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一种小功率高压电源的设计

文章出处: 人气:发表时间:2019-04-03 14:14

一、引言

  高压电源,又名高压发生器,英文:High voltage power supply,一般是指输出电压在五千伏特以上的电源,一般高压电源的输出电压可达几万伏,甚至高达几十万伏特或更高。我们通常所说的高压电源,一般泛指直流高压电源,直流高压电源又有线性调整高压电源和开关型调整高压电源两种。其技术发展方向主要有两个,一是提高电源功率,即高电压、高电流;二是缩小电源体积,即高电压,小体积,缩小电源的体积主要是提高电源的开关频率。高功率电源,往往体积较大,而小体积电源,往往电流较小,功率较低。除此之外,高转换效率,高负载,高精度,低纹波,也是高压电源设计者的研究方向。

    高压电源已经被广泛地应用?医学、工业无损探伤、车站、海关检验等检测设备中,也广泛应用于诸如雷达发射机、电子航空图显示器等军事领域。传统的高压电源体积大、笨重,严重影响了所配套设备的发展。目前的高压电源多采用开关电源形式,大大降低了体积重量,增加了功率,提高了效率。特别是高压小功率开关电源,几乎都是开关电源结构。本文所讨论的高压小功率开关电源,是为X射线电视透视系统配套设计的。这种系统是对原始X射线设备的改进,它增加一个叫做图像增强器的设备。这种设备采用电极对电子进行加速和聚焦,因而需要与之相配套的小功率高压电源。


  二、方案选择

  1.用途

  高压电源用途很多,主要包括了X光机高压电源,激光高压电源,光谱分析高压电源,无损探伤高压电源,半导体制造设备高压电源,毛细管电泳高压电源,无损检测高压电源,半导体技术中的粒子注入高压电源、物理汽相沉积高压电源(PVD),纳米光刻高压电源,用于离子束沉积、离子束辅助沉积、电子束蒸发、电子束焊接、离子源、直流磁控反应溅射、玻璃/织物镀膜、辉光放电、微波处理高压电容测试、CRT显示器测试、高压电缆故障测试(PD tesTIng)、TWT测试、H-POT测试。粒子加速器、自由电子激光、中子源、回旋加速源器、电容电感脉冲发生网络、Marx高压脉冲发生器、电容充电器。微波加热、射频放大、纳米技术应用、静电技术应用、静电纺丝制备纳米纤维,核仪器用高压电源等的高压电源产品。

    小功率高压电源最常用的例子是电视机的阳极高压发生器,它将几十伏的直流电源,通过功率变换和高压变压器升压,再整流滤波,变为高压输出;另一个应用实例是负离子发生器,常采用晶闸管调压方式。以上两种调压方式都需要一台单独可调的辅助电源,即高、低压组合方式。这样便加大了电源的体积和复杂程度。加之,由于电路结构形式的不同,它们的输出电压范围的调节很有限,需要大范围调节时,只能通过改变供电电压来实现。而X射线增强器的主路电压调节范围近10kV,上述电路形式很难满足要求。本文采用的半桥谐振式开关电源,成功地解决了以上问题。


  三、技术指标

  输入电压    220(1±10%)V,(50±0.5)Hz;或宽范围输入电压180~250V。

  输出电压/电流

  阳极(正)电压/电流

  标称值              +25kV/1mA,

  电压范围            +23kV~+32kV;

  标称值              +7.35kV/200μA,

  电压范围            +6.0kV~+7.8kV;

  标称值              +0.985kV/200μA;

  电压范围            +0.8kV~+1.1kV;

  阴极(负)电压/电流

  标称值              -0.75kV/500μA;

  电压范围            -0.5kV~-1kV。

  以上4路电压连动输出。

  稳定度            1%。

  工作温度范围    0℃~+40℃。

  存贮温度范围    -40℃~+55℃。

  外形尺寸        160mm&TImes;135mm&TImes;43mm。

  图像增强器的电极在加工时不可避免存在有毛刺,在高电压下尖端放电击穿打火。要把毛刺烧掉,需要有较大的电流。这样,一方面要求电源输出功率设计得更要大些,另一方面应有完善的保护措施。


  四、系统框图及工作原理

  25kV小型化高压电源的系统框图如图1所示。

 

图1    系统框图

  输入的市电经净化滤波后整流成300V左右的直流电压加到半桥电路的MOS管上。控制电路由最常用SG3525芯片组成。控制电路通过高压部件反馈绕组检测输出电压的变化量,产生激励脉冲去驱动功率MOS场效应管,实现稳压输出。

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