一種可快速放電并連續(xù)調(diào)節(jié)電壓的小型高壓電源模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種可快速放電并連續(xù)調(diào)節(jié)電壓的小型高壓電源模塊，包括輸入端口、功率開關(guān)模塊、脈沖變壓器、倍壓整流電路、電壓輸出端、反饋分壓電路、控制電路、隔離驅(qū)動模塊、機(jī)械開關(guān)模塊；通過所述的控制電路，輸入電壓經(jīng)輸入端口、功率開關(guān)模塊、脈沖變壓器、倍壓整流電路、電壓輸出端、反饋分壓電路、隔離驅(qū)動模塊在電壓輸出端產(chǎn)生高電壓輸出；所述的控制電路還與機(jī)械開關(guān)模塊相連接來控制機(jī)械開關(guān)在降壓調(diào)壓過程中進(jìn)行近距離拉電弧以釋放多余電量，達(dá)到安全降壓穩(wěn)壓的目的。該結(jié)構(gòu)簡單，功耗小，能輸出高電壓并可快速調(diào)節(jié)，適合用作柔性智能結(jié)構(gòu)、電子點(diǎn)火器、小型電擊設(shè)備的高壓電源。
【專利說明】-種可快速放電并連續(xù)調(diào)節(jié)電壓的小型高壓電源模塊

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高壓電源【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種可快速放電并連續(xù)調(diào)節(jié)電壓的小型 高壓電源模塊。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前的小型高壓電源的高壓電路常常采用市電接入，變壓器升壓加倍壓整流方式 進(jìn)行升壓整流，通過調(diào)節(jié)方波占空比和倍壓級數(shù)兩種方式調(diào)節(jié)高壓輸出，但是在降壓調(diào)壓 時(shí)，當(dāng)輸出是電容性負(fù)載，常常采用的倍壓整流方式存在放電困難的缺陷，負(fù)載采用并聯(lián)電 阻方式進(jìn)行放電降壓時(shí)所需放電周期較長。
[0003] 在體積和重量有限制的場合，電源一般采用開關(guān)電源而不采用線性電源。線性電 源體積大，笨重，一般不適合重量輕體積小的場合。開關(guān)電源對輸出電壓的調(diào)節(jié)，無論高壓 還是低壓電源，習(xí)慣上均采用純電子調(diào)節(jié)的方式。一般通過電源的控制器件經(jīng)輸出電壓的 反饋調(diào)節(jié)有源功率器件占空比實(shí)現(xiàn)。其原因主要在于電子器件輕小，電子調(diào)節(jié)的速度也很 快，性能好。習(xí)慣上電源對輸出電壓的調(diào)節(jié)不用機(jī)械元件，其中一個(gè)重要的原因習(xí)慣上認(rèn)為 機(jī)械元件質(zhì)量比較大，有慣性，相對于電子調(diào)節(jié)，反應(yīng)速度慢，體積和重量也比較大。
[0004] 功能軟材料柔性器械是一種利用功能軟材料（soft active material, SAM)的電 致變形特性，把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，通過外加電壓的作用，使材料產(chǎn)生機(jī)械變形來實(shí)現(xiàn)器械 或設(shè)備的運(yùn)動。功能軟材料柔性器械對外加電源的要求是能連續(xù)可調(diào)的高壓電，最高電壓 可達(dá)到直流2000V以上，毫秒級的放電速度，功耗小，體積小，重量輕，便于移動。
[0005] 將目前常用的小型連續(xù)可調(diào)高壓電源應(yīng)用在科研領(lǐng)域的功能軟材料柔性器械上 將出現(xiàn)以下問題： 1、功能軟材料柔性器械通常為電容性負(fù)載裝置，工作狀態(tài)下正負(fù)極之間幾乎無電流。 現(xiàn)有高壓電源通常通過千兆歐電阻進(jìn)行高壓放電，放電時(shí)間長，達(dá)到秒級，常需要幾秒甚至 十幾秒的時(shí)間，由于功耗體積的限制，電阻又不能取太小，與功能軟材料柔性器械配合使用 導(dǎo)致響應(yīng)過于緩慢。功能軟材料柔性器械要求毫秒級的放電速度，一般不超過幾百毫秒，所 以現(xiàn)有高壓電源無法適應(yīng)功能軟材料柔性器械的響應(yīng)和工作頻率的要求。
