一种高精度高压模块的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高精度高压模块，不但可以单个模块制备便携式高压电源，也可以通过阵列组合实现多路高压电源输出。用于满足各种科学仪器或者工业生产设备中的高压电源供给。
【背景技术】
[0002]高压电源在关乎国计民生的各个领域都有广泛的应用。在油烟净化、空气净化，静电喷涂，半导体制造设备，真空/等离子处理工艺，各种科学分析仪器设备，医疗学诊断和治疗系统中，都会直接或者间接使用各种高压电源。尤其是在科学研究中，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、电容充电器等都需要各种不同性能指标的高压电源(功率，功耗，纹波等)。
[0003]在核电子学与核探测器领域，在高能物理实验、核电子学与核探测器研制过程中，会使用大量的高精度、大动态范围、高稳定性的各种高压电源。
[0004]比如在一些关键器件测试研究过程中，如果发生高压组件短路打火的情况，或者高压电源供电方式不合理，抑或输出控制方式不当，都极易使设备受损，由此导致设备和样管损坏。为此，测试过程中，要合理选择高压的工作模式:独立隔离，共地保护等。急迫需要一款高稳定性，高精度，多路输出，抗干扰能力强的电源。
[0005]同时，对于一些大型核物理实验和高能物理实验，对多路可编程控制高压电源的要求更高，不但要求对单个高压通道进行可编程逻辑控制，更要求单路高压性能的稳定性和可靠性。
[0006]对于大型阵列高压输出电源，其核心元器件就是单路高压模块，为此，需要设计一款高精度高压模块电源，以适应用户需要。
【发明内容】
[0007]鉴于现有技术的状况及基于科学研究的需求，提供了一种高精度高压模块，使用24V低压供电电路，通过脉冲振荡功放电路、升压变压器，将24V电压倍压为500V的直流高压，再通过倍压电路，将其升压最高可达5000V的直流高压输出，通过特殊额滤波电路，可将整个电路的纹波控制在40mV以内。
[0008]本发明为实现上述目的，所采用的技术方案是:一种高精度高压模块，其特征在于:包括输入控制电路、比较控制电路、脉冲振荡功放电路、升压变压器、倍压电路、滤波电路、分压反馈电路、低压供电电源，所述输入控制电路依次通过比较控制电路、脉冲振荡功放电路、升压变压器和倍压电路与滤波电路连接，所述倍压电路的输出通过分压反馈电路与比较控制电路连接，低压供电电源与比较控制电路连接；
采用24V低压电源供电，通过脉冲振荡功放电路、升压变压器，将24V电压倍压为500V的直流高压，再通过多级倍压电路，将其升压到最高可达3000V的直流高压输出；通过多级滤波电路，将整个电路的纹波控制在40mV以内。
[0009]本发明的有益效果是:
1.使用24V低压供电电路，通过脉冲振荡功放电路、升压变压器，将24V电压倍压为500V的直流高压，再通过倍压电路，将其升压最高可达5000V的直流高压输出。
[0010]2.通过特殊的滤波电路，可将整个电路的纹波控制在40mV以内。
[0011]3.本发明可以采用各种小型电子元器件，在保证性能不变的条件下，缩小体积后，多个模块单元可以组成一个高压插件，每个插件可以实现2路到16路高压通道输出。使用贴片元器件，可以使体积更减小，重量减轻，便于贴片机大批量生产。
[0012]4.模块单元化，通过输入控制电路和模块控制电路，实现对单个模块的精确控制。
[0013]5.模块单元具有可扩展性，不但可以单个模块制备便携式高压电源，也可以通过阵列方式组成多路输出电源。
[0014]总之，高压体积小巧，抗电磁干扰能力强，输出纹波低，具有高精度，高稳定性，可制备便携式高压电源的特点。
【附图说明】
[0015]图1为本发明的电路连接框图；
图2为本发明的比较控制电路图；
图3为本发明的脉冲振荡功放电路图；
图4为本发明的升压变压器原理图；
图5为本发明的倍压电路原理图；
图6为本发明的滤波电路原理图；
图7为本发明的分压反馈电路原理图；
图8为本发明的高压模块纹波测试结果图；
图9为本发明的小高压模块纹波测试结果图。
【具体实施方式】
[0016]如图1所示，一种高精度高压模块，包括输入控制电路、比较控制电路、脉冲振荡功放电路、升压变压器、倍压电路、滤波电路、分压反馈电路、低压供电电源。
[0017]电路连接为:输入控制电路依次通过比较控制电路、脉冲振荡功放电路、升压变压器和倍压电路与滤波电路连接，倍压电路的输出通过分压反馈电路与比较控制电路连接，低压供电电源与比较控制电路连接。
