带有软启功能的高精度正负对称输出高压电源电路的制作方法

本实用新型涉及一种应用于对爆炸物、毒品、放射性等违禁物质非法运输进行监测的安检领域的带有软启功能的高精度正负对称输出高压电源电路。

背景技术：

目前市场上的正、负输出的高压电源，在制作工艺上，变压器高压次级大多采用两个独立绕组，正、负分别输出的方式，实现正、负高压输出。在变压器生产绕制过程中，两个高压绕组间需要进行有效的的绝缘处理，以确保电源性能要求，为此变压器的尺寸会有增加。由于是两个高压绕组，故存在着正、负高压输出对称度差的问题。因其应用领域的特殊性，输出的正、负高压对称度差，会导致仪器检测结果误差增大，甚至误判。另外，高压电源通常开机启动时，输出高压有上冲现象，过高的电压可能会导致精密监测仪器的损伤。因此市场对体积小、输出对称性好、启动高压上冲小的正负对称输出高压电源需求越来越大。

技术实现要素：

鉴于现有技术的不足，本实用新型提供一种体积小、对称性好、高压启动过冲小带有软启功能的高精度正负对称输出高压电源电路。

本实用新型为实现上述目的，所采取的技术方案是：一种带有软启功能的高精度正负对称输出高压电源电路，包括电压反馈电路，其特征在于：还包括驱动控制及软启动电路、高压输出及过流保护电路，所述驱动控制及软启动电路分别与高压输出及过流保护电路、电压反馈电路连接，所述高压输出及过流保护电路与电压反馈电路连接；

具体电路连接为：所述驱动控制及软启动电路中，供电输入+Vin分别接电阻R1和R31的一端、电感L1的一端，电感L1的另一端分别接电容C21的正极、电容C13的一端、变压器TRF初级绕组Lp的同名端a脚，电容C21的负极接输入地GND，电容C13的另一端通过电阻R7分别接MOS三极管T1的漏极、变压器初级绕组Lp的异名端b脚，电阻R31的另一端分别接基准源U3的阴极1脚、电容C24的一端，并作为基准输出端Vref，基准源U3的阳极3脚与电容C24的另一端相连后接输入地GND，控制芯片U1的电源端8脚分别接电阻R2和R4的一端、电阻R1的另一端、二极管D1的负极、电容C23的正极，并作为内部供电端Vcc引出，电容C23的负极与二极管D1的正极相连后接输入地GND，控制芯片U1的放电端7脚分别接电阻R3的一端、电阻R2的另一端，控制芯片U1的触发端2脚与阈值端6脚相连后分别接电容C22的一端、电阻R3的另一端，控制芯片U1的复位端4脚分别接电阻R4的另一端、三极管T2的集电极，启停控制端R/S通过电阻R5分别接电容C25的一端、三极管T2的基极，控制芯片U1的电压控制端5脚分别接电容C26的一端、三极管T5的发射极、电压反馈电路中二极管D5的正极，控制芯片U1的接地端1脚分别与电容C22和C25和C26的另一端、三极管T2的发射极相连后接输入地GND，电阻R6与二极管D2并联，控制芯片U1的输出端3脚接二极管D2的负极，二极管D2的正极分别接电容C14的一端、MOS三极管T1的栅极，电容C14的另一端接输入地GND，电阻R11和二极管D3并联，二极管D3的负极接内部供电端Vcc，二极管D3的正极分别接电容C20的正极、二极管D4的负极，二极管D4的正极接三极管T5的基极，三极管T5的集电极与电容C20的负极相连后接输入地GND；

