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1、(10)申请公布号 CN 102510223 A (43)申请公布日 2012.06.20 C N 1 0 2 5 1 0 2 2 3 A *CN102510223A* (21)申请号 201110343450.7 (22)申请日 2011.11.03 H02M 3/338(2006.01) H02M 1/14(2006.01) (71)申请人东文高压电源（天津）有限公司 地址 300171 天津市河东区十一经路47号 蓝海大厦8F (72)发明人刘云滨 殷生鸣 于亮 (74)专利代理机构天津中环专利商标代理有限 公司 12105 代理人胡京生 (54) 发明名称 一种准谐振半桥式可调高压电源。
2、电路 (57) 摘要 本发明涉及一种准谐振半桥式可调高压电源 电路。该电源电路包括高压输出电路，还包括功能 控制电路、半桥驱动电路、故障保护电路、高压反 馈电路，功能控制电路通过半桥驱动电路依次与 高压输出电路、高压反馈电路连接，高压反馈电路 输出端分别与功能控制电路和故障保护电路的输 入端连接，故障保护电路的输出端与半桥驱动电 路输入端连接；本发明的有益效果是：通过串联 谐振槽路，使开关功率管两端电压在其导通前具 有特定形状，使其开关损耗最小；输出电压可调 节，输出纹波电压相对较小；具有初级工作电流 锁定保护功能；功率供电电路与控制电路相互隔 离。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说。
3、明书4页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 2 页 1/2页 2 1.一种准谐振半桥式可调高压电源电路，该电源电路包括高压输出电路，其特征在于： 还包括功能控制电路、半桥驱动电路、故障保护电路、高压反馈电路，所述功能控制电路通 过半桥驱动电路依次与高压输出电路、高压反馈电路连接，所述高压反馈电路输出端分别 与功能控制电路和故障保护电路的输入端连接，故障保护电路的输出端与半桥驱动电路输 入端连接； 所述功能控制电路中，控制芯片U1的振荡器外接定时电阻端1脚通过电阻R4接控制 输入地Gi，控制芯片U1的振荡器外接定时电容。
4、端2脚通过电容C3接控制输入地Gi，控制 芯片U1的振荡器外同步控制端3脚接电阻R6的一端，控制芯片U1的控制接地端4脚接控 制输入地Gi，可调电位器W的3端接控制芯片U1的基准电压输出端5脚，可调电位器W的 2端接控制芯片U1内部误差放大器的同相输入端8脚，可调电位器W的1端接控制输入地 Gi，控制供电电压+Vin分别接电容C1的正极、控制芯片U1的供电端15脚、电阻R3的一端， 电阻R3的另一端接控制芯片U1的使能控制端9脚，电容C1的负极接控制输出地Go，电容 C4和电阻R5并联，电阻R5的一端接控制芯片U1的单触发脉宽设定端16脚，电阻R5的另 一端接控制输入地Gi； 所述半桥驱动电路。
5、中，隔离驱动变压器TRF1初级线圈L11的同名端分别连接二极管D1 的负极、功能控制电路中控制芯片U1的驱动输出端B的12脚，隔离驱动变压器TRF1初级 线圈L11的异名端分别连接二极管D2的负极、功能控制电路中控制芯片U1的驱动输出端A 的14脚，二极管D1的正极分别与二极管D2的正极、功能控制电路中控制芯片U1的功率接 地端13脚相连后接控制输出地Go，隔离驱动变压器TRF1次级线圈L12的同名端分别连接 电阻R1的一端和三极管T1的栅极，电容C7和二极管D3并联，电容C8和二极管D4并联， 二极管D3的正极和二极管D4的负极相连，三极管T1的源极和三极管T2的漏极相连，隔离 驱动变压器T。
6、RF1次级线圈L12的异名端分别连接电阻R1的另一端、三极管T1的源极、二 极管D3的正极，隔离驱动变压器TRF1次级线圈L13的异名端分别连接电阻R2的一端和三 极管T2的栅极，隔离驱动变压器TRF1次级线圈L13的同名端分别与电阻R2的另一端、三 极管T2的源极、二极管D4的正极相连并接热地Gh，功率供电电压+400V分别接三极管T1 的漏极、电容C10的一端，电容C10的另一端分别接电容C11的一端、功率变压器TRF2初级 线圈L21的异名端，电容C11的另一端接热地Gh； 所述故障保护电路中，电流互感器TRF3初级线圈L31的同名端接半桥驱动电路中功率 输出变压器TRF2初级线圈L21。