[0006] 2、功能軟材料柔性器械要求具有自由移動的功能特性，接地的放電方式和市電電 源的接入都無法滿足其自身工作要求。
[0007] 3、現(xiàn)有高壓電源采用開關(guān)電源的習(xí)慣性做法，采用純電子調(diào)節(jié)的方式。由于輸出 是直流2000V以上的高壓電，在這個(gè)工作范圍，會面臨電子器件上的障礙。由于電子器件 技術(shù)水平的限制，工作電壓在2000V以上的器件制造困難，特別是半導(dǎo)體器件，體積重量都 比較大，價(jià)格昂貴，制造廠商很少，可選擇的范圍非常小甚至沒有，并且難以取得。導(dǎo)致滿足 功能軟材料柔性器械的高壓電源實(shí)現(xiàn)非常困難。
[0008] 功能軟材料柔性器械是一門新興的技術(shù)，有巨大的發(fā)展空間，解決功能軟材料柔 性器械的電源問題對這門技術(shù)的發(fā)展有重要意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對傳統(tǒng)高壓電源無法滿足小型功能軟材料柔性 器械等電容型負(fù)載工作需要的不足，為小型功能軟材料柔性器械等電容型負(fù)載提供一種輕 量化，小型化，低功耗，不限制負(fù)載的自由移動，輸出能快速放電降壓，而且輸出能連續(xù)調(diào)壓 的高壓電源模塊。
[0010] 本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種可快速放電并連續(xù)調(diào)節(jié)電壓的小型高壓電源模塊，包 括有： 輸入端口、功率開關(guān)模塊、脈沖變壓器、倍壓整流電路、電壓輸出端、控制電路、隔離驅(qū) 動模塊、反饋分壓電路、機(jī)械開關(guān)模塊； 輸入端口，與功率開關(guān)模塊相連接，用于為功率開關(guān)模塊提供輸入電壓； 功率開關(guān)模塊，分別與所述的隔離驅(qū)動模塊和所述的脈沖變壓器相連接，受來自隔離 驅(qū)動模塊的開關(guān)驅(qū)動信號控制，將來自輸入端口的輸入電壓變換為高頻開關(guān)信號輸出到脈 沖變壓器； 脈沖變壓器，分別與所述的功率開關(guān)模塊和所述的倍壓整流電路相連接，用于將來自 功率開關(guān)模塊的高頻開關(guān)信號隔離放大輸出到倍壓整流電路； 倍壓整流電路，分別與所述的脈沖變壓器和所述的電壓輸出端相連接，用于將來自脈 沖變壓器的信號進(jìn)行倍壓，升壓到所需要的電壓整流輸出到電壓輸出端； 電壓輸出端，分別與所述的倍壓整流電路、所述的機(jī)械開關(guān)和所述的反饋分壓電路相 連接，用于輸出最終電壓信號； 反饋分壓電路，分別與所述的電壓輸出端和控制電路相連接，用于將所述的電壓輸出 端的電壓信號反饋給所述的控制電路，實(shí)現(xiàn)所述的高壓電源模塊輸出電壓的穩(wěn)壓調(diào)節(jié)； 控制電路，分別與所述的隔離驅(qū)動模塊、所述的反饋分壓電路和所述的機(jī)械開關(guān)模塊 相連接，根據(jù)來自所述的反饋分壓電路的信號產(chǎn)生開關(guān)控制信號和降壓控制信號，將開關(guān) 控制信號輸出到所述的隔離驅(qū)動模塊，將降壓控制信號輸出到機(jī)械開關(guān)模塊，實(shí)現(xiàn)所述的 高壓電源模塊輸出電壓的穩(wěn)壓調(diào)節(jié)； 隔離驅(qū)動模塊，分別與所述的控制電路和所述的功率開關(guān)模塊相連接，用于將來自所 述的控制電路的開關(guān)控制信號進(jìn)行功率放大并轉(zhuǎn)換為開關(guān)驅(qū)動信號輸出到功率開關(guān)模塊， 并且實(shí)現(xiàn)控制電路與功率開關(guān)模塊的電氣隔離； 機(jī)械開關(guān)模塊，分別與所述的電壓輸出端和所述的控制電路相連接，接受來自所述的 控制電路的降壓控制信號，將電壓輸出端的多余電量進(jìn)行釋放以實(shí)現(xiàn)輸出電壓的降壓。 [0011] 進(jìn)一步地，所述的機(jī)械開關(guān)模塊包含兩個(gè)觸片和一個(gè)微型舵機(jī)；兩個(gè)觸片包括一 個(gè)動觸片和一個(gè)固定觸片，動觸片與電壓輸出端的一極相連接，固定觸片與電壓輸出端的 另一極相連接；動觸片與所述的微型舵機(jī)相連接，所述的動觸片可以位于所述的微型舵機(jī) 臂上；所述的微型舵機(jī)分別與所述的動觸片和所述的控制電路相連接。在升壓過程中舵機(jī) 轉(zhuǎn)角不變，使兩觸點(diǎn)保持在最大距離，兩極處于開路狀態(tài)，滿足低功耗工作的要求和安全使 用的要求；在降壓過程中，在控制電路、反饋分壓電路共同作用下，根據(jù)預(yù)設(shè)電壓值，控制電 路發(fā)出降壓控制信號調(diào)節(jié)舵機(jī)轉(zhuǎn)角，舵機(jī)帶動與舵機(jī)相連接的動觸片一起運(yùn)動，控制動觸 片與固定觸片相互靠近到一定程度，進(jìn)行近距離拉電弧短路，將電容中多余電量放掉，輸出 快速降壓；當(dāng)反饋分壓電路檢測到輸出電壓達(dá)到預(yù)設(shè)電壓值后，控制電路調(diào)節(jié)舵機(jī)立即反 轉(zhuǎn)回復(fù)到初始位置，實(shí)現(xiàn)了快速降壓和安全保護(hù)。
[0012] 進(jìn)一步地，所述的微型舵機(jī)包括伺服驅(qū)動系統(tǒng)或步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)。舵機(jī)運(yùn)動位置的 實(shí)現(xiàn)可以采用伺服驅(qū)動系統(tǒng)或者步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)快速的反應(yīng)和精確的位置控制。
[0013] 進(jìn)一步地，所述的隔離驅(qū)動模塊包括一個(gè)緩存驅(qū)動芯片和一個(gè)光耦合器；所述的 緩存驅(qū)動芯片分別與所述的控制電路和所述的光耦合器相連接，所述的光耦合器分別與所 述的緩存驅(qū)動芯片和所述的功率開關(guān)模塊相連接，用于實(shí)現(xiàn)控制電路與功率開關(guān)模塊的電 氣隔離；所述的緩存驅(qū)動芯片和光耦合器用于將來自控制電路的開關(guān)控制信號進(jìn)行功率放 大。
[0014] 進(jìn)一步地，所述的輸入端口電壓范圍為直流5伏?32伏。
[0015] 進(jìn)一步地，所述的小型高壓電源模塊輸出降壓的放電時(shí)間在700毫秒以下。
[0016] 進(jìn)一步地，所述的控制電路為單片機(jī)控制電路。
[0017] 進(jìn)一步地，所述高壓電源模塊輸出為直流0伏?6000伏連續(xù)可調(diào)。
[0018] 進(jìn)一步地，所述脈沖變壓器輸出最大峰值0伏?600伏的高頻開關(guān)信號。
[0019] 進(jìn)一步地，所述的倍壓整流電路為十倍壓整流電路。
[0020] 進(jìn)一步地，所述高壓電源模塊輸出最低電壓從零伏起連續(xù)可調(diào)，輸出最高電壓范 圍為直流2000伏?15000伏。
[0021] 本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明的高壓電源模塊輸出電壓調(diào)節(jié)技術(shù)方案上除電子調(diào) 節(jié)外，還引入機(jī)械開關(guān)模塊，即機(jī)械元件，靠電子調(diào)節(jié)和機(jī)械調(diào)節(jié)一起實(shí)現(xiàn)了高壓輸出的電 壓調(diào)節(jié)。