一種模塊化高壓供電電路的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及檢測技術、信號處理與電氣控制領域，特別涉及一種基于單片機 系統電路的智能機械手控制系統。
【背景技術】
[0002] 高壓電源是微波功率模塊（MPM)所必須的供電裝置，MPM的核心單元是行波管放 大器，其陰極，柵極、收集極均需要高壓供電，且為了提高效率，其收集極常常又采用多級降 壓收集極技術，需要多組高壓電源，因此整個行波管的供電需要多路高壓電源供電。MPM具 有寬帶、高效、低噪、小體積、輕重量等優點而逐漸成為雷達、衛星通信星載系統、激光器、醫 用X射線等領域的標準化通用放大器，其供電電源技術難點也相應地主要集中在高功率密 度化、高效率化、高可靠性、易于模塊化等幾個方面，因此選擇合適的供電電路，是保證MPM 性能的前提。目前MPM供電電路大多采用移相全橋、諧振半橋/全橋、多諧振等電路方式，工 作在高頻PWM模式或高頻諧振模式，前端由直流電源或經過整流后的交流電源作為輸入， 經高頻變流后，通過高頻隔離變壓器在副邊整流形成多組高壓電源，其系統典型結構如圖1 所示。
[0003] 移相全橋由于采用零電壓開關（ZVS)方式，可以實現較大的功率等級和較高的轉 換效率，但存在一些明顯的缺陷，例如輸入電壓不能太低，變化范圍不能太寬，輸出需要濾 波電感，輕載時難以實現ZVS等，加之由于變壓器升壓變比高、匝數多而呈現較大的寄生參 數，尤其是漏感會在高頻開關工作中引起電壓尖峰而威脅器件安全，因此導致此種電路很 難實現更高等級的電壓輸出和更高的轉換效率。
[0004] 諧振半橋/全橋電路一般有串聯諧振、并聯諧振兩種模式，由于利用寄生電感電 容參與工作而避免了寄生參數對電路安全性的影響，同時由于可以實現功率開關管的零電 壓開關（ZVS)或零電流開關（ZCS)，提高了轉換效率，降低了EMI噪聲，提高了開關頻率，實 現了高效率高功率密度，但同樣存在低壓輸入場合時因隔離變壓器升壓變比較大導致在 兼顧高絕緣要求時變壓器設計困難，尤其在輸入電壓變化范圍較寬和負載變化較大時系統 閉環穩定性設計非常困難，輕載尤其是空載時難以實現輸出電壓的穩定。
[0005] 多諧振電路是一種結合了串并聯諧振優點的電路，但這種電路由于諧振元件的增 力口，工作模態中呈現多個諧振過程，使得電路參數的設計和優化都變得十分復雜和繁瑣，同 時它也不能解決在輸入電壓變化范圍較寬和負載變化較大時系統閉環穩定性設計困難，輕 載時輸出電壓的穩定等問題。 【實用新型內容】
[0006] 本實用新型要解決的技術問題是提供一種能夠低壓寬范圍輸入、高壓搞隔離多路 輸出、輸出電壓穩定效率搞得高壓供電電路。
[0007] 為解決上述技術問題，本實用新型的技術方案具體是這樣實現的：本實用新型提 供了一種模塊化高壓供電電路，其特征在于，包括：升壓電路，用于將輸入的低壓寬范圍直 流電壓升壓為相對電壓較高的直流電壓輸出；諧振升壓隔離電路，連接所述升壓電路，用于 將升壓電路輸出的直流電壓轉化為諧振交流電并通過變壓隔離后輸出；倍壓整流電路，連 接所述諧振升壓電路，用于將諧振升壓隔離電路諧振變化后輸出的交流電整流為直流電并 進行倍壓升壓。控制電路，用于升壓電路、諧振升壓隔離電路以及倍壓整流電路的驅動控 制。
[0008] 優選的，所述升壓電路包功率電感L1、功率開關Q1、功率二極管D1、輸出電容C1， 所述升壓電路為Boost升壓電路。
[0009] 優選的，所述升壓電路還包括對功率開關Q1進行采樣提供閉環控制信號和輸入 過流保信號的電流采樣單元CT1。
[0010] 優選的，所述隔離電路包括橋式逆變電路、諧振電路、高頻升壓變壓器T1和諧振 電流采樣單元CT2。
[0011] 優選的，所述橋式逆變電路由功率開關單元Q2-Q5構成，其輸入端電連接所述升 壓電路的輸出端，所述逆變電路的兩個橋臂中點為輸出端，所述輸出端電連接諧振回路，所 述諧振電路路包括串聯的功率電感L2和電容C2,所述諧振電路與所述高頻升壓變壓器T1 的原邊組成諧振回路，所述高頻升壓變壓器的副邊繞組連接倍壓整流電路。
[0012] 優選的，所述隔離電路還包括諧振電流采樣單元CT2。
[0013] 優選的，所述倍壓整流電路包括與n個橋式整流電路和一個電壓采樣單元，所述 橋式整流電路有兩個二極管和兩個電容組成，所述n個橋式整流電路逐級串聯，其中n對應 高頻升壓變壓器的副邊繞組個數。
[0014] 優選的，所述控制電路包括控制及保護單元、隔離輔助電源以及隔離驅動單元。
[0015] 本實用新型的MPM行波管放大器高壓供電電路，該電路采用前級寬范圍輸入升 壓、中間級恒頻諧振隔離、付邊多路倍壓整流多路串聯的方案，在集成了諧振變換器優點的 同時，還可以達到以下的有益效果：