7、的同名端，电流互感器TRF3初级线圈L31的异名端接半桥 驱动电路中二极管D3的正极，电流互感器TRF3次级线圈L32与电阻R10并联，电流互感器 TRF3次级线圈L32的同名端分别接二极管D9的负极和二极管D10的正极，其异名端分别接 二极管D12的负极和二极管D11的正极，二极管D9的正极和二极管D12的正极相连并接控 制输入地Gi，二极管D10的负极和二极管D11的负极相连并接电阻R8的一端，电容C9和电 阻R9并联，电阻R8的另一端分别接电阻R9的一端、功能控制电路中控制芯片U1的故障保 护输入端10脚，电阻R9的另一端控制输入地Gi； 所述高压反馈电路中，电阻R7的一端与电容C5的一。
8、端相连，电阻R7的另一端分别接 电容C6的一端、功能控制电路中电阻R6的另一端、功能控制电路中控制芯片U1的内部误 差放大器输出端6脚，电容C5的另一端分别接电容C6的另一端、功能控制电路中控制芯片 U1内部误差放大器的反向输入端7脚、电阻R17和电阻R18的一端，电阻R18的另一端接高 权 利 要 求 书CN 102510223 A 2/2页 3 压输出地HVGND，电阻R17的另一端通过电阻R16分别接电阻R15和电容C18的一端，电阻 R15的另一端通过电阻R14和电阻R13与电容C18的另一端相连并接高压输出电路中电容 C16的非接地端。 权 利 要 求 书CN 102510223 A。
9、 1/4页 4 一种准谐振半桥式可调高压电源电路 技术领域 0001 本发明涉及一种广泛应用于电子工业、科研、军工、医疗等领域测量仪器设备中的 一种准谐振半桥式可调高压电源电路。 背景技术 0002 高压电源作为一种特殊电源，其用途广泛，性能指标要求较高。特别是在较大功率 输出时，如何将高压电源开关损耗降至最小，减小输出纹波电压，保证其稳定性和可靠性， 成为高压电源领域中较难解决的问题，但与此同时，市场对此类产品的需求却越来越大。 发明内容 0003 鉴于市场实际需求情况及今后发展趋势，本发明提供了一种准谐振半桥式可调高 压电源电路。 0004 本发明为实现上述目的，所采取的技术方案是：一种准。
10、谐振半桥式可调高压电源 电路，该电源电路包括高压输出电路，其特征在于：还包括功能控制电路、半桥驱动电路、故 障保护电路、高压反馈电路，所述功能控制电路通过半桥驱动电路依次与高压输出电路、高 压反馈电路连接，所述高压反馈电路输出端分别与功能控制电路和故障保护电路的输入端 连接，故障保护电路的输出端与半桥驱动电路输入端连接； 所述功能控制电路中，控制芯片U1的振荡器外接定时电阻端1脚通过电阻R4接控制 输入地Gi，控制芯片U1的振荡器外接定时电容端2脚通过电容C3接控制输入地Gi，控制 芯片U1的振荡器外同步控制端3脚接电阻R6的一端，控制芯片U1的控制接地端4脚接控 制输入地Gi，可调电位器W的。
11、3端接控制芯片U1的基准电压输出端5脚，可调电位器W的 2端接控制芯片U1内部误差放大器的同相输入端8脚，可调电位器W的1端接控制输入地 Gi，控制供电电压+Vin分别接电容C1的正极、控制芯片U1的供电端15脚、电阻R3的一端， 电阻R3的另一端接控制芯片U1的使能控制端9脚，电容C1的负极接控制输出地Go，电容 C4和电阻R5并联，电阻R5的一端接控制芯片U1的单触发脉宽设定端16脚，电阻R5的另 一端接控制输入地Gi； 所述半桥驱动电路中，隔离驱动变压器TRF1初级线圈L11的同名端分别连接二极管D1 的负极、功能控制电路中控制芯片U1的驱动输出端B的12脚，隔离驱动变压器TRF1初级 。
12、线圈L11的异名端分别连接二极管D2的负极、功能控制电路中控制芯片U1的驱动输出端A 的14脚，二极管D1的正极分别与二极管D2的正极、功能控制电路中控制芯片U1的功率接 地端13脚相连后接控制输出地Go，隔离驱动变压器TRF1次级线圈L12的同名端分别连接 电阻R1的一端和三极管T1的栅极，电容C7和二极管D3并联，电容C8和二极管D4并联， 二极管D3的正极和二极管D4的负极相连，三极管T1的源极和三极管T2的漏极相连，隔离 驱动变压器TRF1次级线圈L12的异名端分别连接电阻R1的另一端、三极管T1的源极、二 极管D3的正极，隔离驱动变压器TRF1次级线圈L13的异名端分别连接电阻R2的。