通過所述的控制電路，輸入電壓經(jīng)輸入端口、功率開關(guān)模塊、脈沖變壓器、倍壓整流 電路、電壓輸出端、反饋分壓電路、隔離驅(qū)動模塊實(shí)現(xiàn)高壓輸出的升壓調(diào)節(jié)，產(chǎn)生高電壓輸 出；通過控制電路、反饋分壓電路和機(jī)械開關(guān)模塊實(shí)現(xiàn)快速放電的降壓，最終實(shí)現(xiàn)輸出電壓 連續(xù)可調(diào)，快速響應(yīng)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，還具有以下顯著的優(yōu)點(diǎn)： 1、由于高壓電源模塊電壓輸出端是高壓輸出，可高達(dá)直流2000伏以上，受電子器件技 術(shù)水平的限制，小型化高壓器件難以選擇；采用變壓器加倍壓整流的電子調(diào)節(jié)進(jìn)行升壓調(diào) 節(jié)和機(jī)械開關(guān)模塊電弧放電進(jìn)行降壓調(diào)節(jié)相結(jié)合的技術(shù)方案克服了高壓電子器件的限制， 克服了傳統(tǒng)電源的輸出電壓控制習(xí)慣性地只采用單一的電子調(diào)節(jié)，不采用機(jī)械方式調(diào)壓帶 來的技術(shù)成見，滿足了小型功能軟材料柔性器械等電容型負(fù)載所要求的輕量化，小型化，能 自由移動，輸出連續(xù)調(diào)壓的功能。
[0022] 2、由于現(xiàn)有技術(shù)使用的并聯(lián)千兆歐電阻的放電降壓方式放電時(shí)長常長達(dá)到幾秒 甚至十幾秒，無法滿足工作要求，而且電阻一直處于工作狀態(tài)，功耗高；通過機(jī)械開關(guān)模塊 降壓調(diào)節(jié)時(shí)可以使高壓電源模塊高壓輸出端在毫秒級別內(nèi)迅速進(jìn)行電弧放電降壓，實(shí)現(xiàn)輸 出快速放電降壓，滿足了小型功能軟材料柔性器械等電容型負(fù)載所要求的電源快速響應(yīng)的 功能；放電降壓完成后放電調(diào)壓部分不再消耗能量，實(shí)現(xiàn)工作狀態(tài)下低功耗。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。
[0024] 圖2 (a)為本發(fā)明的機(jī)械開關(guān)模塊模型圖。
[0025] 圖2 (b)為本發(fā)明的一個(gè)十倍壓整流電路圖。
[0026] 圖3為本發(fā)明的一個(gè)二倍壓整流電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027] 如圖1所示，本發(fā)明提供一種可快速放電并連續(xù)調(diào)節(jié)電壓的小型高壓電源模塊， 其中： 所述的可快速放電并連續(xù)調(diào)節(jié)電壓的小型高壓電源模塊包括輸入端口、功率開關(guān)模 塊、脈沖變壓器、倍壓整流電路、電壓輸出端、反饋分壓電路、控制電路、隔離驅(qū)動模塊、機(jī)械 開關(guān)1?塊； 所述的輸入端口，與功率開關(guān)模塊相連接，用于為功率開關(guān)模塊提供輸入電壓； 所述的功率開關(guān)模塊，分別與所述的隔離驅(qū)動模塊和所述的脈沖變壓器相連接，受來 自隔離驅(qū)動模塊的開關(guān)驅(qū)動信號控制，將來自輸入端口的輸入電壓變換為高頻開關(guān)信號輸 出到脈沖變壓器； 所述的脈沖變壓器，分別與所述的功率開關(guān)模塊和所述的倍壓整流電路相連接，用于 將來自功率開關(guān)模塊的高頻開關(guān)信號隔離放大輸出到倍壓整流電路； 所述的倍壓整流電路，分別與所述的脈沖變壓器和所述的電壓輸出端相連接，用于將 來自脈沖變壓器的信號進(jìn)行倍壓，升壓到所需要的電壓整流輸出到電壓輸出端； 所述的電壓輸出端，分別與所述的倍壓整流電路、所述的機(jī)械開關(guān)模塊和所述的反饋 分壓電路相連接，用于輸出最終電壓信號； 所述的反饋分壓電路，分別與所述的電壓輸出端和控制電路相連接，用于將所述的電 壓輸出端的電壓信號反饋給所述的控制電路，實(shí)現(xiàn)所述的高壓電源模塊輸出電壓的穩(wěn)壓調(diào) 節(jié)； 所述的控制電路，分別與所述的隔離驅(qū)動模塊、所述的反饋分壓電路和所述的機(jī)械開 