高压直流稳压电源制造技术

本发明专利技术涉及一种高压直流稳压电源，其特征在于：包括稳压电路和光耦控制电路，其中：所述稳压电路包括一功率三极管T1，光耦控制电路连接功率三极管T1的基极以驱动功率三极管T1。本发明专利技术方案过控制光耦电流直接驱动功率三极管的方式，解决了高压场合下难以兼顾驱动三极管和实现高低压电气隔离的问题。

【技术实现步骤摘要】
高压直流稳压电源
本专利技术是设计电力电子
的一项新型的直流稳压电源，尤其涉及一种高压直流电压(正负1100V)稳压电源。
技术介绍
目前，直流稳压电源主要分为两大类——线性电源、开关电源。其中线性电源虽然噪声很低，但是其存在仅能实现降压型稳压、难以实现电气隔离、功率三极管耐压要求高、高压场合下功率管驱动困难等缺点，因此通常高于800V的电源不采用线性电源而使用开关电源。而开关电源中存在高频的电路模态切换，不可避免的引入较大的高频噪声，并不适合高精度高稳定度电源应用场合。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种高压直流稳压电源，其特征在于：包括稳压电路和光耦控制电路，其中：所述稳压电路包括一功率三极管，光耦控制电路连接功率三极管的基极以驱动功率三极管T1。进一步地，其特征在于：所述高压直流稳压电源为正极性高压直流稳压电源，所述功率三极管为NPN型三极管，电压输入端连接功率三极管的集电极，并通过第一电阻R1连接三极管的基极。进一步地，其特征在于：所述高压直流稳压电源为负极性高压直流稳压电源，功率三极管为NPN型三极管，电压输出端连接功率三极管T1的集电极，并通过第一电阻R1连接三极管的基极。进一步地，其特征在于：光耦控制电路包括分压电路、比较电路、发光管、接收管和第二三极管，分压电路取出的电压连接比较电路后输出到发光管，接收管连接在功率三极管基极和第二三极管基极之间，同时，功率三极管的基极还连接第二三极管的集电极。进一步地，其特征在于：功率三极管的输出端还连接有供压电路，所述供压电路与第二三极管并联，用于给第二三极管提供电压，所述供压电路为串联的二极管或稳压管。进一步地，其特征在于：所述电压输入端和输出端还连接有稳压电容。进一步地，其特征在于：还包括前馈补偿电路，其包括在功率三极管和供压电路旁并联一个N沟道增强型场效应管，场效应管的栅极通过第三电阻接在输入电压的某一分压点上，两个稳压管Dz+与Dz-以反向并联的方式接在场效应管T2栅极和源极之间。进一步地，其特征在于：所述某一分压点保证在电路启动到基本稳定的过程中，三极管两端电压保持在其能承受合理电压之下。进一步地，其特征在于：当输出电压Vout由于某些原因而低于预设值，则分压电阻Rf2上的电压降低，进而导致If减小，并使得光耦U1的正向电流Ioc减小，电源主回路的光耦导通减小，从而经三极管放大的电流Ib增大，流过负载的电流也增大，此时Vout也增大；同理，当Vout由于某种原因高于预设值时，反馈回路也能够将Vout降低。本专利技术方案过控制光耦电流直接驱动功率三极管的方式，解决了高压场合下难以兼顾驱动三极管和实现高低压电气隔离的难题；通过并联一个增强型场效应管实现前馈补偿，减小电路的响应时间，在电路启动时保护功率三极管；在不改变所使用的功率三极管的极性的前提下，采取对换三极管集电极与发射极的方式实现负极性稳压。附图说明图1是本专利技术实施例1正电源电路图。图2是本专利技术实施例1负电源电路图。图3是本专利技术实施例1电源启动过程的等效电路。图4是本专利技术实施例1电路图的等效变换图；图5是本专利技术实施例1电路图的第二等效变换图；图6是本专利技术本专利技术实施例2电路图。图7是本专利技术三极管的电压应力图。具体实施方式参见图1，示出了本专利技术实施例1的稳压电源电路的基本原理，其中电压输入端Vin和输出端Vout分别通过电容C1、C2接地，输入端Vin连接功率三极管T1的集电极，三极管T1的发射极串联4个二极管D1，D2，D3，D4后连接输出端Vout，输入端Vin连接第一电阻R1后分为两路，一路连接三极管T1的基极，另一路连接光耦U1的集电极，光耦U1的发射极连接在两分压电阻Rf1和Rf2之间(分压电阻阻值极大，理论分析时可以流过的电流可以忽略)。分压电阻两端分别接输出端Vout和地。四个二极管的目的是在电路工作时与四个二极管并联的光耦两端能够有一个2V左右的供电电压,电路的结构基本已经是最简,但是其中4个二极管可以用一个1.8V稳压管替代,电阻R1可以用MOSFET组成的恒流源替代。采用功率三极管作为线性稳压电源的电压调整元件，通过控制光耦的导通电流实现对三极管的基极电流的调整，经三极管放大后为后级负载提供电流。最后将输出电压Vout反馈到对光耦导通电流的控制，完成闭环，实现稳定电压输出。在电路启动后电流从Vin经过电阻R1、三极管T1、光耦U1、二极管D1-D4流到Vout，此时光耦两端的电压由串联二极管决定；待电路稳定后，各元件的电气量稳定，如果输出电压Vout由于某些原因而低于预设值，则分压电阻Rf2上的电压降低，进而导致If减小，并使得光耦U1的正向电流Ioc减小，电源主回路的光耦导通减小，从而经三极管放大的电流Ib增大，流过负载的电流也增大，此时Vout也增大；同理，当Vout由于某种原因高于预设值时，反馈回路也能够将Vout降低。其中，三极管T1工作在放大区时，基极与发射极之间的电压差为Ube；四个二极管D1，D2，D3，D4整体的导通压降为UD(四个二极管用于给光耦U1提供稳定的供电电压，其值与光耦工作电压相关，在本实施例中可以是2V左右。当然，可以采用稳压管代替二极管。)；光耦U1的发射管电流与接受管电流满足Ioc＝CTR*If；其中发光管的电流和接收管的电流比的比值。电路达到稳态时，电容C1C2两端电压稳定，没有漏电流。则有以下关系Ib＝I1-Ioc(2)Ie＝(1+β)Ib(3)IL＝Ie+Ioc(4)式中，I1表示流过第一电阻R1的电流；Ib表示三极管T1基极电流；Ioc表示接收管电流；If表示发射管电流；Ie表示流经二极管D1，D2，D3，D4电流；IL表示流经负载电阻的电流：β表示三极管放大倍数；RL表示负载电阻的阻值；将式(2)、(3)带入(4)中，得IL＝(1+β)I1-βIoc(6)再将式(1)、(5)带入式(6)，得：整理后得：记R1与R2的并联电阻为R1//R2，ΔU＝UD+Ube。则上式简化为：写成输入关于输出的函数关系为：从式(7)中可以看出，在输入电压给定的情况下，本专利技术方案能达到的输出电压范围由光耦的导通电流决定。其中，当光耦截止时，光耦的导通电流为0；当光耦达到饱和状态，即Ioc＝I1时，光耦导通电流电流最大。即：在本专利技术系统中，示例性地，所使用的元件的参数为：R1＝200KΩRL＝500KΩβ＝28代入式(8)得：Vin＝193.1*Ioc+1118.6带入式(9)中的关系，求得：1118.6＜Vin＜1541(10)通过1100V工频变压器整流滤波后得到的直流电压大致为1400V，偏差范围约为±200V，足以满足式(10)的要求。图2示出了本专利技术负电源方案的示意图，通常线性电源的负电源采取的方法是将正电源中的功率三极管由NPN型改为PNP型，但PNP型三极管特性较NPN型三极管差，尤其是电压应力的承受值与放大倍数。本专利技术的负电源方案创新地从另一个角度出发，在上述正电源的基础上，对电路进行一系列的等效，最后得出了一种使用NPN型三极管作为负电源的方案。图3的结构是从图1等效变换过来的，具体而言，由于在正电源系统中，本质在于通过控制光耦的导通电流来控制输入与输出之间的二端网络的等效电阻R，在合理的控制方法下实现恒定电压输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压直流稳压电源，其特征在于：包括稳压电路和光耦控制电路，其中：所述稳压电路包括一功率三极管，光耦控制电路连接功率三极管的基极以驱动功率三极管T1。

