專利名稱：頻率、電壓、波形連續(xù)可調(diào)的多功能高低壓電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電工設(shè)備，特別是涉及一種可以連續(xù)可調(diào)節(jié)頻率、電壓、波形的高壓電源。
目前高壓電源主要是直流和50Hz交流高壓輸出形式、例如FH-426B 3KV直流高壓源(國營二三一廠)高壓源是一種分段調(diào)節(jié)輸出的高壓源，其內(nèi)部電路采用晶體管DC-DC變換，由于受到晶體管的功耗和耐壓的限制，其輸出不能連續(xù)調(diào)節(jié)，且輸出電流小，另一種JC-4型介質(zhì)擊穿裝置(交、直流高壓輸出，常州電子儀器廠生產(chǎn))，其輸出可以是直流也可以是50Hz交流，與前者相同的是，不能連續(xù)調(diào)節(jié)輸出電壓。其變壓形式主要采用將220V電源電壓經(jīng)變壓器升壓電子管整流后輸出直流高壓，雖然在一定范圍內(nèi)可以連續(xù)調(diào)節(jié)，但其范圍狹窄，另外由于采用了50Hz升壓整流，故所采用的變壓器、電子管、電容器體積龐大，重量達40公斤，能耗高。此電源輸出的交變電壓只能是50Hz的單一頻率，沒有變頻功能，且波形也無法改變。
參考文獻1、“JC-4型介質(zhì)擊穿裝置”(交、直流高壓源)說明書，常州電子儀器廠。
2、FB-426B 3KV高壓電源國營二六一廠本發(fā)明的目的在于克服正有技術(shù)的缺點和不足，為了提高高壓電源的穩(wěn)定性和方便調(diào)節(jié)，以及達到連續(xù)調(diào)節(jié)所輸出的電壓、頻率、多種波形，實現(xiàn)一機多用，從而提供一種由標準信號發(fā)生器，產(chǎn)生連續(xù)頻率及幅度可調(diào)，波形可變的穩(wěn)定交流信號，該信號經(jīng)兩路輸出，其中正弦和鋸齒波經(jīng)由波形激勵功放電路放大后由升壓器升壓輸出高壓，另一路輸出一標準的方波觸發(fā)信號經(jīng)光耦隔離，開關(guān)電路將0-3000V直流變換成0-3000Vp-p的方波電壓。
本發(fā)明的目的是以下列方式完成的

圖1是本發(fā)明的組成方框2是本發(fā)明電路原理方框圖本發(fā)明主要包括五個部分標準信號產(chǎn)生器(1)、連續(xù)可調(diào)0-3000V模塊開關(guān)直流變換升壓電路(2)、波形激勵及功率放大電路(3)、光耦及模塊開關(guān)電路(4)、升壓及保護電路(5)，由標準信號發(fā)生器(1)產(chǎn)生一個具有連續(xù)頻率及幅度可調(diào)、波形可變的穩(wěn)定交流信號，該信號分兩路輸出，其一正弦和鋸齒波經(jīng)波形激勵及功率放大電路(3)信號被放大后由升壓及保護電路(5)輸出高壓。另一路輸出一標準的方波觸發(fā)信號，經(jīng)光耦及模塊開關(guān)電路(4)將0-3000V直流變換成0-3000Vp-p的方波電壓。
下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作詳細地說明圖2是本發(fā)明電路原理方框圖在圖2中有五個虛線方框，每個方框中的標號即代表本發(fā)明圖1中的五個組成部分的標號，現(xiàn)對五個部分進行分別說明(1)標準信號發(fā)生器由于采用了兩塊8038函數(shù)發(fā)生器作為波形產(chǎn)生電路，其頻率和輸出波形調(diào)整方便，在輸出端接入一塊LM356集成塊作為激勵和匹配耦合，其輸出端有一穩(wěn)定的波形輸出。其中一塊8038作為DC-DC變換器提供一標準的開關(guān)信號，另一塊8038主要作為標準正弦波鋸齒波和方波標準信號源，(2)0-3000V直流變換電路是采用兩塊大功率開關(guān)模塊變換電路，由標準觸發(fā)信號15KHz方波控制其開關(guān)時間，由于方波開關(guān)模塊輸出的方波的幅度是由輸入的DC幅度控制，故本發(fā)明在DC-DC變換中采用了LM317k作為可調(diào)穩(wěn)壓器，加上兩個大功率晶體管作為電流調(diào)整管，CA301作為比較放大器，故整個輸出電壓可從1.4～40V范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)整，此電壓經(jīng)模塊開關(guān)后送入升壓器，得到一連續(xù)可調(diào)的直流高壓。