一种级联可程控的高压电源电路

技术领域

本发明涉及程控电源技术领域，更具体地，涉及一种级联可程控的高压电源电路。

背景技术

现有程控电源成本较高、体积较大，不适用于嵌入式系统中；低成本开关电源，不能程控，电压低，电压变化范围小。

发明内容

为了解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种级联可程控的高压电源电路，电路结构简单，使用方便，可以获得更大的可调电压范围。

作为本发明的第一个方面，提供一种级联可程控的高压电源电路，包括依次连接的MCU、数字电位计以及升压模块，其中，

所述MCU，用于设定电压值，并将设定的电压值转换成0～255范围内的数字量，然后将所述0～255范围内的数字量输出至所述数字电位计；

所述数字电位计，用于将接收到的所述0～255范围内的数字量转换成对应的电阻值，并将电阻值输出至所述升压模块；

所述升压模块，用于在输入电源的作用下，依据接收到的所述电阻值产生对应的反馈电压，并根据内部的基准电压和产生的反馈电压调节输出电压的大小。

进一步地，所述数字电位计包括芯片U2，所述芯片U2通过SPI总线与所述MCU通讯。

进一步地，所述芯片U2的型号是AD8402。

进一步地，所述升压模块包括一级升压电路和二级升压电路，所述一级升压电路和二级升压电路的结构相同，所述一级升压电路输出第一级高压，所述二级升压电路输出第二级高压，两级高压通过一个双路二极管D3最终输出。

进一步地，所述一级升压电路包括PWM控制器U3、充电电感L1、充放电电容Ch1、电阻RA1、RW1、RB1、场效应管Q1以及二极管D1，所述PWM控制器U3的Pin2引脚接反馈电压，所述PWM控制器U3的Pin6引脚通过电阻R2连接所述场效应管Q1的栅极，所述场效应管Q1的漏极分别连接所述充电电感L1的一端和二极管D1的正极，所述充电电感L1的另一端接电源电压，所述二极管D1的负极连接充放电电容Ch1，所述电阻RA1、RW1、RB1串联后与所述充放电电容Ch1并联，所述充放电电容Ch1的正极连接所述双路二极管D3的第一端，所述一级升压电路输出的第一级高压接所述双路二极管D3的第一端；

所述二级升压电路包括PWM控制器U4、充电电感L2、充放电电容Ch2、电阻RA2、RW2、RB2、场效应管Q2以及二极管D2，所述PWM控制器U4的Pin2引脚接反馈电压，所述PWM控制器U4的Pin6引脚通过电阻R6连接所述场效应管Q2的栅极，所述场效应管Q2的漏极分别连接所述充电电感L2的一端和二极管D2的正极，所述充电电感L2的另一端接电源电压，所述二极管D2的负极连接充放电电容Ch2，所述电阻RA2、RW2、RB2串联后与所述充放电电容Ch2并联，所述充放电电容Ch2的正极连接所述双路二极管D3的第三端，所述二级升压电路输出的第二级高压接所述双路二极管D3的第三端；

所述第一级高压和第二级高压通过所述双路二极管D3的第二端最终输出。

本发明提供的一种级联可程控的高压电源电路具有以下优点：

(1)电路结构简单，使用方便；

(2)采用普通直流12V/24v电源供电，用较少的外围电路，构成了一个电压调节闭环，调整分压电阻参数即可调节高压范围，调节较为灵活；

(3)可级联，电压调节范围宽，可从40v调节到160v左右；

(4)良好的电源线性度；

(5)电压精度较高，可达到±2％以内。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。

图1为本发明提供的级联可程控的高压电源电路的原理框图。

图2为本发明提供的数字电位计及外围电路的电路图。

图3为本发明提供的升压模块的电路图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的级联可程控的高压电源电路其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。显然，所描述的实施例为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

在本实施例中提供了一种级联可程控的高压电源电路，如图1所示，所述级联可程控的高压电源电路包括依次连接的MCU、数字电位计以及升压模块，其中，

所述MCU，用于设定电压值，并将设定的电压值转换成0～255范围内的数字量，然后通过SPI通讯将所述0～255范围内的数字量输出至所述数字电位计；

所述数字电位计，用于将接收到的所述0～255范围内的数字量转换成对应的电阻值，并将电阻值输出至所述升压模块；

所述升压模块，用于在输入电源的作用下，依据接收到的所述电阻值产生对应的反馈电压，并根据内部的基准电压和产生的反馈电压调节输出电压的大小。

具体地，升压模块通过控制电容电感充电放电以及mos管的通断来调节高压大小。

优选地，如图2所示，所述数字电位计包括芯片U2，所述芯片U2通过SPI总线与所述MCU通讯。所述数字电位计将电阻值通过抽头W输出至所述升压模块。

具体地，如图2所示，数字电位计芯片U2采用的是ADI的AD8402，其有双通道，256个台阶。U2可通过SPI总线与MCU通讯，MCU将设定的电压值转换成8位数字量(0～255)传输给U2，U2再将数字量转换成电阻值。其中A1、B1为数字电位计单路的电阻，阻值为100k，W1和W2为抽头，可在0～100k间调节。

优选地，如图3所示，所述升压模块包括一级升压电路和二级升压电路，所述一级升压电路和二级升压电路的结构相同，所述一级升压电路输出第一级高压，所述二级升压电路输出第二级高压，两级高压通过一个双路二极管D3最终输出。

