本實(shí)用新型涉及一種低功耗、小電流的高壓穩(wěn)壓電源，尤其是一種高壓輸出極性可改變的高壓穩(wěn)壓電源，屬于測(cè)試儀器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
離子遷移譜（IMS）技術(shù)是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種對(duì)微量化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行分析的技術(shù)，該技術(shù)最基本的原理是使氣相分子-離子發(fā)生反應(yīng)，并在電場(chǎng)中獲得離子遷移率，以便根據(jù)該離子遷移率的差異進(jìn)行離子的分離和測(cè)定。根據(jù)IMS技術(shù)原理研制的化學(xué)物質(zhì)測(cè)量?jī)x器，需要使用一種極性可變、電壓穩(wěn)定、電流小的高壓電源。因?yàn)殡x子的遷移是依靠高壓電源形成的均衡電場(chǎng)來實(shí)現(xiàn)的，即帶電離子在均衡電場(chǎng)的作用下會(huì)加速運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)中會(huì)受到逆向運(yùn)動(dòng)的空氣分子的碰撞，而表現(xiàn)為勻速運(yùn)動(dòng)。根據(jù)理論和實(shí)踐，需要100-300V/cm的電場(chǎng)強(qiáng)度。根據(jù)漂移管總長(zhǎng)度的不同，需要800-3000V的高壓電源，以建立相應(yīng)的電場(chǎng)。由于待測(cè)的化學(xué)物質(zhì)被電離后，有的會(huì)成為負(fù)離子，有的會(huì)成為正離子，因此需要研發(fā)能改變電場(chǎng)方向即改變高壓輸出極性的高壓電源。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型正是為解決上述技術(shù)問題而提供一種能改變高壓輸出極性的高壓穩(wěn)壓電源，同時(shí)具有低功耗、小電流的特點(diǎn)。
本實(shí)用新型通過下列技術(shù)方案完成：一種輸出極性可變的高壓穩(wěn)壓電源，包括變壓器，其特征在于變壓器的初級(jí)連接有正負(fù)極驅(qū)動(dòng)器、次級(jí)連接有正負(fù)極輸出控制器，正負(fù)極驅(qū)動(dòng)器、正負(fù)極輸出控制器的信號(hào)輸入端均與極性切換控制器的正負(fù)極輸出信號(hào)端相連，極性切換控制器的輸入端與正、負(fù)極控制信號(hào)相連，以便根據(jù)需要將正極或負(fù)極控制信號(hào)送入極性切換控制器中處理后，由極性切換控制器輸出正極性或負(fù)極性驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別送至正負(fù)極驅(qū)動(dòng)器和正負(fù)極輸出控制器協(xié)同工作后，最終由正負(fù)極輸出控制器輸出所需要的正極或負(fù)極高壓電源，滿足化學(xué)物質(zhì)測(cè)量需求。
所述正負(fù)極驅(qū)動(dòng)器包括相互電連接的場(chǎng)效應(yīng)管K+、K-，和場(chǎng)效應(yīng)管PWM，其正、負(fù)極輸入端分別與極性切換控制器的正、負(fù)極輸出信號(hào)端相連，用于使變壓器初級(jí)交替變化后，使變壓器次級(jí)產(chǎn)生高壓輸出。
所述場(chǎng)效應(yīng)管K+、K-為雙P型場(chǎng)效應(yīng)對(duì)管，其型號(hào)是SI4948BEY；場(chǎng)效應(yīng)管PWM為雙N型場(chǎng)效應(yīng)對(duì)管，其型號(hào)是ZXMN6A09DN8TA。
所述正負(fù)極輸出控制器包括相互電連接的正、負(fù)極輸出控制組，其中，正極輸出控制組包括三個(gè)串聯(lián)的高壓固態(tài)開關(guān)UD8、UD9和UD10和對(duì)應(yīng)的三只正向二極管D8、D9、D10，其輸入端與極性切換控制器的正極輸出信號(hào)端相連；負(fù)極輸出控制組包括三個(gè)串聯(lián)的高壓固態(tài)開關(guān)UD5、UD6和UD7和對(duì)應(yīng)的三只負(fù)向二極管D5、D6、D7，其輸入端與極性切換控制器的負(fù)極輸出信號(hào)端相連；以便每個(gè)高壓固態(tài)開關(guān)輸出650-850V的電壓，三個(gè)最終輸出+（2000—2500）V或-（2000—2500）V的電壓。
