小型化高压小功率电源(下)
来源:    发布时间: 2014-09-16 08:59   2784 次浏览   大小:  16px  14px  12px

高频高压变压器是高压电源的核心部件。在低压(功率)变压器中,可以不考虑波形的畸变和工作频带的问题,因而可以忽略分布电容的影响。在高频高压变压器中,由于匝数增多,特别是次级匝数增多,当变压器工作频率比较高和电压变化率比较大时,必须考虑分布电容和漏感问题。这时,变压器模型如图2所示。L1为漏感,Cp和Cs分别为初级和次级的分布电容。变压器漏感L1和次级分布电容构成了串联谐振电路。当变压器次级开路或负载较轻时变压器可看成电感,因而与次级分布电容Cs构成并联谐振电路,其等效电路如图3所示。发生谐振时,电容两端的电压会高出工作电压,也就是说变压器内部的电压会高于输出电压。这无形中增大了对变压器的耐压要求。因而在变压器的绕制过程中,要尽量减少分布电容和漏感。假设各层电容相等,绕组共有m层,则分布电容Cs=C(C为次级绕组固有电容,N2为次级绕组匝数)。当次级匝数一定时,次级等效到初级的分布电容与次级的层数有关,层数越多分布电容越小。每一层上的匝数越少,分布电容越小。为了减小分布电容,采取分段分组绕制方式,并增加层数,减小每层匝数。变压器采用马蹄形铁氧体磁芯,其绕制示意如图4所示。



图3.分布电容折合到初级的等效电路

图4.高压变压器绕制示意图

3.输入电压范围的调制


工作在高频高压条件下的小功率电源,输入电压范围的调节会出现困难。不但调整率很差,而且在输入电压超过一定值时,电源无输出,或输出电压不稳定。原因是高压小功率电源的占空比很小,工作时的导通脉宽很窄(呈窄脉冲工作状态)。当输入电压升高时,输出能量不变,脉冲宽度变窄,幅度加长。输入电压升高到一定限度,控制电路呈失控状态,无法实现有效的闭环控制,导致整个电路关闭。为解决这个问题,经过分析试验,设计了一个输入电压调节电路,如图5所示。



图5.输入电压调节电路

它实际上是一个输入电压预稳压电路,输入电压经过它,成为基本稳定的电压,再加到主电路(开关电路)上。


经过调试,试验和长期装机应用,证明了该电路的稳定与可靠。表1是设置输入电压调节电路与没有设置时的实测数据。为简化起见,这里只给出输出主电路(25kV)参数。明显看出,加了该电路后,输入电压调整率大大提高,输入电压调节范围也增至250V.



表1.输入电压变化对输出电压的影响

由于上电时,输入端瞬间冲击电流很大,对输入电压调节电路造成危害。为此,还专门设计了输入缓冲电路。

另外,高压电源变压器的变比n大,变压器次级反馈到初级变化率较小,带来的问题是稳压效果不理想。这样,还设计了输出电压预稳压电路。因篇幅有限,实际电路从略。


4.开关电路的仿真实验



图6.开关电路电原理图

开关级电路原理图如图6所示。这里开关级的负载是高频高压变压器,它的输入特性与负载的特性有关。在高压小功率应用中,由于输出电流小,负载电阻大,次级整流二极管的导通角很小。为便于建立仿真模型。可忽略负载电阻的影响。




由于应用了仿真技术,大大简化了实验过程,降低了设计周期。用PSPICE仿真程序对图6电路分为轻载10μA和重载1mA两种情况进行仿真,结果见图7(a)和图8(a)。在以后进行的电路实验中,实测的电流波形见图7(b)和图8(b)与仿真的波形基本相符。另外,从仿真波形还可看到轻载时的浪涌电流峰值较大,与重载时几乎相等。变压器空载损耗增加,导致变压器发热,这是需要进一步解决的问题。

 
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