13、一端和三 极管T2的栅极，隔离驱动变压器TRF1次级线圈L13的同名端分别与电阻R2的另一端、三 说 明 书CN 102510223 A 2/4页 5 极管T2的源极、二极管D4的正极相连并接热地Gh，功率供电电压+400V分别接三极管T1 的漏极、电容C10的一端，电容C10的另一端分别接电容C11的一端、功率变压器TRF2初级 线圈L21的异名端，电容C11的另一端接热地Gh； 所述故障保护电路中，电流互感器TRF3初级线圈L31的同名端接半桥驱动电路中功率 输出变压器TRF2初级线圈L21的同名端，电流互感器TRF3初级线圈L31的异名端接半桥 驱动电路中二极管D3的正极，电流互感器TR。
14、F3次级线圈L32与电阻R10并联，电流互感器 TRF3次级线圈L32的同名端分别接二极管D9的负极和二极管D10的正极，其异名端分别接 二极管D12的负极和二极管D11的正极，二极管D9的正极和二极管D12的正极相连并接控 制输入地Gi，二极管D10的负极和二极管D11的负极相连并接电阻R8的一端，电容C9和电 阻R9并联，电阻R8的另一端分别接电阻R9的一端、功能控制电路中控制芯片U1的故障保 护输入端10脚，电阻R9的另一端控制输入地Gi； 所述高压反馈电路中，电阻R7的一端与电容C5的一端相连，电阻R7的另一端分别接 电容C6的一端、功能控制电路中电阻R6的另一端、功能控制电路中控制芯。
15、片U1的内部误 差放大器输出端6脚，电容C5的另一端分别接电容C6的另一端、功能控制电路中控制芯片 U1内部误差放大器的反向输入端7脚、电阻R17和电阻R18的一端，电阻R18的另一端接高 压输出地HVGND，电阻R17的另一端通过电阻R16分别接电阻R15和电容C18的一端，电阻 R15的另一端通过电阻R14和电阻R13与电容C18的另一端相连并接高压输出电路中电容 C16的非接地端。 0005 本发明的有益效果是：通过串联谐振槽路，使开关功率管两端电压在其导通前具 有特定形状，使其开关损耗最小；输出电压可调节，输出纹波电压相对较小；具有初级工作 电流锁定保护功能；功率供电电路与控制电路相互。
16、隔离。 附图说明 0006 图1为本发明的电路连接框图。 0007 图2为本发明的电路原理图。 具体实施方式 0008 如图1、2所示，一种准谐振半桥式可调高压电源电路，该电源电路包括高压输出 电路，还包括功能控制电路、半桥驱动电路、故障保护电路、高压反馈电路，所述功能控制电 路通过半桥驱动电路依次与高压输出电路、高压反馈电路连接，所述高压反馈电路输出端 分别与功能控制电路和故障保护电路的输入端连接，故障保护电路的输出端与半桥驱动电 路输入端连接； 所述功能控制电路中，控制芯片U1的振荡器外接定时电阻端1脚通过电阻R4接控制 输入地Gi，控制芯片U1的振荡器外接定时电容端2脚通过电容C3接控制。
17、输入地Gi，控制 芯片U1的振荡器外同步控制端3脚接电阻R6的一端，控制芯片U1的控制接地端4脚接控 制输入地Gi，可调电位器W的3端接控制芯片U1的基准电压输出端5脚，可调电位器W的 2端接控制芯片U1内部误差放大器的同相输入端8脚，可调电位器W的1端接控制输入地 Gi，控制供电电压+Vin分别接电容C1的正极、控制芯片U1的供电端15脚、电阻R3的一端， 电阻R3的另一端接控制芯片U1的使能控制端9脚，电容C1的负极接控制输出地Go，电容 说 明 书CN 102510223 A 3/4页 6 C4和电阻R5并联，电阻R5的一端接控制芯片U1的单触发脉宽设定端16脚，电阻R5的另 一端接控制。
18、输入地Gi； 所述半桥驱动电路中，隔离驱动变压器TRF1初级线圈L11的同名端分别连接二极管D1 的负极、功能控制电路中控制芯片U1的驱动输出端B的12脚，隔离驱动变压器TRF1初级 线圈L11的异名端分别连接二极管D2的负极、功能控制电路中控制芯片U1的驱动输出端A 的14脚，二极管D1的正极分别与二极管D2的正极、功能控制电路中控制芯片U1的功率接 地端13脚相连后接控制输出地Go，隔离驱动变压器TRF1次级线圈L12的同名端分别连接 电阻R1的一端和三极管T1的栅极，电容C7和二极管D3并联，电容C8和二极管D4并联， 二极管D3的正极和二极管D4的负极相连，三极管T1的源极和三极管T2。
