專利名稱：直流高壓電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及直流和直流之間的變換設(shè)備，特別涉及一種直流高壓電源。
背景技術(shù)：
當(dāng)今社會(huì)直流高壓電源作為一種重要的電源設(shè)備已廣泛應(yīng)用于靜電除 塵、激光發(fā)生器、臭氧發(fā)生器、高壓檢測(cè)等領(lǐng)域。在中小功率的直流高壓電 源中通常采用單端反激式電路，其高壓變壓器次級(jí)線圈的繞組為滿足高電壓
輸出的需要通常要求線圈匝數(shù)達(dá)到3000-4000匝，并且由于高壓絕緣問題和匝 數(shù)較多問題必須采用多槽磁芯繞制。輸出線圏匝數(shù)過多導(dǎo)致高頻開關(guān)電源高 壓變壓器繞組窗口變大，變壓器需要選擇較大體積磁芯，增大了體積。過多 匝數(shù)的繞組線圏會(huì)導(dǎo)致高壓變壓器次級(jí)繞組線圈采用分槽繞制，初次級(jí)繞組 耦合情況變差、漏感增加，降低了直流高壓電源的工作效率(效率一半在60 %左右，很難超過70% )，并且增加繞制工藝的復(fù)雜程度，同時(shí)增加了功率MOS 管的電壓應(yīng)力。過多匝數(shù)的繞組線圈還意味著輸出繞組線圈的內(nèi)電阻加大， 并且產(chǎn)生更多熱量，加速繞組線圈絕緣老化，尤其是在采用線徑較小的漆包 線繞制輸出線圈繞組時(shí)更為嚴(yán)重，較小線徑的漆包線內(nèi)阻更大，產(chǎn)生的熱量 更多，嚴(yán)重影響直流高壓電源的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種直流高壓電源，能夠明顯減少高壓變壓器模塊 上線圈繞制匝數(shù)。
本發(fā)明提供一種直流高壓電源采用單端反激式電路，單端反激式電路包 括驅(qū)動(dòng)電路模塊、功率模塊和變壓器模塊，驅(qū)動(dòng)電路模塊與功率模塊電連接 控制功率模塊的占空比，功率模塊驅(qū)動(dòng)變壓器模塊輸出高壓電壓，上述功率 模塊的占空比大于O. 5，上述單端反激式電路還包括斜坡補(bǔ)償模塊，斜坡補(bǔ)償 模塊分別與功率模塊和驅(qū)動(dòng)電路模塊電連接，上述高壓變壓器模塊的高壓次 級(jí)線圈采用高壓聚脂膜絕緣線。
優(yōu)選地，上述斜坡補(bǔ)償模塊采用電容、電容與電阻組合或者是三極管與 電容及電阻組合。
優(yōu)選地，上述高壓變壓器模塊采用單槽骨架磁芯繞制。本發(fā)明提供的直流高壓電源，次級(jí)線圈的繞制圈數(shù)小，線圈發(fā)熱少，能 量轉(zhuǎn)換效率高。


圖l是本發(fā)明第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例中的電路示意圖3是本發(fā)明第一實(shí)施例中的變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖。
本發(fā)明目的的實(shí)現(xiàn)、功能特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合實(shí)施例，參照附圖^t進(jìn)一步 說明。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)Dl,示出本發(fā)明第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明直流高壓電源采 用單端反激式電路，單端反激式電路包括、驅(qū)動(dòng)電路模塊IOO、功率模塊200 和變壓器模塊300，驅(qū)動(dòng)電路模塊100與功率模塊200電連接控制功率模塊200 的占空比，功率模塊200驅(qū)動(dòng)變壓器模塊300輸出高壓電壓。