[0016] (一）前級升壓電路的采用使得系統適合電壓寬范圍輸入，突破了現有技術中輸入 電壓不能太低、范圍不能太寬的限制；
[0017] (二）采用全橋式諧振隔離，提高了諧振級輸入電壓利用率，從而減輕隔離變壓器 的升壓負擔，降低隔離變壓器的設計和加工難度；
[0018] (三）付邊采用倍壓整流多路串聯模式減少了變壓器的匝數，從而進一步減小了變 壓器的設計難度和加工工藝，使得隔離變壓器易于實現高絕緣要求，提高系統的可靠性；
[0019] (四）采用恒頻諧振全橋的隔離方式，可將諧振隔離環節從控制系統中等效為一個 純比例環節，從而避免了傳統方案中采用諧振變換做閉環的設計困難的問題，且由于采用 前級升壓電路閉環而中間級諧振電路開環工作，可以很好的解決諧振全橋對于輕載時輸出 電壓難以保持穩定的固有缺陷；
[0020] (五）由于Boost電路本身有較高的轉換效率，而全橋諧振采用定頻工作模式后也 易于將工作點設置在最優效率點，同時由于其定頻開環工作模式，克服了閉環系統對諧振 電路頻率變化范圍的要求，所以整個系統可以工作在較高的工作頻率而具有較高的轉換效 率。
[0021] 本實用新型中得高壓供電電路各級短路結構相對固定，適合低壓寬范圍輸入、高 壓高隔離多路輸出，輸出電壓精度高，控制簡單，功率密度高，系統轉換效率高的優點功率 等級可從數百瓦到一千瓦，典型效率可達95%以上，功率密度高，易于模塊化，特別適合模 塊化后作為MPM的供電電源。
【附圖說明】
[0022] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步的詳細說明：
[0023] 圖1為現有系統典型結構圖；
[0024] 圖2為本實用新型模塊化高壓供電電路實施例的電路結構圖；
[0025] 圖3為本實用新型模塊化高壓供電電路實施例的電路閉環控制框圖；
[0026] 圖4為本實用新型模塊化高壓供電電路實施例的電路工作流程圖；
[0027] 圖5(a)為本實用新型模塊化高壓供電電路實施例的主功率電路圖；
[0028] 圖5(b)為本實用新型模塊化高壓供電電路實施例的隔離驅動電路圖；
[0029] 圖5(c)為本實用新型模塊化高壓供電電路實施例的閉環控制電路圖；
[0030] 圖6為本實用新型模塊化高壓供電電路實施例的根據負載要求的具體設計電路 的波形檢測圖。
【具體實施方式】
[0031] 為使本實用新型的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本 實用新型的【具體實施方式】做詳細的說明，使本實用新型的上述及其它目的、特征和優勢將 更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標記指示相同的部分。并未刻意按比例繪制附圖，重 點在于示出本實用新型的主旨。
[0032] 實施例：
[0033] 本實用新型提供了一種模塊化高壓供電電路，包括：升壓電路，用于將輸入的低壓 寬范圍直流電壓升壓為相對電壓較高的直流電壓輸出；諧振升壓隔離電路，連接所述升壓 電路，用于將升壓電路輸出的直流電壓轉化為諧振交流電并通過變壓隔離后輸出；倍壓整 流電路，連接所述諧振升壓電路，用于將諧振升壓隔離電路諧振變化后輸出的交流電整流 為直流電并進行倍壓升壓；控制電路，用于升壓電路、諧振升壓隔離電路以及倍壓整流電路 的驅動控制。
[0034] 如圖2所示，在本實施例中，模塊化高壓供電電路包括A、B、C、D四個部分。
[0035]其中A部分為升壓電路，該部分包括一個功率電感單元L1、一個功率開關單元Q1、 一個功率二極管單兀D1、一個輸出電容單兀C1、一個電流米樣單兀CT1 ;
[0036] 功率電感L1、功率開關Q1、功率二極管D1和輸出電容C1構成了基本的Boost升 壓電路，其作用是將輸入的低壓寬范圍直流電壓通過高頻PWM變換，升壓為相對電壓較高 且平穩的直流電壓提供給后級B部分；
[0037] 功率開關Q1其作用是高頻PWM斬波；二極管D1其作用是整流輸出；電容C1其作 用是輸出濾波和儲能；電流采樣單元的CT1其作用是采樣功率開關Q1的電流并提供給控制 電路用于閉環控制和輸入過流保護。
[0038] 在本實施例中，功率開關Q1是一個高頻可控變流開關IGBT，當然也可是M0SFET， 同樣功率開關Q1可以是多個并聯而成的高頻可控變流開關，其主要是滿足等效后的功率 開關可以滿足商頻PWM斬波。
[0039] 在本實施例中，二極管D1可以是單個二極管，當然也可以是多個二極管進行串聯 或者并聯組成的等效二極管，即可以是半波整流也可以全波整流，只要完成整流輸出即可。 同樣，本實施例中電容C1為單個電容，當然也可是多