關(guān)模塊相連接，根據(jù)來自所述的反饋分壓電路的信號產(chǎn)生開關(guān)控制信號和降壓控制信號， 將開關(guān)控制信號輸出到所述的隔離驅(qū)動模塊，將降壓控制信號輸出到機(jī)械開關(guān)模塊，實(shí)現(xiàn) 所述的高壓電源模塊輸出電壓的穩(wěn)壓調(diào)節(jié)； 所述的隔離驅(qū)動模塊，分別與所述的控制電路和所述的功率開關(guān)模塊相連接，用于將 來自所述的控制電路的開關(guān)控制信號進(jìn)行功率放大并轉(zhuǎn)換為開關(guān)驅(qū)動信號輸出到功率開 關(guān)模塊，并且實(shí)現(xiàn)控制電路與功率開關(guān)模塊的電氣隔離； 所述的機(jī)械開關(guān)模塊，分別與所述的電壓輸出端和所述的控制電路相連接，接受來自 所述的控制電路的降壓控制信號，將電壓輸出端的多余電量進(jìn)行釋放以實(shí)現(xiàn)輸出電壓的降 壓。
[0028] 采取直流-直流變換的方式，通過所述的控制電路，輸入電壓經(jīng)輸入端口、功率開 關(guān)模塊、脈沖變壓器、倍壓整流電路、電壓輸出端、反饋分壓電路、隔離驅(qū)動模塊實(shí)現(xiàn)高壓輸 出的升壓調(diào)節(jié)，產(chǎn)生高電壓輸出；通過控制電路、反饋分壓電路和機(jī)械開關(guān)模塊實(shí)現(xiàn)快速放 電的降壓，最終實(shí)現(xiàn)輸出電壓連續(xù)可調(diào)。輸入電壓采取直流供電，供電方案就很簡單，輸入 電能的來源能選擇電池或其他直流儲能裝置，就可以不依賴市電，電源和負(fù)載都能自由移 動，同時(shí)實(shí)現(xiàn)小型化，輕量化。升壓過程中，降壓調(diào)節(jié)部分不起作用。優(yōu)選地，小型高壓電源 模塊輸入直流電壓5伏?32伏，輸出最低電壓從零伏起連續(xù)可調(diào)，輸出最高電壓范圍為直 流2000伏?15000伏。
[0029] 機(jī)械開關(guān)模塊包含兩個(gè)觸片和一個(gè)微型舵機(jī)；兩個(gè)觸片包括一個(gè)動觸片和一個(gè)固 定觸片，動觸片與電壓輸出端的一極相連接，固定觸片與電壓輸出端的另一極相連接；動觸 片與所述的微型舵機(jī)相連接，舵機(jī)運(yùn)動時(shí)將帶動與舵機(jī)相連接的動觸片一起運(yùn)動；所述的 微型舵機(jī)分別與所述的動觸片和所述的控制電路相連接。兩個(gè)有電勢差的導(dǎo)體靠近到一 定程度，導(dǎo)體間的介質(zhì)會產(chǎn)生擊穿放電。這種擊穿放電可以表現(xiàn)為電弧放電。在降壓過程 中，升壓調(diào)節(jié)部分不起作用，在控制電路、反饋分壓電路共同作用下，根據(jù)預(yù)設(shè)電壓值，控制 電路發(fā)出降壓控制信號，調(diào)節(jié)舵機(jī)轉(zhuǎn)角，舵機(jī)帶動與舵機(jī)相連接的動觸片一起運(yùn)動，控制動 觸片與固定觸片相互靠近到一定程度，進(jìn)行近距離拉電弧短路，將電容中多余電量放掉，輸 出快速降壓；當(dāng)反饋分壓電路檢測到輸出電壓達(dá)到預(yù)設(shè)電壓值后，控制電路調(diào)節(jié)舵機(jī)立即 反轉(zhuǎn)回復(fù)到初始位置，實(shí)現(xiàn)了快速降壓和安全保護(hù)。降壓過程中，反饋分壓電路將檢測到 的輸出電壓值送入到控制電路，控制電路將檢測到的輸出電壓值和預(yù)設(shè)電壓值比較，通過 模擬或者數(shù)字控制方法產(chǎn)生控制信號去準(zhǔn)確控制舵機(jī)的運(yùn)動，最終實(shí)現(xiàn)輸出電壓的閉環(huán)控 制。舵機(jī)運(yùn)動位置的實(shí)現(xiàn)可以采用伺服驅(qū)動系統(tǒng)或者步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)快速的反應(yīng)和精確 的位置控制。優(yōu)選地，小型高壓電源模塊輸出降壓的放電時(shí)間在700毫秒以下。
