一种高精度双极线性高压调节电路

技术领域

本发明涉及线性调压电路技术领域，具体涉及一种高精度双极线性高压调节电路。

背景技术

对于低电压输出的调压电路可通过运算放大器实现，但是，对于几十伏、几百伏的可调高压输出，只能选择成品的可调高压模块，或者高压运算放大器实现；可调高压模块的采购价格昂贵，模块输出的电压范围可选择性较少，双极性输出的模块更少，无法实现灵活的输出电压配置；高压运算放大器因为尺寸限制了芯片的绝缘特性，其电源供电电压最大值受限，一般仅在200V以内，而且价格昂贵，采购周期长。

上述问题亟待解决。为此，提出一种高精度双极线性高压调节电路。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：如何解决上述背景技术中提出的技术问题，提供了一种高精度双极线性高压调节电路。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括运算放大器U1、三极管Q1～Q4、负高压端-HV、正高压端+HV、输入控制电压端VSET、输出端VOUT；所述运算放大器U1的正向输入端串联电阻R1与输入控制电压端VSET连接，负向输入端串联电阻R2接地，输出端和负向输入端并联电容C1，输出端同时与三极管Q3的发射极连接，所述三极管Q3的基极接地，三极管Q3的集电极与三极管Q4的基极连接，所述三极管Q4的发射极直接与负高压端-HV连接，集电极与电阻R5的一端连接，同时与三极管Q2的发射极连接，电阻R5的另一端与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与三极管Q2的基极连接，同时与三极管Q1的发射极连接，三极管Q2的集电极与电阻R7的一端连接，同时与三极管Q1的基极连接，Q1的集电极与正高压端+HV连接，同时电阻R7的另一端也与正高压端+HV连接，输出端VOUT从电阻R5和电阻R6互联的端口引出；

所述输出端VOUT直接作为反馈电压通过电阻R8反馈到输入端，电阻R8的一端与输出端VOUT连接，电阻R8的另一端与运算放大器U1的正向输入端连接。

更进一步地，所述高精度双极线性高压调节电路还包括用于起到限流作用的电阻R3，运算放大器U1的输出端串联电阻R3与三极管Q3的发射极连接。

更进一步地，所述高精度双极线性高压调节电路还包括用于提供偏置电流的电阻R4，所述电阻R4的一端与三极管Q3的集电极、三极管Q4的基极连接，另一端接地。

更进一步地，所述高精度双极线性高压调节电路还包括用于提高负反馈稳定性的电容C2，所述电容C2并联在电阻R8两端。

更进一步地，所述三极管Q1工作在放大区，通过调整三极管Q1的导通程度，能够调节输出端VOUT的正高压输出幅度，所述三极管Q4也工作在放大区，通过调三极管整Q4的导通程度，能够调节输出端VOUT的负高压输出幅度。

更进一步地，所述电阻R7为三极管Q1提供基极电流，流过电阻R7的电流分为2路，一路供给三极管Q1的基极，一路作为三极管Q2的Ice电流，Ice电流的大小由Q4的集电极电压决定，通过调节Ice电流的大小实现三极管Q1的基极电流的调节，进而实现三极管Q1的Vce电压调节。

更进一步地，所述三极管Q4的集电极与电阻R5连接处的电压降低时，三极管Q2的基极电流增加，使得三极管Q2的Ice电流增加，此时三极管Q1的基极电流Ib减小，三极管Q1的导通压降Vce增加，共同使得输出端VOUT的输出电压降低；电阻R5和R6分别为输出限流电阻，限制输出电流的大小，同时也限制该电路中三极管Q1和三极管Q4的导通电流，实现输出端VOUT的电压反馈调节。

更进一步地，当所述输出端VOUT输出电压变高时，运算放大器U1的正向输入端电压变高，运算放大器U1的输出电压变高，使得三极管Q3的基极电流变大，三极管Q3的Vce导通压降降低，增加了三极管Q4的基极电流，使得三极管Q4的Vce导通压降降低，使得电阻R5与三极管Q4连接处的电压降低，使电阻R5另一端的输出端VOUT的电压变低，形成负反馈，保证输出电压的稳定。

更进一步地，所述电阻R1与电阻R8均为精密电阻，输出端VOUT的输出电压大小由电阻R1和电阻R8共同决定，其输出电压的大小为：

其中，输出端VOUT与输入控制电压端VSET的电压极性相反。

本发明相比现有技术具有以下优点：该高精度双极线性高压调节电路，通过低成本的方式实现了双极性、可调的、高精度的、高电压输出的线性电路。

附图说明

图1是本发明实施例中高精度双极线性高压调节电路的原理图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例一

本实施例提供一种技术方案：一种高精度双极线性高压调节电路，辅助双极性的两路电源+HV和-HV，以及可变的低电压控制信号VSET，实现通过VSET的电压变化得到一个在-HV和+HV之间的输出电压VOUT；