(3)波形激勵及功放電路的作用是將正弦波和鋸齒波器激勵放大后送入未級功率放大器，為了獲得不失真的穩(wěn)定的輸出正弦及鋸齒波高壓，功放采用了TMOS功放模塊放大電路，TMOS模塊的輸入端由一幅度可變的激勵放大器提供激勵信號，這樣在改變輸入信號幅度時，其輸出電壓也隨之改變，經(jīng)功放后的信號由一高壓變壓器升壓后輸出0-1萬伏的其頻率可調(diào)交流高壓。此外為了保證在瞬間開關(guān)機時的反峰壓對功放級的擊穿，本電路采用了峰值限幅保護電路，(4)光耦及模塊開關(guān)電路，采用了七組光耦隔離放大器，其目的是將高、低電壓隔離，從標準信號源的方波經(jīng)七組并聯(lián)的光隔離器件6N136輸入至開關(guān)模塊，開關(guān)模塊開關(guān)狀態(tài)由光隔離器的輸出信號控制，DC-DC變換器的高壓連至開關(guān)模塊，在激勵方波作用下，其模塊輸出一其幅度正比于DC-DC變換器的高壓，調(diào)節(jié)激勵信號頻率和DC-DC變換器的輸出電壓，從開關(guān)模塊即可獲得一頻率和幅度可變的方波脈沖高壓，開關(guān)模塊采用均壓輸出形式，故本發(fā)明的輸出Vp-p值可達3000V以上，(5)升壓及保護電路由變壓器和繼電器和二極管等元件組成。其變壓器的初級接至功率放大器的輸出端，次級有多組輸出，其中有一組為正弦、鋸齒波升壓繞組，一組為DC-DC升壓繞組，另一組為輸出幅度監(jiān)控繞組。
實施例1按圖2電路圖制做一臺頻率、電壓、波形連續(xù)可調(diào)的多功能高、低壓電源。該電源的五個組成部分的詳細電路圖如圖3-7所示，并分別詳細說明。
圖3是實施例1圖1中的整流穩(wěn)壓及穩(wěn)流電原理4是實施例1中的觸發(fā)信號開關(guān)激勵，DC-DC變換升壓、功放及緩沖器。
圖5實施例1中的光隔離傳輸及方波高壓形成模塊電原理6實施例1中的波形產(chǎn)生激勵放大電原理7實施例1中的低、高壓整流，有效值測量顯示電路3是整機的主整流、穩(wěn)壓及穩(wěn)流電源電原理圖，其整流得到40V的直流電壓有兩路輸出，一路經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)AB輸出一低壓40V電源，另一路經(jīng)AB至由LM317k和MJ4052組成的穩(wěn)壓器，其穩(wěn)壓集成塊LM317的調(diào)整端由VA301組成的取樣放大器輸出比較激勵信號從而控制LM317的導(dǎo)通狀態(tài)，進而控制MJ4052的導(dǎo)通狀態(tài)，當(dāng)調(diào)節(jié)R8時，其輸出電壓可從1.0～40V連續(xù)調(diào)節(jié)，此電壓經(jīng)濾波后作為波形功放和DC-DC變換的電源電壓。
圖4是觸發(fā)開關(guān)激勵，DC-DC變換及升壓電路以及功放緩沖級，由8038集成電路產(chǎn)生一標準的15K方波脈沖信號，經(jīng)LM356放大后由R20調(diào)節(jié)后送給開關(guān)模塊，開關(guān)模塊78-A×2組成一并聯(lián)開關(guān)形式，其目的主要是增大輸出電流，在開關(guān)信號觸發(fā)下，模塊的電源電壓經(jīng)KpA，B和J2k301接點和R23，B2JB1，J2k至78-A的C端，從而在B2初級產(chǎn)生一方波脈沖，經(jīng)B2次級升壓后由B端輸出至高壓整流器，本電路的特點是開關(guān)模塊的開關(guān)狀態(tài)只受觸發(fā)方波控制，在方波幅度足夠的情況下，其輸出方波的幅度由圖3 1.0～40V電壓控制，故當(dāng)調(diào)節(jié)1.0～40V電壓輸出大小時，實際已達到了控制經(jīng)B2升壓變壓器的方波的幅度，由此可線性地控制其B端電壓幅度。達到了連續(xù)調(diào)節(jié)輸出的目的。另外B2還兼正弦波和方波交流信號的升壓，只是在此時將J2k2和J2k2的能點轉(zhuǎn)換至5-4，0-3通，斷開了高壓開關(guān)模塊78-A×2的電源源電壓，功放模塊(TMO-90)加上正、負40V的電源電壓，由e-e端輸入的交流信號經(jīng)A3放大后由電容及電阻等器件組成的緩沖器，經(jīng)T2k17-9端，由JB1A-B經(jīng)B2初級到地形成一回路，此時經(jīng)B2次級升壓后由A端輸出，圖中P4和R24，C13組成自動限幅器，R22和C12組成開關(guān)機泄漏電路從而保護了模塊。