[0030] 實(shí)施例1 如圖1所示的小型高壓電源模塊，所述高壓電源模塊用以實(shí)現(xiàn)0?6000V直流電壓輸 出。所述的控制電路包括STC89C51芯片；所述的隔離驅(qū)動模塊包括一個(gè)緩存驅(qū)動芯片和一 個(gè)光耦合器；所述的緩存驅(qū)動芯片為74HC244 ;所述的光耦合器為TLP521-1。所述的倍壓整 流電路為一個(gè)十倍壓整流電路。所述的控制電路為單片機(jī)控制電路，并且與機(jī)械開關(guān)模塊 相連接，用于控制機(jī)械開關(guān)在降壓調(diào)壓過程中進(jìn)行近距離拉電弧短路以釋放多余電量。
[0031] 電子調(diào)節(jié)采用直流-直流變換的方式進(jìn)行。具體調(diào)壓過程為：初始直流電壓由輸 入端口提供輸入到功率開關(guān)模塊中，為功率開關(guān)模塊供電。控制電路的控制信號經(jīng)緩存驅(qū) 動芯片進(jìn)行電流放大以及光耦合器進(jìn)行電氣隔離后，生成一定占空比的驅(qū)動信號，輸入到 功率開關(guān)模塊中，控制功率開關(guān)模塊輸出高頻開關(guān)信號，即相應(yīng)占空比的矩形脈沖電壓。功 率開關(guān)模塊相當(dāng)于直流-直流變換中功率回路的有源功率器件，受驅(qū)動信號控制，對輸入 直流進(jìn)行波形變換，變?yōu)镻WM波或其他高頻脈沖電壓，送到脈沖變壓器隔離放大，脈沖變壓 器是不能直接放大直流的。輸出的脈沖電壓經(jīng)過脈沖變壓器進(jìn)行50倍電壓放大，可實(shí)現(xiàn)最 大峰值0伏?600伏的脈沖電壓輸出，通過十倍壓整流電路實(shí)現(xiàn)0?6000V直流電壓輸出。 電壓輸出端經(jīng)一個(gè)10兆歐和15歐電阻的反饋分壓電路反饋給控制電路，控制電路將檢測 到的輸出電壓值和預(yù)設(shè)電壓值比較，通過PID控制單元產(chǎn)生控制信號去控制功率開關(guān)模塊 的占空比，最終實(shí)現(xiàn)輸出電壓的閉環(huán)控制。PID控制方法是一種常見的控制方法，可通過模 擬或者數(shù)字電路的方法實(shí)現(xiàn)。
[0032] 如圖2 (a)所示，機(jī)械開關(guān)模塊包含兩個(gè)觸片和一個(gè)微型舵機(jī)；兩個(gè)觸片包括一個(gè) 動觸片和一個(gè)固定觸片，動觸片與電壓輸出端的正極相連接，固定觸片與電壓輸出端的負(fù) 極相連接；動觸片與所述的微型舵機(jī)相連接，所述的微型舵機(jī)分別與所述的動觸片和所述 的控制電路相連接。
[0033] 在升壓過程中舵機(jī)不動，使兩觸點(diǎn)保持在最大距離。在降壓過程中，升壓調(diào)節(jié)部 分不起作用，功率開關(guān)模塊驅(qū)動信號被關(guān)掉。在控制電路、反饋分壓電路共同作用下，根據(jù) 預(yù)設(shè)電壓值，控制電路發(fā)出降壓控制信號調(diào)節(jié)舵機(jī)轉(zhuǎn)角，舵機(jī)帶動與舵機(jī)相連接的動觸片 一起運(yùn)動，控制動觸片與固定觸片相互靠近到一定程度，進(jìn)行近距離拉電弧短路，將電容中 多余電量放掉，輸出快速降壓；當(dāng)反饋分壓電路檢測到輸出電壓達(dá)到預(yù)設(shè)電壓值后，控制電 路調(diào)節(jié)舵機(jī)立即反轉(zhuǎn)回復(fù)到初始位置。降壓過程中，反饋分壓電路將檢測到的輸出電壓值 送入到控制電路，控制電路將檢測到的輸出電壓值和預(yù)設(shè)電壓值比較，通過PID控制單元 產(chǎn)生控制信號去準(zhǔn)確控制舵機(jī)的運(yùn)動，調(diào)節(jié)舵機(jī)轉(zhuǎn)角至一個(gè)合適的角度，轉(zhuǎn)動角度與當(dāng)前 電壓和預(yù)設(shè)電壓之差有關(guān)，在電壓差值較大時(shí)，轉(zhuǎn)動角度相對較大，動觸片與固定觸片靠越 近，放電越多；反之，差值較小時(shí)轉(zhuǎn)動角度相應(yīng)較小，最終實(shí)現(xiàn)輸出電壓的閉環(huán)控制。舵機(jī)運(yùn) 動位置的實(shí)現(xiàn)可以采用伺服驅(qū)動系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)快速的反應(yīng)和精確的位置控制，達(dá)到毫秒級的降 壓放電時(shí)間。
