控制端,经实验测量可知,在4脚加0V电压时,脉冲输出可达最大宽度,当加上超过2.58V的电压时,则停止震荡。故4脚可用于过压和过流保护。TL494内部有误差放大器,其驱动输出三极管在触发器的输出为低电平时,且锯齿波电压的幅值高于控制信号的幅值时才会有输出脉冲。因此,当控制脉冲的幅值不断增加时,会导致输出脉冲的宽度不断变窄,进而实现脉冲的控制输出。利用此原理可实现调节输出高压和稳压。控制电路原理如图4所示。