基于高频变压器升压的低频正弦波高压电源、方法及设备技术

本发明专利技术涉及电源电路技术领域，提供了基于高频变压器升压的低频正弦波高压电源、方法及设备。其中该电源包括高频调制和驱动单元、功率放大单元、高频升压变压器和谐振选频滤波器；高频调制和驱动单元的输出端与所述功率放大单元的输入端相连，功率放大单元的输出端与所述高频升压变压器的原边绕组两端相连，高频升压变压器的副边绕组两端与谐振选频滤波器的输入端相连，谐振选频滤波器的输出端为低频正弦波高压电源的输出端；高频调制和驱动单元用于利用与电源所需频率相同的方波控制信号对高频载波信号进行间歇调制，得到周期间歇的高频驱动信号；谐振选频滤波器的谐振频率与电源输出信号的频率相同或两者频率的差值在设定阈值范围内。定阈值范围内。定阈值范围内。

【技术实现步骤摘要】
基于高频变压器升压的低频正弦波高压电源、方法及设备


[0001]本专利技术涉及电源电路
，尤其涉及一种基于高频变压器升压的低频正弦波高压电源、方法及设备。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]在诸如彩色激光打印机、彩色复印机等电子仪器和设备中，经常需要频率数百至数千赫兹，电压数百至数千伏特的正弦波低频高压电源供应，利用正弦波低频高压电源使得打印或复印设备中的打印/复印粉末能够尽量均匀地转移至待打印/复印的纸张上，最终保障打印或复印的效果。由于半导体器件的耐压一般较低以及高耐压半导体器件成本较高等原因，常规技术通常采用先由电子电路获得同频率低压正弦波电压，然后采用变压器将电压升高至所需高电压的技术方案。然而，当所需电源频率较低，用于升压的变压器体积会比较大，成本比较高。
[0004]其中，高频变压器是工作频率超过中频(10kHz)的电源变压器，主要用于高频开关电源中作高频开关电源变压器，也有用于高频逆变电源和高频逆变焊机中作高频逆变电源变压器的。按工作频率高低，高频变压器可分为几个档次：10kHz
‑
50kHz、50kHz
‑
100kHz、100kHz～500kHz、500kHz～1MHz、10MHz以上。高频变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯(或磁芯)中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压(或电流)。通过上述工作频率范围可知，开关电源中高频变压器传输的是高频脉冲方波信号。虽然高频变压器具有体积小、成本低等优点，但由于高频变压器不能用于传输低频能量，而且若输低频能量则会产生磁芯饱和问题，不能正常工作甚至会烧毁。因此，目前的低频高压电源的技术方案均未采用高频变压器来设计，而且低频高压电源普遍存在体积大且成本高的问题。