所述高压输出及过流保护电路中，变压器TRF次级绕组Ls的异名端1脚分别接电容C1和C7的一端，电容C1的另一端分别接二极管D7的负极、二极管D8的正极、电容C3的一端，电容C3的另一端分别接二极管D9的负极、二极管D10的正极，电阻R21与电容C28并联，电容C5和C6串联，电容C6的一端分别接电容C28和C2的一端、二极管D7的正极、电阻R14的一端，电容C2的另一端分别接二极管D8的负极、二极管D9的正极、电容C4的一端，电容C4的另一端分别接二极管D10的负极、电阻R17的一端，电容C5的一端分别接电阻R18的一端、电阻R17的另一端、电压反馈电路中电阻R30的一端，电阻R18的另一端接正高压输出端+HV，电容C7的另一端分别接二极管D12的负极、二极管D11的正极、电容C9的一端，电容C9的另一端分别接二极管D14的负极、二极管D13的正极，电阻R22与电容C29并联，电容C11和C12串联，电容C12的一端分别接电容C29和C8的一端、二极管D11的负极、电阻R12和R15的一端、变压器TRF次级绕组Ls的同名端2脚，电容C28和C29的另一端相连后接输出地HGND，电容C8的另一端分别接二极管D13的负极、二极管D12的正极、电容C10的一端，电容C10的另一端分别接二极管D14的正极、电阻R19的一端，电容C11的一端分别接电阻R20和R16的一端、电阻R19的另一端，电阻R20的另一端接负高压输出端-HV，电阻R15和R16的另一端相连，电阻R32与电容C15串联，电阻R14的另一端分别接电阻R13和R32的一端、放大器U2B的反相输入端6脚，电阻R13的另一端接内部基准端Vref，电阻R12的另一端接放大器U2B的同相输入端5脚，放大器U2B的输出端7脚分别接电容C15和电阻R10的一端，电阻R10的另一端接三极管T4的基极，电阻R9的一端分别接电阻R8的一端、驱动控制及软启动电路中MOS三极管T1的源极，电阻R8的另一端接输入地GND，电阻R9的另一端分别接电容C16的一端、三极管T3的基极，三极管T3和T4的集电极相连后接驱动控制及软启动电路中控制芯片U1的电压控制端5脚，三极管T4的发射极分别与电容C16的另一端、三极管T3的发射极相连后接输入地GND。

本实用新型的有益效果是：变压器高压次级采用单个绕组，加以不同的倍压整流输出方式，实现正、负对称高压输出；降低了变压器绕制的难度，减小了变压器的尺寸；在一定输出负载范围内，实现了正、负高压输出的高对称性；增加了控制电路的开机软启动功能，减小了输出高压的启动过冲现象，提高了电源的可靠性；过载保护迅速，具有输入和输出电流的双过流保护功能。

附图说明

图1为本实用新型的连接框图；

图2为本实用新型电源电路的原理图。

具体实施方式

如图1、2所示，带有软启功能的高精度正负对称输出高压电源电路，包括电压反馈电路，还包括驱动控制及软启动电路、高压输出及过流保护电路。

驱动控制及软启动电路分别与高压输出及过流保护电路、电压反馈电路连接，高压输出及过流保护电路与电压反馈电路连接。

上述驱动控制及软启动电路中，供电输入+Vin分别接电阻R1和R31的一端、电感L1的一端，电感L1的另一端分别接电容C21的正极、电容C13的一端、变压器TRF初级绕组Lp的同名端a脚，电容C21的负极接输入地GND，电容C13的另一端通过电阻R7分别接MOS三极管T1的漏极、变压器初级绕组Lp的异名端b脚，电阻R31的另一端分别接基准源U3的阴极1脚、电容C24的一端，并作为基准输出端Vref，基准源U3的阳极3脚与电容C24的另一端相连后接输入地GND，控制芯片U1的电源端8脚分别接电阻R2和R4的一端、电阻R1的另一端、二极管D1的负极、电容C23的正极，并作为内部供电端Vcc引出，电容C23的负极与二极管D1的正极相连后接输入地GND，控制芯片U1的放电端7脚分别接电阻R3的一端、电阻R2的另一端，控制芯片U1的触发端2脚与阈值端6脚相连后分别接电容C22的一端、电阻R3的另一端，控制芯片U1的复位端4脚分别接电阻R4的另一端、三极管T2的集电极，启停控制端R/S通过电阻R5分别接电容C25的一端、三极管T2的基极，控制芯片U1的电压控制端5脚分别接电容C26的一端、三极管T5的发射极、电压反馈电路中二极管D5的正极，控制芯片U1的接地端1脚分别与电容C22和C25和C26的另一端、三极管T2的发射极相连后接输入地GND，电阻R6与二极管D2并联，控制芯片U1的输出端3脚接二极管D2的负极，二极管D2的正极分别接电容C14的一端、MOS三极管T1的栅极，电容C14的另一端接输入地GND，电阻R11和二极管D3并联，二极管D3的负极接内部供电端Vcc，二极管D3的正极分别接电容C20的正极、二极管D4的负极，二极管D4的正极接三极管T5的基极，三极管T5的集电极与电容C20的负极相连后接输入地GND。

