便携式小型高压开关电源设计分析

摘 要 随着科技的进步，高压直流电源广泛用于光学仪器、医疗、激光等设备。传统的直流高压电源电路中的电源变换效率低，体积和重量大，不能保证使用效果。为此，本文对高压开关电源进行改良，将电源的核心部分设置成高頻逆变单元，引入SCR单端逆变技术，并通过高压测量单元和倍压整流单元构成的升压电路，实现高压电源的高效率的变换、升压及电压控制。

【关键词】便携式 小型 高压 开关电源 设计

技术的进步带动了高压电源的项目发展，高压开关电源是新兴的科技型电源，主要的设计原理和应用凭据就是电源逆变技术，特点就在于具有相应的动静态特性以及节能性。

1 高压电源

1.1 高压电源内涵分析

高压电源，主要分为直流高压电源以及交流高压电源。其中，直流高压电源主要分为线性高压电源以及开关型调整高压电源。传统的线性高压电源主要工作范围在工频区，虽然能达到一定的稳定度，但是由于其功率器件的线性条件，就导致其工作频率不能过高，相对应的功率损耗也非常大。而高压开关电源利用的最新型的变频技术，能有效规避相应的问题，在提升功率实用效率的同时，也实现了功率的最优化使用。

1.2 高压电源系统结构和原理

高压电源系统在运行过程中主要依赖的是五项基本的参数和项目，其中包括辅助电源、逆变单元结构、倍压整流单元结构、脉冲振荡控制单元结构以及脉冲振荡控制单元结构。具体的结构见图1。

在对实际电路设计的过程中，要针对电源主电路工作原理进行有效的分析，具体的电路原理见图2。

如图3所示，主要的逆变电路主要由IRFP450以及高频变压器T组成，而周围的脉冲振荡电路则是由脉宽调制结构TL494以及元件构成，为了能够更好的调节脉宽，必须要重视脉宽调节控制，也就是PWM，通过微处理器将数字输出，再对相关模拟电路加以控制，同时，还要优化通信功率控制工作，进而提升领域内应用效率。并且，系统中倍压整流电路的基础运行模式是半壁逆对称式，在电源电路原理图中R5以及R6是测量电阻数值以及负载电阻数值的元件。

2 高压电源开关控制保护原理以及性能测试

2.1 高压电源开关控制及保护电路原理

高压电源的开关控制和保护原理，主要是针对高压电源整体的电压进行有效的输出和保护，要求对电压进行集中的采样，并通过相应的反馈电路去控制相应震荡模块，有效的保护和管理实际元件中相应的输入电压、显示电压以及控制电压。在建立相应的结构时，能保证通过高频变压器进行高压的输出。并对电压信号进行集中取样，利用电流信号进行电阻取样，并且保证将负载电流及时转化为电压信号。

2.2 高压电源开关性能测试

2.2.1 高压电源开关性能测试之特性测试

要保证对正常负载情况的电流以及电压进行有效的特性测试，保证对其频率、输出电压、输出电流、输入电压以及工作效率进行有效的数据收集和汇总，例如：频率为9.26的情况下，输入电压10.20V、输出电压18.00kV、输出电流0.17mA；输入电压20.50V、输出电压41.40kV、输出电流0.40mA。前者的工作效率为62.2%，后者的效率为77.2%，效率明显升高，并且若是相应数值继续增大，则效率呈现出的也是正比例趋势。

2.2.2 高压电源开关性能测试之关键点波形测试

在进行此测试时，相应的管理人员要集中关注阳极电压波形以及触发脉冲，对相应波形进行分析的过程中，强化整体变压器电压波形的运行机制。

2.2.3 高压电源开关性能测试之纹波系数测试

对于纹波系数的研究就要建立有效的公式，并且按照相应的标准和实际情况建立相应的换算机制，要满足输出电压的纹波系数公式，

。

2.2.4 高压电源开关性能测试之电源带负载能力测试

对于高压电源来说。其负载能力是最基本的技术评价指标，相应的管理人员要建立集中的管理机制和管理措施，保证对其相应的负载电阻功率建立合理化的元件要求，若是利用功率为10W，而阻值为5MΩ的电阻，建立相应的研究模型，就能直接测算相应的模拟负载，利用相应的方式对整体电源的负载能力进行集中的测试，再与输出特性进行有效的比较。

2.3 小型高压电源开关测试实验结果

在系统运行开始之后，相应的设备在要对输出电压以及步长值进行集中的给定，并且建立相应的项目分析机制，以实现有效的信息处理汇总，从而建立有效的输入显示，保证相应管理人员能及时了解整体结构的运行情况。然后要进行相应的PID调节，保证对数值进行集中的处理和分析，然后通过D/A输出，直接作用于相应的设备上，保证高压发生电路能对A/D进行数据采样，利用过压电流进行有效的数据判断，若是显示相应值，则利用报警显示直接连接相应设备，若是显示值不同，则通过输出显示回复到PID调节环节，只有保证相应的项目运行负荷系统主程序流程，才能保证分析的结构具有相应的实效性。

本文以12支100MΩ的电阻串联为例，建立相应高压环境，负载电阻则是10支10MΩ的电阻串联，在进行测试后，对电压和电流的关系进行集中的分析。并且结合电压波纹系数公式进行有效的测算，可以得出相应的数值结论，若是整体系统的实际负载情况正常，在利用电压和电流相应关系的过程中，电源能实现有效的连续可调，并且保证输出电流维系在0-1mA，而相应的波纹系数就要保证在0.3%以下，整体效率维系在75%以上。

3 结束语

在实际小型高压开关电源设计过程中，相应的设计人员要集中关注必要的设计参数，建立有效的项目分析机制，保证整体结构和运行项目的完整性，要以基础的项目设计理论为依托，建立有效的设计思路，真正运行具有时效性的项目处理方案，进一步推动整体高压电力项目的发展。

参考文献

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作者单位

广州城市职业学院 广东省广州市 510405