技术实现思路

[0005]为了解决上述
技术介绍
中存在的技术问题，本专利技术提供一种基于高频变压器升压的低频正弦波高压电源、方法及设备，其在预设方波控制信号下调制周期同步的间歇高频驱动信号，再利用高频变压器升压获得低频正弦波高压电源，避免了高频变压器的磁芯饱和问题，使得整个低频正弦波高压电源具有体积小、重量轻、效率高且成本低的优点。其中，本专利技术的低频指的是5kHz以下的频率，高频指的是20kHz以上的频率。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]本专利技术的第一个方面提供了一种基于高频变压器升压的低频正弦波高压电源，其包括高频调制和驱动单元、功率放大单元、高频升压变压器和谐振选频滤波器；所述高频调制和驱动单元的输出端与所述功率放大单元的输入端相连，所述功率放大单元的输出端与所述高频升压变压器的原边绕组两端相连，所述高频升压变压器的副边绕组两端与谐振选
频滤波器的输入端相连，所述谐振选频滤波器的输出端为所述低频正弦波高压电源的输出端；
[0008]所述高频调制和驱动单元用于利用与电源所需频率相同的方波控制信号对高频载波信号进行间歇调制，得到周期间歇的高频驱动信号；所述功率放大单元用于对所述高频驱动信号进行功率放大；所述高频升压变压器用于对功率放大后的信号进行升压，得到高频高压脉冲组；其中，所述高频高压脉冲组中包含高频分量和周期间歇频率的低频分量；
[0009]所述谐振选频滤波器用于从高频高压脉冲组的低频分量中选出所需频率的基频信号；其中，所述谐振选频滤波器的谐振频率与电源输出信号的频率相同或两者频率的差值在设定阈值范围内。
[0010]作为一种实施方式，所述基于高频变压器升压的低频正弦波高压电源，还包括闭环反馈调节单元；所述闭环反馈调节单元的输入端连接所述低频正弦波高压电源的输出端，所述闭环反馈调节单元的输出端连接高频调制和驱动单元的控制端；
[0011]所述闭环反馈调节单元用于基于电源输出的电压/电流与相应设定指令信号比较，以控制高频载波信号的占空比或频率，进而改变电源输出电压/电流来稳定电源的输出。
[0012]所述闭环反馈调节单元包括电压检测单元和电压闭环调节器单元，所述电压检测单元的输入端连接所述低频正弦波高压电源的输出端，用于检测电源输出电压信号并反馈至电压闭环调节器单元；
[0013]所述电压闭环调节器单元用于通过比较电源输出电压信号与预设交流电压幅值指令信号，得到控制电压信号，以控制所述高频载波信号的占空比或频率，使得电源输出电压自动稳定在交流电压幅值指令信号所对应的电压值。
[0014]作为一种实施方式，所述闭环反馈调节单元包括电流检测单元和电流闭环调节器单元，所述电流检测单元的输入端连接所述低频正弦波高压电源的输出端，用于检测电源输出电流信号并反馈至电流闭环调节器单元；
[0015]所述电流闭环调节器单元用于通过比较电源输出电流信号与预设交流电流幅值指令信号，得到控制电流信号，以控制所述高频载波信号的占空比或频率，使得电源输出电流自动稳定在交流电流幅值指令信号所对应的电流值。
[0016]作为一种实施方式，所述闭环反馈调节单元为双环控制电路，所述双环控制电路包括电流内环控制电路和电压外环控制电路。
[0017]作为一种实施方式，所述谐振选频滤波器为LC谐振选频滤波器，其包括选频输出电感器和选频输出电容器。
[0018]作为一种实施方式，所述选频输出电感器为高频升压变压器的副边绕组与原边绕组之间的漏感。
[0019]作为一种实施方式，所述漏感的大小设计原则为：漏感所对应的漏感磁通确保漏磁路处于非饱和状态。
[0020]作为一种实施方式，所述功率放大单元为单边驱动电路。
[0021]作为一种实施方式，所述功率放大单元为推挽驱动电路。
[0022]作为一种实施方式，所述功率放大单元为半桥驱动电路。
[0023]作为一种实施方式，所述功率放大单元为全桥驱动电路。
[0024]本专利技术的第二个方面提供了一种如上述所述的低频正弦波高压电源的控制方法，其包括：
[0025]利用与电源所需频率相同的方波控制信号对高频载波信号进行间歇调制，得到周期间歇的高频驱动信号；
[0026]对所述高频驱动信号进行功率放大；
[0027]对功率放大后的信号进行升压，得到高频高压脉冲组；其中，所述高频高压脉冲组中包含高频分量和周期间歇频率的低频分量；
[0028]从高频高压脉冲组的低频分量中选出所需频率的基频信号。
[0029]作为一种实施方式，所述控制方法，还包括：
[0030]获取电源输出的电压/电流；
[0031]将获取的电源输出信号与相应设定指令信号比较，以控制高频载波信号的占空比或频率，进而改变电源输出电压/电流来稳定电源的输出。
[0032]本专利技术的第三个方面提供了一种电子设备，其包括如上述所述的低频正弦波高压电源。
[0033]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0034](1)本专利技术利用与电源所需频率相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于高频变压器升压的低频正弦波高压电源，其特征在于，包括高频调制和驱动单元、功率放大单元、高频升压变压器和谐振选频滤波器；所述高频调制和驱动单元的输出端与所述功率放大单元的输入端相连，所述功率放大单元的输出端与所述高频升压变压器的原边绕组两端相连，所述高频升压变压器的副边绕组两端与谐振选频滤波器的输入端相连，所述谐振选频滤波器的输出端为所述低频正弦波高压电源的输出端；所述高频调制和驱动单元用于利用与电源所需频率相同的方波控制信号对高频载波信号进行间歇调制，得到周期间歇的高频驱动信号；所述功率放大单元用于对所述高频驱动信号进行功率放大；所述高频升压变压器用于对功率放大后的信号进行升压，得到高频高压脉冲组；其中，所述高频高压脉冲组中包含高频分量和周期间歇频率的低频分量；所述谐振选频滤波器用于从高频高压脉冲组的低频分量中选出所需频率的基频信号；其中，所述谐振选频滤波器的谐振频率与电源输出信号的频率相同或两者频率的差值在设定阈值范围内。2.如权利要求1所述的基于高频变压器升压的低频正弦波高压电源，其特征在于，所述基于高频变压器升压的低频正弦波高压电源，还包括闭环反馈调节单元；所述闭环反馈调节单元的输入端连接所述低频正弦波高压电源的输出端，所述闭环反馈调节单元的输出端连接高频调制和驱动单元的控制端；所述闭环反馈调节单元用于基于电源输出的电压/电流与相应设定指令信号比较，以控制高频载波信号的占空比或频率，进而改变电源输出电压/电流来稳定电源的输出。3.如权利要求2所述的基于高频变压器升压的低频正弦波高压电源，其特征在于，所述闭环反馈调节单元包括电压检测单元和电压闭环调节器单元，所述电压检测单元的输入端连接所述低频正弦波高压电源的输出端，用于检测电源输出电压信号并反馈至电压闭环调节器单元；所述电压闭环调节器单元用于通过比较电源输出电压信号与预设交流电压幅值指令信号，得到控制电压信号，以控制所述高频载波信号的占空比或频率，使得电源输出电压自动稳定在交流电压幅值指令信号所对应的电压值。4.如权利要求2所述的基于高频变压器升压的低频正弦波高压电源，其特征在于，所述闭环反馈调节单元包括电流检测单元和电流闭环调节器单元，所述电流检测单元的输入端连接所述低频正弦波高压电源的输出端，用于检测电源输出电流信号并反馈至电流闭环调节器单元；所述电流闭环调节器单元用于通过比较电源输出电流信号与...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建明，林儿，李坚，
申请(专利权)人：惠州三华工业有限公司，
类型：发明
国别省市：