專利名稱：一種高效率線性高壓穩(wěn)壓電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電源電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高效率線性高壓穩(wěn)壓電源。
背景技術(shù)：
電源是以電力電子為核心的技術(shù)產(chǎn)品，目前主要有線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源兩種，根據(jù)需要不同進(jìn)行選擇性的應(yīng)用。線性穩(wěn)壓電源需要將功率器件調(diào)整管工作在線性區(qū)，靠調(diào)整管之間的電壓降來穩(wěn)定輸出。由于損耗大，需要大的散熱器來散熱。因此體積較大，但是該類電源穩(wěn)定性高，紋波小，可靠性高，線性度好，輸出連續(xù)可調(diào)。開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源電路形式主要有單端反激式，單端正激式，半橋式，推挽式和全橋式。優(yōu)點(diǎn)是體積小，穩(wěn)定性好，但是相對于線性電源而言，紋波較大。因此，對于要求電源線性度好，紋波小，輸出可調(diào)等性能，應(yīng)選擇線性穩(wěn)壓電源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高效率線性高壓穩(wěn)壓電源，在達(dá)到較高穩(wěn)定性的同時(shí)，能夠更好的減小輸出電壓的紋波，使線性度更優(yōu)，增大輸出電壓的范圍。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案為:一種高效率線性高壓穩(wěn)壓電源，該穩(wěn)壓電源主要由兩部分電路構(gòu)成，第一部分電路將輸入的交流工作電壓進(jìn)行整流，濾波，從而使輸入第二部分電路的 電壓變?yōu)橹绷麟妷海坏诙糠蛛娐返腜MOS管IRF9640用來調(diào)節(jié)輸出電壓，TL431作為基準(zhǔn)電壓源，相當(dāng)于參考電壓源，整個(gè)反饋回路由運(yùn)算放大器0PA2227構(gòu)成，加入PID控制，用于穩(wěn)定輸出電壓，輸出電壓由反饋電阻以及基準(zhǔn)電壓源決定，并且第二部分電路還加入了保護(hù)電路，電平移位、驅(qū)動(dòng)和放大用的三極管電路輔助電路，使其輸出電壓紋波小，線性度優(yōu)，輸出電壓范圍大，體積小及可以調(diào)節(jié)輸出電壓大??；其中:第一部分電路中的分立變壓器將220V的交流工作電壓降壓為VI，經(jīng)過全橋整流，然后經(jīng)過電容濾波，去除脈動(dòng)電壓中的交流成分和大的紋波，轉(zhuǎn)化為直流電壓V2，V2作為第一部分電路的輸出電壓，同樣也作為第二部分電路的輸入電壓；第二部分電路中的電阻R1，R2和電容Cl起保護(hù)作用，防止IRF9640電流過大；R4，R5，R6，R7，C4為限功耗電路，防止IRF9640功耗過大，引起溫度過高，從而影響電路的穩(wěn)定性；二極管D2，D3，D4為保護(hù)二極管，運(yùn)算放大器0PA2227構(gòu)成反饋回路，在運(yùn)放的輸入輸出端加上C4，C5，Rll, R12構(gòu)成PID控制電路，用來穩(wěn)定輸出電壓；TL431為參考電壓源，與R18，R19，R20共同決定輸出電壓的大小，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的阻值即可調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。其中，采用IRF9640，TL431等分立器件的方式設(shè)計(jì)電路。相比于集成方式而言，該電源結(jié)構(gòu)簡單，體積小，輸出電壓范圍大，線性度更好。其中，采用TL431作為基準(zhǔn)電壓源，運(yùn)算放大器0PA2227構(gòu)成反饋回路，在反饋回路中加入PID控制電路，保護(hù)電路，電平移位、驅(qū)動(dòng)和放大用的三極管電路輔助電路，從而使輸出電壓的穩(wěn)定性更好，線性度更優(yōu)，紋波更小。本發(fā)明的原理在于:該電源的工作如下:將220V的電壓通過隔離變壓器轉(zhuǎn)換成幾十伏或者幾百伏的電壓，通過第一部分整流濾波電路，將交流電壓變成直流電壓，該直流電壓作為第二部分電路的輸入電壓，供PMOS管IRF9640調(diào)節(jié)輸出電壓，運(yùn)算放大器0PA2227構(gòu)成反饋回路，加入PID控制電路，穩(wěn)定輸出電壓，TL431作為并聯(lián)調(diào)節(jié)基準(zhǔn)電壓源，起到基準(zhǔn)電壓的作用，輸出電壓由電阻R18，R19，R20以及基準(zhǔn)電壓源決定。還加入保護(hù)電路，限功耗電路等輔助電路提高線性高壓穩(wěn)壓電源的性能。優(yōu)選的，所述的采用IRF9640，TL431等分立器件設(shè)計(jì)電路的方式。相比于集成方式而言，該電源結(jié)構(gòu)簡單，體積小，輸出電壓范圍大，線性度好。