便攜式小型高壓開關電源設計分析

摘 要 隨著科技的進步，高壓直流電源廣泛用于光學儀器、醫療、激光等設備。傳統的直流高壓電源電路中的電源變換效率低，體積和重量大，不能保證使用效果。為此，本文對高壓開關電源進行改良，將電源的核心部分設置成高頻逆變單元，引入SCR單端逆變技術，并通過高壓測量單元和倍壓整流單元構成的升壓電路，實現高壓電源的高效率的變換、升壓及電壓控制。

【關鍵詞】便攜式 小型 高壓 開關電源 設計

技術的進步帶動了高壓電源的項目發展，高壓開關電源是新興的科技型電源，主要的設計原理和應用憑據就是電源逆變技術，特點就在于具有相應的動靜態特性以及節能性。

1 高壓電源

1.1 高壓電源內涵分析

高壓電源，主要分為直流高壓電源以及交流高壓電源。其中，直流高壓電源主要分為線性高壓電源以及開關型調整高壓電源。傳統的線性高壓電源主要工作范圍在工頻區，雖然能達到一定的穩定度，但是由于其功率器件的線性條件，就導致其工作頻率不能過高，相對應的功率損耗也非常大。而高壓開關電源利用的最新型的變頻技術，能有效規避相應的問題，在提升功率實用效率的同時，也實現了功率的最優化使用。

1.2 高壓電源系統結構和原理

高壓電源系統在運行過程中主要依賴的是五項基本的參數和項目，其中包括輔助電源、逆變單元結構、倍壓整流單元結構、脈沖振蕩控制單元結構以及脈沖振蕩控制單元結構。具體的結構見圖1。

在對實際電路設計的過程中，要針對電源主電路工作原理進行有效的分析，具體的電路原理見圖2。

如圖3所示，主要的逆變電路主要由IRFP450以及高頻變壓器T組成，而周圍的脈沖振蕩電路則是由脈寬調制結構TL494以及元件構成，為了能夠更好的調節脈寬，必須要重視脈寬調節控制，也就是PWM，通過微處理器將數字輸出，再對相關模擬電路加以控制，同時，還要優化通信功率控制工作，進而提升領域內應用效率。并且，系統中倍壓整流電路的基礎運行模式是半壁逆對稱式，在電源電路原理圖中R5以及R6是測量電阻數值以及負載電阻數值的元件。

2 高壓電源開關控制保護原理以及性能測試

2.1 高壓電源開關控制及保護電路原理

高壓電源的開關控制和保護原理，主要是針對高壓電源整體的電壓進行有效的輸出和保護，要求對電壓進行集中的采樣，并通過相應的反饋電路去控制相應震蕩模塊，有效的保護和管理實際元件中相應的輸入電壓、顯示電壓以及控制電壓。在建立相應的結構時，能保證通過高頻變壓器進行高壓的輸出。并對電壓信號進行集中取樣，利用電流信號進行電阻取樣，并且保證將負載電流及時轉化為電壓信號。

2.2 高壓電源開關性能測試

2.2.1 高壓電源開關性能測試之特性測試

要保證對正常負載情況的電流以及電壓進行有效的特性測試，保證對其頻率、輸出電壓、輸出電流、輸入電壓以及工作效率進行有效的數據收集和匯總，例如：頻率為9.26的情況下，輸入電壓10.20V、輸出電壓18.00kV、輸出電流0.17mA；輸入電壓20.50V、輸出電壓41.40kV、輸出電流0.40mA。前者的工作效率為62.2%，后者的效率為77.2%，效率明顯升高，并且若是相應數值繼續增大，則效率呈現出的也是正比例趨勢。

2.2.2 高壓電源開關性能測試之關鍵點波形測試

在進行此測試時，相應的管理人員要集中關注陽極電壓波形以及觸發脈沖，對相應波形進行分析的過程中，強化整體變壓器電壓波形的運行機制。

2.2.3 高壓電源開關性能測試之紋波系數測試

對于紋波系數的研究就要建立有效的公式，并且按照相應的標準和實際情況建立相應的換算機制，要滿足輸出電壓的紋波系數公式，

。

2.2.4 高壓電源開關性能測試之電源帶負載能力測試

對于高壓電源來說。其負載能力是最基本的技術評價指標，相應的管理人員要建立集中的管理機制和管理措施，保證對其相應的負載電阻功率建立合理化的元件要求，若是利用功率為10W，而阻值為5MΩ的電阻，建立相應的研究模型，就能直接測算相應的模擬負載，利用相應的方式對整體電源的負載能力進行集中的測試，再與輸出特性進行有效的比較。

2.3 小型高壓電源開關測試實驗結果

在系統運行開始之后，相應的設備在要對輸出電壓以及步長值進行集中的給定，并且建立相應的項目分析機制，以實現有效的信息處理匯總，從而建立有效的輸入顯示，保證相應管理人員能及時了解整體結構的運行情況。然后要進行相應的PID調節，保證對數值進行集中的處理和分析，然后通過D/A輸出，直接作用于相應的設備上，保證高壓發生電路能對A/D進行數據采樣，利用過壓電流進行有效的數據判斷，若是顯示相應值，則利用報警顯示直接連接相應設備，若是顯示值不同，則通過輸出顯示回復到PID調節環節，只有保證相應的項目運行負荷系統主程序流程，才能保證分析的結構具有相應的實效性。

本文以12支100MΩ的電阻串聯為例，建立相應高壓環境，負載電阻則是10支10MΩ的電阻串聯，在進行測試后，對電壓和電流的關系進行集中的分析。并且結合電壓波紋系數公式進行有效的測算，可以得出相應的數值結論，若是整體系統的實際負載情況正常，在利用電壓和電流相應關系的過程中，電源能實現有效的連續可調，并且保證輸出電流維系在0-1mA，而相應的波紋系數就要保證在0.3%以下，整體效率維系在75%以上。

3 結束語

在實際小型高壓開關電源設計過程中，相應的設計人員要集中關注必要的設計參數，建立有效的項目分析機制，保證整體結構和運行項目的完整性，要以基礎的項目設計理論為依托，建立有效的設計思路，真正運行具有時效性的項目處理方案，進一步推動整體高壓電力項目的發展。

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作者單位

廣州城市職業學院 廣東省廣州市 510405