上述高压输出及过流保护电路中，变压器TRF次级绕组Ls的异名端1脚分别接电容C1和C7的一端，电容C1的另一端分别接二极管D7的负极、二极管D8的正极、电容C3的一端，电容C3的另一端分别接二极管D9的负极、二极管D10的正极，电阻R21与电容C28并联，电容C5和C6串联，电容C6的一端分别接电容C28和C2的一端、二极管D7的正极、电阻R14的一端，电容C2的另一端分别接二极管D8的负极、二极管D9的正极、电容C4的一端，电容C4的另一端分别接二极管D10的负极、电阻R17的一端，电容C5的一端分别接电阻R18的一端、电阻R17的另一端、电压反馈电路中电阻R30的一端，电阻R18的另一端接正高压输出端+HV，电容C7的另一端分别接二极管D12的负极、二极管D11的正极、电容C9的一端，电容C9的另一端分别接二极管D14的负极、二极管D13的正极，电阻R22与电容C29并联，电容C11和C12串联，电容C12的一端分别接电容C29和C8的一端、二极管D11的负极、电阻R12和R15的一端、变压器TRF次级绕组Ls的同名端2脚，电容C28和C29的另一端相连后接输出地HGND，电容C8的另一端分别接二极管D13的负极、二极管D12的正极、电容C10的一端，电容C10的另一端分别接二极管D14的正极、电阻R19的一端，电容C11的一端分别接电阻R20和R16的一端、电阻R19的另一端，电阻R20的另一端接负高压输出端-HV，电阻R15和R16的另一端相连，电阻R32与电容C15串联，电阻R14的另一端分别接电阻R13和R32的一端、放大器U2B的反相输入端6脚，电阻R13的另一端接内部基准端Vref，电阻R12的另一端接放大器U2B的同相输入端5脚，放大器U2B的输出端7脚分别接电容C15和电阻R10的一端，电阻R10的另一端接三极管T4的基极，电阻R9的一端分别接电阻R8的一端、驱动控制及软启动电路中MOS三极管T1的源极，电阻R8的另一端接输入地GND，电阻R9的另一端分别接电容C16的一端、三极管T3的基极，三极管T3和T4的集电极相连后接驱动控制及软启动电路中控制芯片U1的电压控制端5脚，三极管T4的发射极分别与电容C16的另一端、三极管T3的发射极相连后接输入地GND。

控制芯片U1的型号为：7555，放大器U2的型号为：17358，基准源U3的型号为：LM4040。

为保证电源的绝缘性能要求，变压器制作时，根据不同的输出高压，初次级线圈之间须满足绝缘耐压要求，并留有裕量。绕制完成后的变压器需经过真空浸漆处理。

为满足输出对称性的要求，相关元器件的选择要高度一致。如：输出倍压电容，在符合输出耐压可靠性要求的条件下，其电容值要有高度的一致性。

合理布局PCB ，确保输入、输出、控制等各回路的独立路径。

选择低温漂、低噪声、损耗小的元器件，提供电源的稳定性及可靠性。

工作原理

在驱动控制及软启动电路中，控制芯片U1(7555)、电容C22、电阻R2、R3等组成高频振荡电路，从芯片输出端3脚输出高频方波脉冲，驱动功率开关管T1及变压器TRF；电阻R4、R5和三极管T2及电容C25组成启停控制电路，通过控制芯片U1的复位端4脚，控制芯片U1的脉冲输出；由三极管T5、二极管D3、D4及电容C20等组成开机软启动电路，Vcc通过电阻R11给电容C20充电。电源开启时，电容C20上电位为零，三极管T5导通，控制芯片U1的电压控制端5脚电位很低，芯片U1输出脉冲宽度很窄；随着电容C20上电位的升高，芯片U1的控制端5脚电位随之升高，输出脉冲宽度逐渐展宽，输出高压逐步上升，减小输出过冲。

在电压反馈电路中，通过电阻R28、R30、C27等，获得输出高压的采样电压，它与外部输出高压的设定调控电压Adj比较后，通过误差放大器U2A，对驱动控制及软启动电路中控制芯片U1的电压控制端5脚进行控制，进而控制输出高压。

在高压输出及过流保护电路中，由电容C1~C4、二极管D7~D10等组成正极性倍压电路，由电容C7~C10、二极管D11~D14等组成负极性倍压电路。变压器TRF次级绕组输出的高频高压脉冲，分别通过各自的倍压电路，输出对称正、负高压。

分别从电阻R21、R22上得到的正、负高压输出电流的采样电压，经误差放大器U2B，控制三极管T4；从电阻R8上得到的输入电流采样电压，控制三极管T3。它们都通过控制芯片U1的5脚电位，最终限制高压电源的最大输出功率。