【技术特征摘要】
1.一种高压直流稳压电源，其特征在于：包括稳压电路和光耦控制电路，其中：所述稳压电路包括一功率三极管，光耦控制电路连接功率三极管的基极以驱动功率三极管T1。2.根据权利要求1所述的高压直流稳压电源，其特征在于：所述高压直流稳压电源为正极性高压直流稳压电源，所述功率三极管为NPN型三极管，电压输入端连接功率三极管的集电极，并通过第一电阻R1连接三极管的基极。3.根据权利要求1所述的高压直流稳压电源，其特征在于：所述高压直流稳压电源为负极性高压直流稳压电源，功率三极管为NPN型三极管，电压输出端连接功率三极管T1的集电极，并通过第一电阻R1连接三极管的基极。4.根据权利要求2或3所述的高压直流稳压电源，其特征在于：光耦控制电路包括分压电路、比较电路、发光管、接收管和第二三极管，分压电路取出的电压连接比较电路后输出到发光管，接收管连接在功率三极管基极和第二三极管基极之间，同时，功率三极管的基极还连接第二三极管的集电极。5.根据权利要求4所述的高压直流稳压电源，其特征在于：功率三极管的输出端还连接有供压电路，所述供压电路与第二三极管...

【专利技术属性】
技术研发人员：王斌，王逸洲，冯荣尉，焦海妮，延峰，崔玉妹，陈阿琴，侯旭伟，
申请(专利权)人：北京东方计量测试研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11