本發(fā)明第一實(shí)施例采用如圖2所示的電路示意圖，驅(qū)動(dòng)電路模塊100包括 集成電路U1，功率模塊200采用功率MOS管Q1，變壓器模塊300采用變壓器T1， 斜坡補(bǔ)償模塊為電容C6， C6電連接在集成電路U1和功率M0S管Q1之間。
工作原理如下當(dāng)單端反激式電路加電后，集成電路U1得到啟動(dòng)電流啟 動(dòng)，集成電路U1的0UT管腳產(chǎn)生脈沖寬度受控的輸出，通過電阻R3驅(qū)動(dòng)功率M0S 管Q1工作，在功率M0S管Q1導(dǎo)通期間，變壓器T1儲(chǔ)存能量，在功率M0S管Q1關(guān)斷 期間，變壓器T1儲(chǔ)存的能量通過變壓器T1次級(jí)線圈釋放并通過高壓二極管D1 整流后產(chǎn)生高壓輸出，功率M0S管Q1導(dǎo)通時(shí)間越長，則變壓器T1次級(jí)線圈產(chǎn)生 的高壓越高。
單端反激式電路中電阻R4、電阻R5和電阻R6組成驅(qū)動(dòng)電路模塊的電流枱r 測(cè)回路，當(dāng)高壓電壓輸出高于單端反激式電路的設(shè)定值時(shí)，集成電路U1控制 輸出脈沖寬度變窄，功率M0S管Q1導(dǎo)通時(shí)間變短，促使變壓器T1次級(jí)線圈產(chǎn)生 的高壓下降，經(jīng)過集成電路電路的動(dòng)態(tài)調(diào)整，使單端反激式電路的高壓輸出 保持一定的穩(wěn)定。
對(duì)于單端反激電路，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律和能量守衡定律，初次級(jí) 線圈的輸入輸出電壓和初次極線圈匝數(shù)滿足的關(guān)系如公式(1)所示
Np/Ns=Vin*D/Vout* (1-D) (1) 其中，Np表示變壓器Tl初級(jí)線圈匝數(shù)，Ns表示變壓器次級(jí)線圈匝數(shù)，Vin表 示變壓器T1的輸入電壓，Vout表示變壓器Tl的輸出電壓，D表示功率M0S管Q1
4單周期開通時(shí)間與系統(tǒng)工作周期之比即占空比。由公式(l)變形可得，公式 (2),
Ns=Np*Vout* (1_D)/Vin*D (2)
從公式(2)中可以看出，在輸出電壓、Zout—定的情況下，變壓器Tl次級(jí) 線圈匝數(shù)Ns與占空比D和變壓器Tl初級(jí)線圈匝數(shù)Np有關(guān)；變壓器Tl初級(jí)線圈匝 數(shù)Np越少、占空比D越大則次級(jí)線圈匝數(shù)Ns越少。
本發(fā)明功率MOS管Ql的占空比大于O. 5，對(duì)于單端反激式電路，當(dāng)占空比 大于O. 5,將導(dǎo)致單端反激式電路不穩(wěn)定，本發(fā)明設(shè)置斜坡補(bǔ)償模塊對(duì)驅(qū)動(dòng)電 路模塊的電流檢測(cè)回路進(jìn)行補(bǔ)償，通過斜坡補(bǔ)償模塊的振蕩電路對(duì)驅(qū)動(dòng)電路 模塊檢測(cè)到的工作電流的上升斜率作相關(guān)修正，使單端反激式電路工作穩(wěn)定。
本實(shí)施例中，單端反激式電路，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律和公式(2)得 到公式(3 ):
Np =Vin*D/Bs*Ae*F ( 3 )
其中，Np表示變壓器Tl初級(jí)線圈匝數(shù)，Vin表示變壓器Tl的輸入電壓，D 表示功率M0S管Q1單周期開通時(shí)間與系統(tǒng)工作周期之比即占空比，Bs表示變壓 器T1的磁芯飽和磁通密度，Ae表示變壓器Tl磁芯有效截面積，F(xiàn)表示單端反激 式電路的工作頻率。根據(jù)公式(3)得到在F、 Bs、 D和Ae等參數(shù)確定的情況下， 變壓器Tl的初級(jí)線圏匝數(shù)Np隨Vin的降低而減少。