所述高壓固態(tài)開關(guān)為常規(guī)的光電隔離場(chǎng)效應(yīng)管，型號(hào)是AQV258或AQV259，初次級(jí)間的隔離電壓3000V，場(chǎng)效應(yīng)管的耐壓是1500V。由于變壓器T1的次級(jí)分三組輸出，降低了器件的耐壓應(yīng)力，使高壓開關(guān)器件工作在安全區(qū)域。
所述正負(fù)極輸出控制器的高壓輸出端設(shè)有還包括耐高壓3kV的電容C12濾波，以及取樣電阻R13-R17，使總阻抗控制在50-60M歐姆內(nèi)，因?yàn)榭傋杩惯^小，會(huì)增加高壓電源的負(fù)荷，使初級(jí)電流急劇增加；總阻抗過大，會(huì)影響取樣電路的穩(wěn)定性，惡化高壓電源的穩(wěn)壓性能，因此使用五只1206的取樣電阻R13-R17進(jìn)行串聯(lián)，以提高穩(wěn)壓性能。
所述極性切換控制器的輸入端與正、負(fù)極控制信號(hào)相連，正、負(fù)極輸出信號(hào)端分別與正負(fù)極驅(qū)動(dòng)器、正負(fù)極輸出控制器的信號(hào)輸入端相連，該極性切換控制器為常規(guī)的LVC02四二與非門；以便極性切換控制器接收到所需正極控制信號(hào)并經(jīng)處理后，輸出正極信號(hào)分別至正負(fù)極驅(qū)動(dòng)器、正負(fù)極輸出控制器；當(dāng)極性切換控制器接收到所需負(fù)極控制信號(hào)并經(jīng)處理后，輸出負(fù)極信號(hào)分別至正負(fù)極驅(qū)動(dòng)器、正負(fù)極輸出控制器。
本實(shí)用新型具有下列優(yōu)點(diǎn)和效果：采用上述方案，可方便地根據(jù)需要，將正、負(fù)極控制信號(hào)送入極性切換控制器中處理后，將極性切換控制器輸出的正極性或負(fù)極性驅(qū)動(dòng)信號(hào)，分別送至正負(fù)極驅(qū)動(dòng)器和正負(fù)極輸出控制器協(xié)同工作后，最終由正、負(fù)極輸出控制器輸出所需要的正極或負(fù)極高壓電源，滿足化學(xué)物質(zhì)測(cè)量需求。同時(shí)本電源還具有低功耗、小電流的特點(diǎn)，使其工作在安全區(qū)域。
附圖說明
圖1為本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
為了更清楚地說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，下面將結(jié)合附圖給出的實(shí)施例作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
本實(shí)用新型提供的輸出極性可變的高壓穩(wěn)壓電源，包括變壓器T1，該變壓器T1的初級(jí)1、2腳與正負(fù)極驅(qū)動(dòng)器相連，該變壓器T1的次級(jí)3、4、5、6、7、8腳與正負(fù)極輸出控制器相連，正負(fù)極驅(qū)動(dòng)器、正負(fù)極輸出控制器的信號(hào)輸入端均與極性切換控制器U3的正、負(fù)極輸出信號(hào)端HV-DV+、HV-DV-相連，極性切換控制器U3的輸入端與正、負(fù)極控制信號(hào)PB3-HV-V+/V-相連；
所述正負(fù)極驅(qū)動(dòng)器包括相互電連接的場(chǎng)效應(yīng)管K+、K-，和場(chǎng)效應(yīng)管PWM，其正、負(fù)極輸入端HV-DV+、HV-DV-分別與極性切換控制器U3的正、負(fù)極輸出信號(hào)端HV-DV+、HV-DV-相連，用于使變壓器T1初級(jí)交替變化后，使變壓器T1次級(jí)產(chǎn)生高壓輸出；所述場(chǎng)效應(yīng)管K+、K-為雙P型場(chǎng)效應(yīng)對(duì)管，其型號(hào)是SI4948BEY；場(chǎng)效應(yīng)管PWM為雙N型場(chǎng)效應(yīng)對(duì)管，其型號(hào)是ZXMN6A09DN8TA；
