一種小功率高壓發(fā)生裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種小功率高壓發(fā)生裝置，其包括有一脈沖變壓器，脈沖變壓器初級(jí)線(xiàn)圈的兩端分別連接有驅(qū)動(dòng)電路和接地電容，驅(qū)動(dòng)電路的輸入端與PWM脈沖控制模塊相連，脈沖變壓器次級(jí)線(xiàn)圈的兩端并聯(lián)有儲(chǔ)能電容，其輸出端與PWM脈沖控制模塊的輸入端相連。本發(fā)明的輸出電壓可以達(dá)到35kV，電壓穩(wěn)定時(shí)間約為20ms，精度可達(dá)2%，體積只有以前的1/3，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間、多臺(tái)儀器測(cè)試，穩(wěn)定性以及性能良好。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種小功率高壓發(fā)生裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及高壓電源【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說(shuō)是涉及一種用于靜電放電模擬器中的高壓發(fā)生裝置。
【背景技術(shù)】:
[0002]電荷若是經(jīng)由放電路徑而產(chǎn)生在不同電位之間移轉(zhuǎn)現(xiàn)象，即稱(chēng)此為靜電放電現(xiàn)象。靜電放電會(huì)影響電子產(chǎn)品質(zhì)量，是一種危害很高的自然現(xiàn)象。靜電放電模擬器就是模擬靜電放電，用于測(cè)試電子產(chǎn)品抗靜電能力，以提高產(chǎn)品質(zhì)量。
[0003]圖1所示為IEC61000-4-2模擬人體模式放電的典型電路，放電電容Cl典型值為150pF，最高電壓為30kv，靜電放電的最大頻率為20Hz。故電容需要功率為20*0.5*C*U*U=1.35W,除去充電損耗以及高壓電源的效率，高壓電源功率按照5w設(shè)計(jì)。
[0004]圖2所示為現(xiàn)有的一種高壓電源發(fā)生裝置，其是通過(guò)控制脈沖變壓器初級(jí)輸入信號(hào)，在次級(jí)脈沖輸出端經(jīng)過(guò)倍壓模塊可產(chǎn)生高壓，這種模式的高壓電源存在以下問(wèn)題:
[0005]I)體積過(guò)大:倍壓模塊需要兩塊，分別用于產(chǎn)生正壓和負(fù)壓。由于倍壓模塊要保證器件耐高壓能力和安全距離，就會(huì)使體積變的很大，無(wú)法使用在手持式設(shè)備里；
[0006]2)升壓/降壓速度慢:假設(shè)倍壓模塊選用的是26倍壓，脈沖變壓器驅(qū)動(dòng)頻率為20kHz，可以算得最終輸出穩(wěn)定所需時(shí)間:t=N/f=26/20000=l.3ms ；
[0007]3)輸出效率低:根據(jù)實(shí)測(cè),輸出效率比約為50%，無(wú)功功耗太大，對(duì)于電池供電的手持式設(shè)備，效率太低。·

【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0008]本發(fā)明的目的就在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處而提供一種小型、快速、高效的小功率高壓發(fā)生裝置，以便用于手持式設(shè)備。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種小功率高壓發(fā)生裝置包括有一脈沖變壓器，脈沖變壓器初級(jí)線(xiàn)圈的兩端分別連接有驅(qū)動(dòng)電路和接地電容，驅(qū)動(dòng)電路的輸入端與PWM脈沖控制模塊相連，脈沖變壓器次級(jí)線(xiàn)圈的兩端并聯(lián)有儲(chǔ)能電容，其輸出端與PWM脈沖控制模塊的輸入端相連。
[0010]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述的脈沖變壓器次級(jí)線(xiàn)圈與儲(chǔ)能電容之間連接有開(kāi)
關(guān)~ 極管。
[0011]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述的脈沖變壓器次級(jí)線(xiàn)圈的輸出端連接有兩個(gè)分壓電阻，PWM脈沖控制模塊的輸入端連接在兩個(gè)分壓電阻之間。
[0012]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述的脈沖變壓器其鐵芯為非晶態(tài)合金材料鐵芯。
[0013]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述的與脈沖變壓器初級(jí)線(xiàn)圈相連的驅(qū)動(dòng)電路為MOSFET或三極管。
[0014]本發(fā)明的有益效果在于:其輸出電壓可以達(dá)到35kv，電壓穩(wěn)定時(shí)間約為20ms，精度可達(dá)2%，體積只有以前的1/3，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間、多臺(tái)儀器測(cè)試，穩(wěn)定性以及性能良好?！緦?zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】:
[0015]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明:
[0016]圖1為模擬人體放電的電路原理圖；
[0017]圖2為現(xiàn)有的一種高壓電源發(fā)生裝置原理圖；
[0018]圖3為常規(guī)變壓器驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形圖；
[0019]圖4為本發(fā)明的電路原理圖；
[0020]圖5為本發(fā)明產(chǎn)生的反向脈沖波形圖。
【具體實(shí)施方式】:
[0021]以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)上述技術(shù)方案做進(jìn)一步的說(shuō)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例是用于說(shuō)明本發(fā)明的原理而不是限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0022]圖3所示為常規(guī)脈沖變壓器驅(qū)動(dòng)信號(hào)，為標(biāo)準(zhǔn)方波或類(lèi)似方波信號(hào)。假設(shè)脈沖變壓器變比為1:100，方波信號(hào)幅度為12v，則脈沖變壓器輸出的脈沖幅度為1200V左右，如果需要輸出30kv，則要26倍壓。根據(jù)前述計(jì)算的數(shù)據(jù)，高壓電源效率、體積等是無(wú)法滿(mǎn)足要求的。