本發(fā)明采用30V直流電源供電，采用EI35磁芯，實(shí)現(xiàn)變壓器T1的初級(jí)線圈 和次級(jí)線圈分別僅需12匝和95匝就能產(chǎn)生穩(wěn)定的2000V、 30mA高壓輸出。由于 變壓器T1的次級(jí)線圈的繞制匝IW艮小，故可以采用單槽^磁芯骨架繞制，單槽 ^磁芯骨架的繞制結(jié)構(gòu)如圖3所示，初級(jí)線圈起點(diǎn)為同名端2，次級(jí)線圈同名端l 為次級(jí)線圈末端，次級(jí)線圈的同名端l (即高壓輸出端)繞制在次級(jí)線圈的最 外層出線端位置，保證變壓器T1的初級(jí)線圈、次級(jí)線圏相鄰繞組匝間電位差 最小，降低了初級(jí)線圈、次級(jí)線圈間絕緣要求。
2000V高壓輸出使次級(jí)線圈繞組匝間峰值電壓可能高達(dá)1000-2000V,本發(fā)
明采用高壓聚脂膜絕緣線進(jìn)行繞制，避免采用傳統(tǒng)漆包線由于匝間耐壓值較 低而產(chǎn)生絕緣擊穿問題。由于次級(jí)線圈的繞制圈數(shù)較小，采用單槽^茲芯即可 完成繞制，減小了變壓器T1的體積，增強(qiáng)變壓器T1初次級(jí)耦合，降低變壓器 Tl初次級(jí)漏感(漏感小于5%)，提高整個(gè)單端反激式電路工作能量轉(zhuǎn)換效率 高達(dá)73%。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，
凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接 或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種直流高壓電源，采用單端反激式電路，單端反激式電路包括驅(qū)動(dòng)電路模塊、功率模塊和變壓器模塊，驅(qū)動(dòng)電路模塊與功率模塊電連接控制功率模塊的占空比，功率模塊驅(qū)動(dòng)變壓器模塊輸出高壓電壓，其特征在于，所述功率模塊的占空比大于0.5，所述單端反激式電路還包括斜坡補(bǔ)償模塊，斜坡補(bǔ)充模塊分別與功率模塊和驅(qū)動(dòng)電路模塊電連接，所述高壓變壓器模塊的次級(jí)線圈采用高壓聚脂膜絕緣線。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流高壓電源，其特征在于，所述斜坡補(bǔ)償模 塊采用電容、電容與電阻組合或者是三極管與電容及電阻組合。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流高壓電源，其特征在于，所述高壓變壓器 模塊采用單槽骨架^f茲芯繞制。
全文摘要
本發(fā)明提供一種直流高壓電源，采用單端反激式電路，單端反激式電路包括驅(qū)動(dòng)電路模塊、功率模塊和變壓器模塊，驅(qū)動(dòng)電路模塊與功率模塊電連接控制功率模塊的占空比，功率模塊驅(qū)動(dòng)變壓器模塊輸出高壓電壓，功率模塊的占空比大于0.5，單端反激式電路還包括斜坡補(bǔ)償模塊，斜坡補(bǔ)償模塊分別與功率模塊和驅(qū)動(dòng)電路模塊電連接，高壓變壓器模塊的線圈采用高壓聚脂膜絕緣線。本發(fā)明提供的直流高壓電源，次級(jí)線圈的繞制圈數(shù)較小，線圈發(fā)熱少，能量轉(zhuǎn)換效率高。
文檔編號(hào)H02M3/24GK101471607SQ20071030836
公開日2009年7月1日 申請(qǐng)日期2007年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月29日
發(fā)明者徐文輝, 鄭廣如 申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司