優(yōu)選的，所述的采用TL431作為基準(zhǔn)電壓源，運(yùn)算放大器0PA2227構(gòu)成反饋回路，在反饋回路中加入PID控制電路，保護(hù)電路，限功耗電路等輔助電路，使得輸出電壓的穩(wěn)定性更好，線性度更優(yōu)，紋波更小。采用線性電源分立器件的方式設(shè)計(jì)電路，可以為放大電路，驅(qū)動(dòng)電路等提供高壓穩(wěn)壓源。本發(fā)明主要由兩部分電路構(gòu)成，第一部分將輸入的交流工作電壓進(jìn)行整流，濾波，從而使輸入第二部分電路的電壓變?yōu)橹绷麟妷海坏诙糠质请娐返暮诵?，PMOS管IRF9640用來調(diào)節(jié)輸出電壓，TL431作為基準(zhǔn)電壓，相當(dāng)于參考電壓源，整個(gè)反饋回路由運(yùn)算放大器0PA2227構(gòu)成，加入PID控制，用于穩(wěn)定輸出電壓，輸出電壓由反饋電阻以及基準(zhǔn)電壓源決定，并且第二部分電路還加入了保護(hù)電路，限制功耗電路等輔助電路，使其輸出電壓紋波小，線性度優(yōu)，體積小，輸出電壓范圍大，及可以調(diào)節(jié)輸出電壓大小等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:線性度好，紋波小，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，輸出可以從幾十伏到幾百伏，具有很強(qiáng)的通用性，制造成本相對較低。


圖1為本發(fā)明的一種高效率線性高壓穩(wěn)壓電源的基本原理框圖；圖2為本發(fā)明第一部分電路設(shè)計(jì)原理圖；圖3為本發(fā)明第二部分電路設(shè)計(jì)原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例具體說明本發(fā)明。參考圖1所示的一種高效率線性高壓穩(wěn)壓電源的基本原理框圖。本發(fā)明實(shí)施例采用線性電源分立器件的方式設(shè)計(jì)電路，該電路具有紋波小，線性度優(yōu)，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，輸出電壓范圍大等特點(diǎn)，可以為放大電路，驅(qū)動(dòng)電路等提供高壓穩(wěn)壓源。本發(fā)明主要由兩部分電路構(gòu)成，第一部分將輸入的交流工作電壓進(jìn)行整流，濾波，從而使輸入第二部分電路的電壓變?yōu)橹绷麟妷?；第二部分是電路的核心，PMOS管IRF9640用來調(diào)節(jié)輸出電壓，TL431作為基準(zhǔn)電壓，相當(dāng)于參考電壓源，整個(gè)反饋回路由運(yùn)算放大器0PA2227構(gòu)成，加入PID控制，用于穩(wěn)定輸出電壓，輸出電壓由反饋電阻以及基準(zhǔn)電壓源決定，并且第二部分電路還加入了保護(hù)電路，限制功耗電路等輔助電路，使其輸出電壓紋波小，線性度優(yōu)，輸出電壓范圍大，體積小及可以調(diào)節(jié)輸出電壓大小等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明技術(shù)通用性強(qiáng)，可以方便用于高壓穩(wěn)壓電源。參考圖2所示，分立變壓器將220V的交流工作電壓降壓為Vl，經(jīng)過全橋整流，然后經(jīng)過電容濾波，去除脈動(dòng)電壓中的交流成分和大的紋波，轉(zhuǎn)化為直流電壓V2，V2作為第一部分電路的輸出電壓，同樣也作為第二部分電路的輸入電壓。參考圖3所示，接點(diǎn)I處的電壓為V2，在接點(diǎn)I和接點(diǎn)2之間并聯(lián)電阻Rl，R2和電容Cl ;在接點(diǎn)2和接點(diǎn)7之間并聯(lián)晶體管IRF9640，電阻R3，保護(hù)二極管Dl ;電阻Rl，R2和電容Cl起保護(hù)作用，防止IRF9640電流過大。接點(diǎn)3和接點(diǎn)4之間連接電阻R4，R5，R6，R7,以及電容C2，用來限制電路的功耗，防止IRF9640功耗過大，引起溫度過高，從而影響電路的穩(wěn)定性。接點(diǎn)4和接點(diǎn)5之間接入三極管MPSA42。接點(diǎn)5和接點(diǎn)6之間接入保護(hù)二極管1N4148，保護(hù)三極管MPSA42正常工作。接點(diǎn)6和地之間接入電阻R8，R8決定了 MPSA42的工作電流大小。0PA2227構(gòu)成反饋回路，其中A單元電路輸出端與MPSA42的基極之間并聯(lián)接入電容C3和電阻RIO。A單元的反相輸入端與輸出端接入C4，C5，R11，在接點(diǎn)12和接點(diǎn)13間接入電阻R12。C4，C5，R11，R12構(gòu)成PID控制電路，用來穩(wěn)定輸出電壓。正相輸入端接入以TL431為核心的基準(zhǔn)電源，其主要起基準(zhǔn)電壓作用，以并聯(lián)穩(wěn)壓的方式工作。在TL431外圍接入電阻和電容輔助其正常工作。二極管D2，D3，D4同樣起保護(hù)作用。