工程師技術(shù)分享：基于BUCK調壓的小功率高壓電源

如圖14所示，輸入高頻變壓器的電壓為交流70V，通過(guò)變比為30的高頻變壓器輸出電壓升高為2kV左右，再通過(guò)八倍壓整流電路，最后輸出電壓15kV左右。

控制電路

按常規閉環(huán)設計思想，閉環(huán)的反饋電壓應取自輸出電壓，但課題中高壓電源的輸出電壓高達15KV，那么，當反饋電壓取自輸出電壓時(shí)，這勢必對采樣隔離電路提出較高的絕緣要求，在實(shí)際中會(huì )難于實(shí)現，也會(huì )增加電源的制作成本?？紤]到以上情況，課題中的閉環(huán)設計的采樣電壓取自BUCK電路的輸出電壓。

根據經(jīng)驗選取，PI調節器的運算放大器選用LM7131B/NS,比較器選用LM339。R1=20K，R2 =100K，C=5n。

PSPICE中閉環(huán)電路原理圖，如圖15所示。

通過(guò)PSPICE仿真得到如圖16波形：

如圖所示，當基準電壓Vref=-2V時(shí)，輸出直流12V左右，當基準電壓Vref =-2.5V時(shí)，輸出直流電壓15V左右，可見(jiàn)通過(guò)調節基準電壓Vref 的值，可以實(shí)現本設計0-15KV大范圍可調。如圖可見(jiàn)，電壓閉環(huán)驅動(dòng)控制下輸出電壓的波形符合設計技術(shù)參數要求。

由前面波形可以看出，閉環(huán)電路可以正常工作，在加輸入擾動(dòng)后可以基本實(shí)現調節的無(wú)凈差。到此基本完成課題設計中高壓電源的原理設計，下面給出實(shí)際電路中的芯片控制驅動(dòng)。

結論

本文介紹的一種基于BUCK調壓的小功率高壓電源，其特點(diǎn)是：①采用了倍壓電路，減小了變壓器的變比，使其在工藝和制造上成為可能，并且能夠在一定條件下實(shí)現零電流軟開(kāi)關(guān)，從而大大減小了開(kāi)關(guān)損耗;②該電源可以工作在110V、220V不同電壓下，因為開(kāi)拓了國內外市場(chǎng);③該拓撲結構簡(jiǎn)單，易于實(shí)現;④該電源利用了DSP，實(shí)現了數字PI的實(shí)時(shí)控制，因而能良好的工作且實(shí)現遠程通信。

課題設計主要在PSPICE軟件中完成，首先分析了高壓電源系統各個(gè)環(huán)節的基本工作原理和仿真優(yōu)化，其次，在開(kāi)環(huán)設計的基礎上進(jìn)行了系統的閉環(huán)設計，調節電路各個(gè)參數使閉環(huán)系統的各項指標均達到要求，并且在存在擾動(dòng)的情況下可以實(shí)現閉環(huán)系統的無(wú)凈差調節。

通過(guò)課題高壓電源的設計過(guò)程，可以得到以下結論：

①針對系統要求輸出電壓為0-15KV，且輸出功率為15W的情況，選用BUCK調壓電路與橋式逆變電路相組合得到高頻脈沖電壓，后經(jīng)過(guò)高頻變壓器和倍壓電路完成升壓和整流作用。

②BUCK閉環(huán)環(huán)節使用光電耦合器HCNR201進(jìn)行電壓采樣隔離，MOSFET的隔離驅動(dòng)使用HCPL4504和UCC27321共同完成，保證驅動(dòng)電路工作的有效性和安全性。

③逆變電路的控制電路由芯片SG3535和IR2110共同完成。SG3525控制器集成了過(guò)壓保護、過(guò)流保護、軟啟動(dòng)、欠電壓鎖定、擊穿短路保護等功能保證控制信號的準確性。SG3525輸出的PWM信號通過(guò)兩片IR2110后驅動(dòng)逆變電路的兩個(gè)橋臂，這保證了驅動(dòng)信號間的死去時(shí)間，防止橋臂的直通現象。