19、的漏极相连，隔离 驱动变压器TRF1次级线圈L12的异名端分别连接电阻R1的另一端、三极管T1的源极、二 极管D3的正极，隔离驱动变压器TRF1次级线圈L13的异名端分别连接电阻R2的一端和三 极管T2的栅极，隔离驱动变压器TRF1次级线圈L13的同名端分别与电阻R2的另一端、三 极管T2的源极、二极管D4的正极相连并接热地Gh，功率供电电压+400V分别接三极管T1 的漏极、电容C10的一端，电容C10的另一端分别接电容C11的一端、功率变压器TRF2初级 线圈L21的异名端，电容C11的另一端接热地Gh； 所述故障保护电路中，电流互感器TRF3初级线圈L31的同名端接半桥驱动电路中功率 输。
20、出变压器TRF2初级线圈L21的同名端，电流互感器TRF3初级线圈L31的异名端接半桥 驱动电路中二极管D3的正极，电流互感器TRF3次级线圈L32与电阻R10并联，电流互感器 TRF3次级线圈L32的同名端分别接二极管D9的负极和二极管D10的正极，其异名端分别接 二极管D12的负极和二极管D11的正极，二极管D9的正极和二极管D12的正极相连并接控 制输入地Gi，二极管D10的负极和二极管D11的负极相连并接电阻R8的一端，电容C9和电 阻R9并联，电阻R8的另一端分别接电阻R9的一端、功能控制电路中控制芯片U1的故障保 护输入端10脚，电阻R9的另一端控制输入地Gi； 所述高压反馈电路中。
21、，电阻R7的一端与电容C5的一端相连，电阻R7的另一端分别接 电容C6的一端、功能控制电路中电阻R6的另一端、功能控制电路中控制芯片U1的内部误 差放大器输出端6脚，电容C5的另一端分别接电容C6的另一端、功能控制电路中控制芯片 U1内部误差放大器的反向输入端7脚、电阻R17和电阻R18的一端，电阻R18的另一端接高 压输出地HVGND，电阻R17的另一端通过电阻R16分别接电阻R15和电容C18的一端，电阻 R15的另一端通过电阻R14和电阻R13与电容C18的另一端相连并接高压输出电路中电容 C16的非接地端； 控制芯片U1采用MC34067准谐振变换控制芯片，它通过保持固定的死区时间和改。
22、变频 率，进而改变输出脉冲占空比的方式稳定输出电压。其内部的单脉冲电路用来确保功率开 关管在零电压条件下导通，从而使开关损耗最小。其特点是：具有谐振特性的零电压开关电 路；双端图腾柱式输出；具有可在外电路电平控制下关断触发器输出的使能控制端；设有 故障输入端及软启动功能等。 0009 驱动电路采用隔离驱动控制，半桥式结构。冷、热地隔离；功率开关管串联供电，既 提高输出功率，又提高了电源的可靠性。 0010 工作原理 在功能控制电路中中，控制芯片MC34067（U1）内部的振荡器输出脉冲作为触发信号， 说 明 书CN 102510223 A 4/4页 7 通过逻辑电路触发单触发触发器，输出单周期。
23、两组脉冲。而逻辑电路受控于误差放大器和 关断比较器，当高压输出取样电压升高时，振荡器输出停止。其使能控制端9脚，可在外电 路控制下，关断触发器输出。当负载过流或短路时，可通过故障输入端10脚关断驱动输出 脉冲。另外，芯片内部的单脉冲电路用来确保功率开关管在零电压下导通，使开关损耗最 小。在输出电压调整上，通过可调电位器W，改变内部误差放大器同相输入端8脚的基准设 定，进而改变振荡频率，改变有效占空比。定时电容C3和定时电阻R4决定振荡器的振荡频 率。电容C4和电阻R5用来设定内部触发器的单触发输出脉宽。 0011 在半桥驱动电路中，由隔离驱动变压器TRF1隔离冷热地，将时序不同的脉冲分别 驱动功率开关管T1和T2，在两功率开关管的中点形成对称的开关脉冲电压，通过功率输出 变压器TRF2，将电能输送至高压输出电路。 0012 在故障保护电路中，电流互感器TRF3将功率开关的工作脉冲电流变成与之成正 比的脉冲电压，经二极管D9D12桥式整流后，作为负载电流取样，送到控制芯片U1的故 障输入端10脚，当该负载电流过流时，通过该引脚10脚实现锁定保护。 说 明 书CN 102510223 A 1/2页 8 图1 说 明 书 附 图CN 102510223 A 2/2页 9 图2 说 明 书 附 图CN 102510223 A 。