0PA2227的B單元電路反相輸入端與輸出端直接連接，構(gòu)成一個(gè)電壓跟隨器。接點(diǎn)16和接點(diǎn)19之間接入電阻R18，R19，接點(diǎn)16與地之間接入電阻R20，這三個(gè)電阻決定了輸出電壓的大小。電容C6和C7與輸出端連接，主要起去除噪聲作用。該電路原理簡單，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，實(shí)用性強(qiáng)。總之，本發(fā)明采用分立器件的方式，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，IRF9640，TL431，0PA2227的組合使得電路的穩(wěn)定性更好，輸出電壓大小可調(diào)，紋波小，線性度好，實(shí)用性強(qiáng)。以上所述僅是 本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種高效率線性高壓穩(wěn)壓電源，其特征是:該穩(wěn)壓電源主要由兩部分電路構(gòu)成，第一部分電路將輸入的交流工作電壓進(jìn)行整流，濾波，從而使輸入第二部分電路的電壓變?yōu)橹绷麟妷海坏诙糠蛛娐返腜MOS管IRF9640用來調(diào)節(jié)輸出電壓，TL431作為基準(zhǔn)電壓源，相當(dāng)于參考電壓源，整個(gè)反饋回路由運(yùn)算放大器0PA2227構(gòu)成，加入PID控制，用于穩(wěn)定輸出電壓，輸出電壓由反饋電阻以及基準(zhǔn)電壓源決定，并且第二部分電路還加入了保護(hù)電路，電平移位、驅(qū)動(dòng)和放大用的三極管電路輔助電路，使其輸出電壓紋波小，線性度優(yōu)，輸出電壓范圍大，體積小及可以調(diào)節(jié)輸出電壓大小；其中: 第一部分電路中的分立變壓器將220V的交流工作電壓降壓為VI，經(jīng)過全橋整流，然后經(jīng)過電容濾波，去除脈動(dòng)電壓中的交流成分和大的紋波，轉(zhuǎn)化為直流電壓V2，V2作為第一部分電路的輸出電壓，同樣也作為第二部分電路的輸入電壓； 第二部分電路中的電阻Rl，R2和電容Cl起保護(hù)作用，防止IRF9640電流過大；R4，R5，R6，R7，C4為限功耗電路，防止IRF9640功耗過大，引起溫度過高，從而影響電路的穩(wěn)定性；二極管D2，D3，D4為保護(hù)二極管，運(yùn)算放大器0PA2227構(gòu)成反饋回路，在運(yùn)放的輸入輸出端加上C4，C5，R1LR12構(gòu)成PID控制電路，用來穩(wěn)定輸出電壓；TL431為參考電壓源，與R18，R19，R20共同決定輸出電壓的大小，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的阻值即可調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效率線性高壓穩(wěn)壓電源，其特征是:采用IRF9640，TL431等分立器件的方式設(shè)計(jì)電路。相比于集成方式而言，該電源結(jié)構(gòu)簡單，體積小，輸出電壓范圍大，線性度更好。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效率線性高壓穩(wěn)壓電源，其特征是:采用TL431作為基準(zhǔn)電壓源，運(yùn)算放大器0PA2227構(gòu)成反饋回路，在反饋回路中加入PID控制電路，保護(hù)電路，電平移位、驅(qū)動(dòng)和放大用的三極管電路輔助電路，從而使輸出電壓的穩(wěn)定性更好，線性度更優(yōu)，紋波更 小。
全文摘要
本發(fā)明是一種高效率線性高壓穩(wěn)壓電源，主要由兩部分電路構(gòu)成，第一部分將輸入的交流工作電壓進(jìn)行整流，濾波，從而使輸入第二部分電路的電壓變?yōu)橹绷麟妷?；第二部分是電路的核心，PMOS管IRF9640用來調(diào)節(jié)輸出電壓，TL431作為基準(zhǔn)電壓，相當(dāng)于參考電壓源，整個(gè)反饋回路由運(yùn)算放大器OPA2227構(gòu)成，加入PID控制，用于穩(wěn)定輸出電壓，輸出電壓由反饋電阻以及基準(zhǔn)電壓源決定，并且第二部分電路還加入了保護(hù)電路，電平移位、驅(qū)動(dòng)和放大用的三極管電路等輔助電路，使其輸出電壓紋波小，線性度優(yōu)，輸出電壓范圍大，體積小及可以調(diào)節(jié)輸出電壓大小等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明技術(shù)通用性強(qiáng)，采用線性電源分立器件的方式設(shè)計(jì)電路，可以為放大電路，驅(qū)動(dòng)電路等提供高壓穩(wěn)壓源。
文檔編號H02M1/14GK103236781SQ20131013814
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月21日
發(fā)明者胡博, 唐小萍, 胡志成 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所