[0034] 如圖2 (b)所示，為一個(gè)十倍壓整流電路圖。十倍壓整流電路為5個(gè)二倍壓整流 電路的串聯(lián)，在此通過二倍壓對整個(gè)倍壓整流電路的工作原理作簡要說明。
[0035] 如圖3所示，為一個(gè)二倍壓整流電路圖。變壓器兩端為高頻交流電，峰值電壓為 馬。兩端電壓在負(fù)半周(變壓器上端為負(fù)電壓，下端為正電壓)時(shí)，二極管導(dǎo)通，仏截止， 電流經(jīng)過對q充電，將電容q上的電壓充到接近電壓的峰值馬并基本保持不變。此時(shí) 電容^左端為負(fù)，右端為正。電壓在正半周（變壓器上端為正電壓，下端為負(fù)電壓）時(shí)，二 極管巧導(dǎo)通，截止。此時(shí)，電容兩端電壓為電容G與電源電壓馬串聯(lián)相加，電流經(jīng) At對電容Q充電，充電電壓K = 2馬，在一個(gè)周期內(nèi)很難將電充滿，經(jīng)過幾個(gè)周期反復(fù)充 電，Q上的直流電壓基本穩(wěn)定在2馬了，實(shí)現(xiàn)了交流電2倍放大整流的作用。5個(gè)二倍壓整 流電路的串聯(lián)就可以實(shí)現(xiàn)十倍壓放大整流。
[0036] 應(yīng)當(dāng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，并不用以限制本發(fā)明的范圍。凡在本發(fā) 明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等效替換等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種可快速放電并連續(xù)調(diào)節(jié)電壓的小型高壓電源模塊，其特征在于： 所述的可快速放電并連續(xù)調(diào)節(jié)電壓的小型高壓電源模塊包括輸入端口、功率開關(guān)模 塊、脈沖變壓器、倍壓整流電路、電壓輸出端、反饋分壓電路、控制電路、隔離驅(qū)動模塊、機(jī)械 開關(guān)丨吳塊； 所述的輸入端口，與功率開關(guān)模塊相連接，用于為功率開關(guān)模塊提供輸入電壓； 所述的功率開關(guān)模塊，分別與所述的隔離驅(qū)動模塊和所述的脈沖變壓器相連接，受來 自隔離驅(qū)動模塊的開關(guān)驅(qū)動信號控制，將來自輸入端口的輸入電壓變換為高頻開關(guān)信號輸 出到脈沖變壓器； 所述的脈沖變壓器，分別與所述的功率開關(guān)模塊和所述的倍壓整流電路相連接，用于 將來自功率開關(guān)模塊的高頻開關(guān)信號隔離放大輸出到倍壓整流電路； 所述的倍壓整流電路，分別與所述的脈沖變壓器和所述的電壓輸出端相連接，用于將 來自脈沖變壓器的信號進(jìn)行倍壓，升壓到所需要的電壓整流輸出到電壓輸出端； 所述的電壓輸出端，分別與所述的倍壓整流電路、所述的機(jī)械開關(guān)模塊和所述的反饋 分壓電路相連接，用于輸出最終電壓信號； 所述的反饋分壓電路，分別與所述的電壓輸出端和控制電路相連接，用于將所述的電 壓輸出端的電壓信號反饋給所述的控制電路，實(shí)現(xiàn)所述的高壓電源模塊輸出電壓的穩(wěn)壓調(diào) 節(jié)； 所述的控制電路，分別與所述的隔離驅(qū)動模塊、所述的反饋分壓電路和所述的機(jī)械開 關(guān)模塊相連接，根據(jù)來自所述的反饋分壓電路的信號產(chǎn)生開關(guān)控制信號和降壓控制信號， 將開關(guān)控制信號輸出到所述的隔離驅(qū)動模塊，將降壓控制信號輸出到機(jī)械開關(guān)模塊，實(shí)現(xiàn) 所述的高壓電源模塊輸出電壓的穩(wěn)壓調(diào)節(jié)； 