圖5為波形產(chǎn)生激勵放大電原理圖，其工作原理與圖3同，不同的是本電路采用-LF356作為8038函數(shù)發(fā)生器的控制電壓，改善了電壓的線性，振蕩頻率由4R14R24和C3-C6確定，改變C3-C6可以改變輸出的頻段，改變4R2可以線性地改變輸出波的頻率，在C3-C6選取1μ-100p范圍的電容時，其頻帶寬度為100KHz，由于8038不能在高阻狀態(tài)下輸出正弦波，加了-LF356作為緩沖放大器，整個電路由一基準電源塊供電，其輸出為一穩(wěn)定的交流信號。
圖6為本發(fā)明實施例的高壓方波形成電路，由于采用了光耦隔離信號傳輸，故可以把前后級隔開，經(jīng)七組6N136組成的并聯(lián)輸入將標準的方波信號傳輸給6N136的輸出端，由2BG1-2BG7緩沖后由2C8耦合至LM356的輸入端，經(jīng)放大后由6腳輸出，其幅度可由2R38-2R44調(diào)節(jié)，觸發(fā)信號選取為2V，此方波信號分別由2C15-2C21耦合至WS1-WS7組成的分壓開關(guān)模塊，其模塊的耐壓選取為800V。故0-3000V直流經(jīng)由2R53至2R60組成的分壓器供給每個模塊V7的電源電壓，在最大值3000V輸入的情況下，每模塊的壓降約為430V。另外由于此電路的開關(guān)模塊的低壓源分別由七組穩(wěn)壓塊供電沒有公共端連接點，其連接方式為浮點連接，避免了因高壓擊穿前級元件。
圖7為整機的附供電電源，七組穩(wěn)壓源均采用集成穩(wěn)壓器7805，其輸出為獨立供電，(5)b為倍壓整流線路，(5)c為交流有效值測量線路，其測量范圍為0-5000Vp-p，由于采用了交流有效值處理集成電路AD356J，其顯示值不受波形及頻率的限制。
優(yōu)越性1、本儀器由于采用了高度集成化電路及模塊功放及開關(guān)電路，故重量輕，體積小，可靠性高。
2、本儀器的輸出的交直流高壓和頻率連續(xù)可調(diào)。且輸出電流穩(wěn)定。
3、可輸出多種高壓波形4、由于采用了光耦和模塊開關(guān)串聯(lián)電，故輸出的方波峰峰值可達3000V，且具有很好的上升前沿。
權(quán)利要求
1.一種頻率、電壓、波形連續(xù)可調(diào)的多功能高、低壓、電源，其特征在于包括標準信號發(fā)生器(1)、連續(xù)可調(diào)0-3000V模塊開關(guān)直流變換升壓電路(2)、波形激勵及功率放大電路(3)、光耦及模塊開關(guān)電路(4)、升壓及保護電路(5)組成；當(dāng)標準信號發(fā)生器(1)產(chǎn)生一個具有連續(xù)頻率及幅度可調(diào)、波形可變的穩(wěn)定交流信號，該信號分兩路輸出，其一正弦和鋸齒波經(jīng)波形激勵及功率放大電路(3)信號被放大后由升壓保護電路(5)輸出高壓；另一路輸出一標準的方波能發(fā)信號到光耦及模塊開關(guān)電路(4)，將0-3000V直流變換成0-3000Vp-p的方波電壓。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電工設(shè)備，特別是涉及一種可以連續(xù)可調(diào)節(jié)頻率、電壓、波形的高低壓電源，本發(fā)明主要由標準信號發(fā)生器、連續(xù)可調(diào)0-3000V模塊開關(guān)直流變換升壓電路、波形激勵及功率放大電路、光耦及模塊開關(guān)電路，升壓及保護電路組成。本發(fā)明由于采用了高度集成化電路及模塊功放和開關(guān)電路，故重量輕、體積小、可靠性高，又因采用光耦合模塊開關(guān)串聯(lián)電路，故輸出的方波峰值可達3000V，且具有很好的上升前沿。
文檔編號H02M3/10GK1132419SQ94115559
公開日1996年10月2日 申請日期1994年9月14日 優(yōu)先權(quán)日1994年9月14日
發(fā)明者溫維佳, 陸坤權(quán) 申請人:中國科學(xué)院物理研究所