具体地，所述一级升压电路包括PWM控制器U3、充电电感L1、充放电电容Ch1、电阻RA1、RW1、RB1、场效应管Q1以及二极管D1，所述PWM控制器U3的Pin2引脚接反馈电压，所述PWM控制器U3的Pin6引脚通过电阻R2连接所述场效应管Q1的栅极，所述场效应管Q1的漏极分别连接所述充电电感L1的一端和二极管D1的正极，所述充电电感L1的另一端接电源电压，所述二极管D1的负极连接充放电电容Ch1，所述电阻RA1、RW1、RB1串联后与所述充放电电容Ch1并联，所述充放电电容Ch1的正极连接所述双路二极管D3的第一端，所述一级升压电路输出的第一级高压接所述双路二极管D3的第一端；

所述二级升压电路包括PWM控制器U4、充电电感L2、充放电电容Ch2、电阻RA2、RW2、RB2、场效应管Q2以及二极管D2，所述PWM控制器U4的Pin2引脚接反馈电压，所述PWM控制器U4的Pin6引脚通过电阻R6连接所述场效应管Q2的栅极，所述场效应管Q2的漏极分别连接所述充电电感L2的一端和二极管D2的正极，所述充电电感L2的另一端接电源电压，所述二极管D2的负极连接充放电电容Ch2，所述电阻RA2、RW2、RB2串联后与所述充放电电容Ch2并联，所述充放电电容Ch2的正极连接所述双路二极管D3的第三端，所述二级升压电路输出的第二级高压接所述双路二极管D3的第三端；

所述第一级高压和第二级高压通过所述双路二极管D3的第二端最终输出。

UC2843A是一个电流型PWM控制器，其内部有一个2.5v精度2％的基准电压。Rt和Ct可设置内部调节频率，用来调节充电、放电的速率。Pin2引脚接受外界电压输入，Pin6推挽输出，驱动场效应管Q1的栅极，控制其导通和关断。

如图1-3所示，本发明提供的级联可程控的高压电源电路，其工作原理如下：

(1)PWM控制器U3和U4的Pin2引脚采集外部反馈电压Uw1，当外部反馈电压Uw1与内部基准电压不相等时，PWM控制器U3和U4内部的比较器便会启动，控制外部升压、放电电路工作，使pin2引脚的反馈电压Uw1和Uw2始终维持在2.5V。Pin3引脚为电流采样，用来调节外部放电电流，使其最大不超过芯片的承受能力。外部电路通过两个固定电阻和一组数字电位计串联，便可以达到比较高的直流电压。

(2)MCU将设定电压值转换成数字量(范围0～255中的某个值)，通过SPI通讯传输给数字电位计U2，抽头W1就会产生一个反馈电压Uw1。反馈电压Uw1输入给PWM控制器U3的Pin2引脚跟内部2.5V基准电压进行比较，当Uw1<2.5V时，Pin6引脚输出为低电平，场效应管Q1截止，24V电源经过充电电感L1给充放电电容Ch1充电，第一级高压Hv1升高，经过电阻RA1、RW1、RB1分压后，反馈电压Uw1也随之升高；当Uw1>2.5V时，Pin6引脚输出高电平，场效应管Q1导通，充电电感L的能量被场效应管Q1放掉，无法为充放电电容Ch1充电。由于二极管D1反向截至的特性，充放电电容Ch1的电压无法被场效应管Q1放掉，此时通过电阻RA1、RW1、RB1回到负极，高压Hv1逐步降低。二级升压电路和一级升压电路的原理相同，这里不再赘述。

Hv的范围计算：

电阻RA1、RW1、RB1的参数可直接影响高压Hv1的范围。电阻RA2、RW2、RB2的参数可直接影响高压Hv2的范围。

一级升压电路电阻：RA1＝30k、RW1＝1k、RB1＝1k。

电阻Rw1为1k、数字电位计为100k，两者并联实际阻值为0.99k。由PWM控制器的特性可知，Pin2引脚也即反馈电压Uw1始终为2.5v。当抽头W1在A1的位置时，Hv1＝2.5V*(35k+0.99k+1k)/(0.99k+1k)，Hv1≈40V，此时电压最低；当抽头W1在B1的位置时，Hv1＝2.5V*(30k+0.99k+1k)/1k，Hv1≈79.98V，电压最高；所以第一级电压范围即为40V～79.98V。

二级升压电路电阻：RA2＝61.9k、RW2＝1k、RB2＝1k。

第二级高压的下限Hv2＝2.5V*(61.9k+0.99k+1k)/(0.99k+1k)，Hv2≈79.86V，第二级高压的上限2.5V*(35k+0.99k+1k)/1k，Hv2≈159.73V，所以二级级联电压范围为79.86V～159.73V。

两级电压通过一个双路二极管D3最终输出，由于二极管反向截至的特性，两路电压不会相互干扰。通过两路级联的升压电路最终实现了从40v～160v的连续调节。

本发明提供的级联可程控的高压电源电路，PWM栅极驱动器UC2843A配合数字电位计实现程控电源，省去了典型应用中的变压器等诸多元件，使之可用于嵌入式系统；两级或更多级的级联，获得了更大的可调电压范围。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。