[0018]采用24V低压电源供电，通过脉冲振荡功放电路、升压变压器，将24V电压倍压为500V的直流高压，再通过多级倍压电路，将其升压到3000V的直流高压输出，通过滤波电路，将整个电路的纹波控制在40mV以内。
[0019]如图2所示，比较控制电路的具体连接为:运算放大器Ul的同相输入端3脚分别接二极管D3的正极、电阻R2、电阻R6的一端，反相输入端2脚分别接二极管D3的负极、电阻R3的一端、电容Cl的负极，电阻R6的另一端接电阻R7的一端，电阻R2、电阻R3的另一端接地，运算放大器UI的输出端6脚分别接电容CI的正极、电阻R 4的一端，运算放大器UI的负电源端4脚接地，电源端7脚分别接二极管D4的负极、电容C8的一端，电容C8的另一端接地，二极管D4的正极分别接三极管Q2的发射极及+24V电源，三极管Q2的基极接三极管Q3的集电极，三极管Q3的基极接电阻R4的另一端，三极管Q3的发射极通过稳压管DZl接地。
[0020]二极管D3、二极管D4主要功能是防止电压反向，运算放大器Ul主要功能是比较输入信号和输出信号误差的作用，通过三极管Q2和三极管Q3起到调节加到变压器原边电压的作用。整个电路使用一个5V稳压管DZl，起稳定三极管Q2、三极管Q3静态工作点的作用，保证输出信号的稳定性。
[0021]二极管D3、二极管D4的具体型号可以是IN4148，但不仅限于此型号，运算放大器Ul具体型号可以是CA3140，但不仅限于此型号，三极管Q2和三极管Q3的具体型号可以是BD912，但不仅限于此型号，稳压管DZl的具体型号可以是LM-336，但不仅限于此型号。
[0022]如图3所示，脉冲振荡功放电路的具体连接为:升压变压器Tl的I脚分别接电阻Rl的一端、电容C3的正极，电容C3的负极接地，升压变压器TI的2脚接三极管QI的集电极，三极管Ql的发射极接地，三极管Ql的基极接升压变压器Tl的3脚，升压变压器Tl的4脚通过电阻R5分别接电阻Rl的另一端、电容C2的正极、电阻R9的一端，电阻R9的另一端分别接二极管Dl的正极、二极管D2的负极，二极管Dl的负极、二极管D2的正极分别接电容C2的负极及地。
[0023]该电路的主要功能是通过二极管Dl、二极管D2、电阻Rl和电阻R9、电容C2构成脉冲振荡电路，产生30KHZ左右振荡脉冲。该振荡脉冲经功放三极管Ql放大到功率为3W左右，然后将此放大后的脉冲提供给升压变压器的原边绕组，以保证升压变压器能正常工作。
[0024]二极管Dl、二极管D2的具体型号可以是IN4148，但不仅限于此型号，三极管Ql的具体型号可以是BUT11A，但不仅限于此型号。
[0025]如图4所示，升压变压器可以将原边绕组24V的低压脉冲，通过变压器变换成付边绕组500V的脉冲信号，达到电压升高的目的。
[0026]如图5所示，倍压电路的具体连接为:二极管DV1、DV9、DV8、DV7、DV6、DV5、DV4、DV3、DV2、DV1依次串联在一起，在二极管DVlO的正极与二极管DV9的负极之间连接电容CV10，在二极管DV9的正极与二极管DV8的负极之间连接电容CV9，在二极管DV8的正极与二极管DV7的负极之间连接电容CV8，在二极管DV7的正极与二极管DV6的负极之间连接电容CV7，在二极管DV6的正极与二极管DV5的负极之间连接电容CV6，在二极管DV5的正极与二极管DV4的负极之间连接电容CV5，在二极管DV4的正极与二极管DV3的负极之间连接电容CV4，在二极管DV3的正极与二极管DV2的负极之间连接电容CV3，在二极管DV2的正极与二极管DVl的负极之间连接电容CV2，二极管DVl的正极连接电容CVl的一端，电容CV17与电容CV18串联，电容CV20与电容CV21串联，电容CV19与电容CV22串联，电容CV23与电容CV24串联，电容CV25与电容CV26串联，电容CV27与电容CV28串联，电容CV17、电容CV20的一端分别连接电容CV10、电感L2的一端及二极管DVlO的正极，电容CV19、电容CV23、电容CV25、电容CV27的一端分别连接电感L2的另一端，电容CV18、电容CV21、电容CV22、电容CV24、电容CV28的一端接地。
[0027]二极管DVl?二极管DV10、电容CVl?电容CVlO组成起倍压阵列，起到倍压作用，通过此电路，可将500V左右的脉冲电
压，转变成最大为3KV/0.5mA的直流电压，增加电