所述正負(fù)極輸出控制器包括相互電連接的正、負(fù)極輸出控制組，其中，正極輸出控制組包括三個(gè)串聯(lián)的高壓固態(tài)開關(guān)UD8、UD9和UD10和對(duì)應(yīng)的三只正向二極管D8、D9、D10，其輸入端與極性切換控制器的正極輸出信號(hào)端相連；負(fù)極輸出控制組包括三個(gè)串聯(lián)的高壓固態(tài)開關(guān)UD5、UD6和UD7和對(duì)應(yīng)的三只負(fù)向二極管D5、D6、D7，其正、負(fù)極輸入端HV-DV+、HV-DV-與極性切換控制器U3對(duì)應(yīng)的正、負(fù)極輸出信號(hào)端HV-DV+、HV-DV-相連；以便每個(gè)高壓固態(tài)開關(guān)輸出650-850V的電壓，每組最終輸出+（2000—2500）V或-（2000—2500）V的電壓；所述高壓固態(tài)開關(guān)為常規(guī)的光電隔離場(chǎng)效應(yīng)管，型號(hào)是AQV258或AQV259，初次級(jí)間的隔離電壓3000V，場(chǎng)效應(yīng)管的耐壓是1500V，由于變壓器T1的次級(jí)分三組輸出，降低了器件的耐壓應(yīng)力，使高壓開關(guān)器件工作在安全區(qū)域；所述正負(fù)極輸出控制器的高壓輸出端設(shè)有還包括耐高壓3kV的電容C12濾波，以及取樣電阻R13-R17，使總阻抗控制在50-60M歐姆內(nèi)，因?yàn)榭傋杩惯^小，會(huì)增加高壓電源的負(fù)荷，使初級(jí)電流急劇增加；總阻抗過大，會(huì)影響取樣電路的穩(wěn)定性，惡化高壓電源的穩(wěn)壓性能，因此使用五只1206的取樣電阻R13-R17進(jìn)行串聯(lián)，以提高穩(wěn)壓性能；工作時(shí)：正負(fù)極輸出控制器的正極輸入端接收到極性切換控制器U3的輸出的正極信號(hào)HV-DV+后，使三個(gè)串聯(lián)的高壓固態(tài)開關(guān)UD8、UD9和UD10和對(duì)應(yīng)的三只正向二極管D8、D9、D10導(dǎo)通，并輸出+（2000—2500）V的正電壓；正負(fù)極輸出控制器的負(fù)極輸入端接收到極性切換控制器U3的輸出的負(fù)極信號(hào)HV-DV-后，使三個(gè)串聯(lián)的高壓固態(tài)開關(guān)UD5、UD6和UD7和對(duì)應(yīng)的三只正向二極管D5、D6、D7導(dǎo)通，并輸出-（2000—2500）V的負(fù)電壓；
所述極性切換控制器U3的輸入端接收正、負(fù)極控制信號(hào)PB3-HV-V+/V-，正、負(fù)極輸出信號(hào)端HV-DV+、HV-DV-分別與正負(fù)極驅(qū)動(dòng)器、正負(fù)極輸出控制器的信號(hào)輸入端HV-DV+、HV-DV-相連，該極性切換控制器U3為常規(guī)的LVC02四二與非門；以便極性切換控制器U3接收到所需正極控制信號(hào)PB3-HV-V+并經(jīng)處理后，輸出正極信號(hào)HV-DV+分別至正負(fù)極驅(qū)動(dòng)器、正負(fù)極輸出控制器；當(dāng)極性切換控制器U3接收到所需負(fù)極控制信號(hào)PB3-HV- V-并經(jīng)處理后，輸出負(fù)極信號(hào)HV-DV-分別至正負(fù)極驅(qū)動(dòng)器、正負(fù)極輸出控制器。極性切換控制器U3工作時(shí)：當(dāng)輸入端接收到來自外部的正極控制信號(hào)PB3-HV-V+后，經(jīng)3A、3B反相后由3Y輸出，一路經(jīng)2B和R50、C8延時(shí)后經(jīng)2A后由2Y輸出正極驅(qū)動(dòng)信號(hào)HV-DV+；當(dāng)輸入端接收到來自外部的負(fù)極控制信號(hào)PB3-HV-V-后，經(jīng)4A、4B反相后由4Y輸出，再經(jīng)1A和R51、C7延時(shí)后經(jīng)1B由1Y輸出負(fù)極性驅(qū)動(dòng)信號(hào)HV-DV-；時(shí)間常數(shù)由R50、C8和R51、C7的值進(jìn)行設(shè)定，保證正負(fù)電源切換時(shí)有足夠的間歇時(shí)間，在此期間，高壓輸出電路處于停止?fàn)顟B(tài)，輸出電容的電壓能夠被釋放，不會(huì)對(duì)反向電源產(chǎn)生影響。