所述的隔離驅(qū)動模塊，分別與所述的控制電路和所述的功率開關(guān)模塊相連接，用于將 來自所述的控制電路的開關(guān)控制信號進(jìn)行功率放大并轉(zhuǎn)換為開關(guān)驅(qū)動信號輸出到功率開 關(guān)模塊，并且實(shí)現(xiàn)控制電路與功率開關(guān)模塊的電氣隔離； 所述的機(jī)械開關(guān)模塊，分別與所述的電壓輸出端和所述的控制電路相連接，接受來自 所述的控制電路的降壓控制信號，將電壓輸出端的多余電量進(jìn)行釋放以實(shí)現(xiàn)輸出電壓的降 壓。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可快速放電并連續(xù)調(diào)節(jié)電壓的小型高壓電源模塊，其特征在 于： 所述的機(jī)械開關(guān)模塊包含兩個(gè)觸片和一個(gè)微型舵機(jī)；所述的兩個(gè)觸片包括一個(gè)動觸片 和一個(gè)固定觸片，動觸片與電壓輸出端的一極相連接，固定觸片與電壓輸出端的另一極相 連接；動觸片與所述的微型舵機(jī)相連接；所述的微型舵機(jī)分別與所述的動觸片和所述的控 制電路相連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可快速放電并連續(xù)調(diào)節(jié)電壓的小型高壓電源模塊，其特征在 于： 所述的微型舵機(jī)包括伺服驅(qū)動系統(tǒng)或步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可快速放電并連續(xù)調(diào)節(jié)電壓的小型高壓電源模塊，其特征在 于： 所述的隔離驅(qū)動模塊包括一個(gè)緩存驅(qū)動芯片和一個(gè)光耦合器；所述的緩存驅(qū)動芯片分 別與所述的控制電路和所述的光耦合器相連接；所述的光耦合器分別與所述的緩存驅(qū)動芯 片和所述的功率開關(guān)模塊相連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的可快速放電并連續(xù)調(diào)節(jié)電壓的小型高壓電源模塊， 其特征在于： 所述的輸入端口電壓范圍為直流5伏?32伏。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的可快速放電并連續(xù)調(diào)節(jié)電壓的小型高壓電源模塊， 其特征在于： 所述的小型高壓電源模塊輸出降壓的放電時(shí)間在700毫秒以下。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的可快速放電并連續(xù)調(diào)節(jié)電壓的小型高壓電源模塊， 其特征在于：所述的控制電路為單片機(jī)控制電路。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的可快速放電并連續(xù)調(diào)節(jié)電壓的小型高壓電源模塊， 其特征在于： 所述高壓電源模塊輸出電壓為直流〇伏?6000伏連續(xù)可調(diào)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的可快速放電并連續(xù)調(diào)節(jié)電壓的小型高壓電源模塊，其特征在 于： 所述脈沖變壓器輸出最大峰值〇伏?600伏的高頻開關(guān)信號。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的可快速放電并連續(xù)調(diào)節(jié)電壓的小型高壓電源模塊，其特征 在于： 所述的倍壓整流電路為十倍壓整流電路。
【文檔編號】H02M3/44GK104104233SQ201410336140
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月29日
【發(fā)明者】李鐵風(fēng), 翟志鵬, 李銘全, 邱一葦, 饒平, 李馳 申請人:浙江大學(xué)