[0023]如果按照常規(guī)脈沖變壓器驅(qū)動(dòng)模式升壓，并且不用倍壓，輸入12v輸出30kv，那么脈沖變壓器變比應(yīng)為12:30000=1:2500,如果初級(jí)10匝，次級(jí)就要25000匝，小型的磁芯無(wú)法繞下這么多匝線(xiàn)。
[0024]本發(fā)明的小功率高壓發(fā)生裝置參數(shù)為:輸入12v輸出30kv，脈沖變壓器變比應(yīng)為10:1000，即初級(jí)10圈，次級(jí)1000圈，且沒(méi)有倍壓。
[0025]見(jiàn)圖4所示:本發(fā)明的一種小功率高壓發(fā)生裝置包括有一脈沖變壓器T3，脈沖變壓器T3初級(jí)線(xiàn)圈的兩端分別連接有驅(qū)動(dòng)電路Q(chēng)4和接地電容Cl，驅(qū)動(dòng)電路Q(chēng)4的輸入端與PWM脈沖控制模塊相連，脈沖變壓器T3次級(jí)線(xiàn)圈的兩端并聯(lián)有儲(chǔ)能電容C17，脈沖變壓器T3次級(jí)線(xiàn)圈的輸出端連接有兩個(gè)分壓電阻Rl、R2，PWM脈沖控制模塊的輸入端連接在兩個(gè)分壓電阻Rl和R2之間。
[0026]脈沖變壓器T3的次級(jí)線(xiàn)圈與儲(chǔ)能電容C17之間連接有開(kāi)關(guān)二極管Dl。與脈沖變壓器T3初級(jí)線(xiàn)圈相連的驅(qū)動(dòng)電路Q(chēng)4為MOSFET或三極管，在本實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)電路Q(chēng)4為三極管。
[0027]本發(fā)明利用脈沖變壓器T3初級(jí)線(xiàn)圈作為儲(chǔ)能電感，關(guān)斷后產(chǎn)生反向電動(dòng)勢(shì)(見(jiàn)圖5)，根據(jù)公式u=Ldi/dt，調(diào)整電感量和開(kāi)通關(guān)斷時(shí)間，就會(huì)得到相應(yīng)幅度的脈沖值(U)，脈沖變壓器次級(jí)輸出的高壓脈沖和u成正比。在電感量固定的情況下，只要調(diào)整初級(jí)線(xiàn)圈儲(chǔ)能時(shí)間，就可以調(diào)整高壓值。
[0028]鐵芯的確定:電感作用王要取決于鐵芯。娃鋼材料的鐵芯電感量太小，在初級(jí)Bi數(shù)一定的前提下，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)(U)太小，無(wú)法滿(mǎn)足產(chǎn)生高壓的條件；鐵氧體鐵芯電感量足夠，但磁飽和時(shí)間太短(〈100US)，電感儲(chǔ)能不夠，同樣無(wú)法滿(mǎn)足產(chǎn)生高壓的條件；非晶態(tài)合金材料的鐵芯具有電阻率高，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度低，鐵芯比損耗小等優(yōu)點(diǎn)，故選擇非晶態(tài)合金材料的鐵芯。
[0029]電壓穩(wěn)定:普通高壓電源實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓是靠給定與采樣不停比較，再反饋到脈沖變壓器的給定，是純模擬方式實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明是數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的。普通電源需要實(shí)時(shí)保證電壓穩(wěn)定，而靜電放電模擬器所用高壓電源只要保證在放電前電壓穩(wěn)定就可以了。根據(jù)靜電放電模擬工器作特性，最快需要30ms穩(wěn)定電壓。為了確保電壓精確度，在每一次觸發(fā)脈沖變壓器后都要測(cè)量?jī)?chǔ)能電容C17電壓，然后根據(jù)本次提供的電荷量計(jì)算下次驅(qū)動(dòng)脈沖的時(shí)間。時(shí)間計(jì)算由MCU內(nèi)置的PWM模塊完成。
[0030]上述實(shí)例只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所做的等效變換或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種小功率高壓發(fā)生裝置，其特征在于:它包括有一脈沖變壓器，脈沖變壓器初級(jí)線(xiàn)圈的兩端分別連接有驅(qū)動(dòng)電路和接地電容，驅(qū)動(dòng)電路的輸入端與PWM脈沖控制模塊相連，脈沖變壓器次級(jí)線(xiàn)圈的兩端并聯(lián)有儲(chǔ)能電容，其輸出端與PWM脈沖控制模塊的輸入端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小功率高壓發(fā)生裝置，其特征在于:所述的脈沖變壓器次級(jí)線(xiàn)圈與儲(chǔ)能電容之間連接有開(kāi)關(guān)二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的小功率高壓發(fā)生裝置，其特征在于:所述的脈沖變壓器次級(jí)線(xiàn)圈的輸出端連接有兩個(gè)分壓電阻，PWM脈沖控制模塊的輸入端連接在兩個(gè)分壓電阻之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的小功率高壓發(fā)生裝置，其特征在于:所述的脈沖變壓器其鐵芯為非晶態(tài)合金材料鐵芯。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的小功率高壓發(fā)生裝置，其特征在于:所述的與脈沖變壓器初級(jí)線(xiàn)圈相連的驅(qū)動(dòng)電路為MOSFET或三極管。
【文檔編號(hào)】H02M5/458GK103580500SQ201310547243
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月6日
【發(fā)明者】黃學(xué)軍, 孫正, 湯海波 申請(qǐng)人:蘇州泰思特電子科技有限公司