VSET可以通过DAC产生，实现数字可调高压电源输出，也可以通过电位器产生一个低电压控制信号，实现手动的可调高压电源输出；两路双极性的电源+HV和-HV的电压范围可以任意调节，使得输出电压的极性任意变化，实现双极性或单极性的电压输出，即+HV可以设计为0V或0V以下的电压，-HV可以是一个小于+HV的负电压，实现-HV～+HV(<0V)电压的自由调节；也可以将-HV设计为0V或0V以上的电压，+HV是一个大于-HV的正电压，实现-HV(≥0V)～+HV电压的自由调节。

通过一个运算放大器U1实现误差放大器的功能，其正向输入端串联一个电阻R1与输入控制电压VSET连接，作为运算放大器的正向输入电阻；其负向输入端串联一个电阻R2接地，降低因输入偏置电流带来的偏置误差；在运算放大器U1的输出端和负向输入端并联一个电容C1，用于稳定运算放大器U1在线性工作状态下的状态；运算放大器U1的输出端与电阻R3连接，R3的另一端与三极管Q3的发射极连接，三极管Q3是一个PNP管，三极管Q3的基极接地，三极管Q3的集电极与三极管Q4的基极连接；R3是一个限流电阻，通过运算放大器U1的输出电压来调整Q3的基极电流，使得三极管Q3工作在放大区，调整三极管Q3的导通压降Vce，实现控制三极管Q4的线性导通程度；因运算放大器U1是低电压电源驱动，根据负高压-HV的电压大小，选择三极管Q3的耐压值，要求三极管Q3的Vce耐压值至少要大于负高压-HV的绝对值与运算放大器U1的供电电压之和；

电阻R4是一个下拉电阻，提供一个偏置电流，确保三极管Q4基极的电压稳定性；三极管Q4的发射极直接与负高压-HV连接，三极管Q4的集电极与电阻R5的一端连接，同时也与三极管Q2的发射极连接，电阻R5的另一端与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与三极管Q2的基极连接，同时也与三极管Q1的发射极连接，三极管Q2的集电极与电阻R7的一端连接，同时也与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的集电极与正高压+HV连接，同时电阻R7的另一端也与正高压+HV连接；输出电压VOUT从电阻R5和电阻R6互联的端口引出。

输出电压VOUT直接作为反馈电压通过电阻R8反馈到输入端，其中电阻R8的一端与输出电压VOUT连接，电阻R8的另一端与运算放大器U1的正向输入端连接，电容C2并联在电阻R8的两端，为了提高整个负反馈的稳定性。

实施例二

通过一个运算放大器U1实现误差放大器的功能，其正向输入端串联一个电阻R1与输入控制电压VSET连接，作为运算放大器的正向输入电阻；其负向输入端串联一个电阻R2接地，降低因输入偏置电流带来的偏置误差；在运算放大器U1的输出端和负向输入端并联一个电容C1，用于稳定运算放大器U1在线性工作状态下的状态；运算放大器U1的输出端与电阻R3连接，电阻R3的另一端与三极管Q3的发射极连接，三极管Q3是一个PNP管，三极管Q3的基极接地，三极管Q3的集电极与三极管Q4的基极连接；电阻R3是一个限流电阻，通过运算放大器U1的输出电压来调整三极管Q3的基极电流，使得三极管Q3工作在放大区，调整三极管Q3的Vce的导通压降，实现控制三极管Q4的线性导通程度；因运算放大器U1是低电压电源驱动，根据负高压-HV的电压大小，选择三极管Q3的耐压值，要求三极管Q3的Vce的耐压值至少要大于负高压-HV的绝对值与运算放大器U1的供电电压之和；

电阻R4是一个下拉电阻，提供一个偏置电流，确保三极管Q4基极的电压稳定性；三极管Q4的发射极直接与负高压-HV连接，三极管Q4的集电极与电阻R5的一端连接，同时与三极管Q2的发射极连接，电阻R5的另一端与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与三极管Q2的基极连接，同时与三极管Q1的发射极连接，三极管Q2的集电极与电阻R7的一端连接，同时三极管Q1的基极连接，Q1的集电极与正高压+HV连接，同时电阻R7的另一端也与正高压+HV连接；输出电压VOUT从电阻R5和电阻R6互联的端口引出。

其中三极管Q1与三极管Q4都需要根据正高压+HV和负高压-HV的电压大小来选择其耐压值，确保在正常的正高压+HV和负高压-HV的工作电压范围内，三极管Q1和三极管Q4不会被高压击穿；

三极管Q1工作在放大区，通过调整三极管Q1的导通程度，实现输出电压VOUT的正高压输出幅度的调节，三极管Q4也工作在放大区，通过调三极管整Q4的导通程度，实现输出电压VOUT的负高压输出幅度的调节；

电阻R7为三极管Q1提供一个基极电流，流过电阻R7的电流分为2路，一路供给三极管Q1的基极，一路作为三极管Q2的Ice电流，Ice电流的大小由Q4的集电极电压决定，通过调节Ice的大小实现三极管Q1的基极电流的调节，实现了三极管Q1的Vce电压调节，使得可以灵活的调节输出电压VOUT的正高压的桥臂电压；

当电阻R5与三极管Q4的集电极连接处的电压降低时，三极管Q2的基极电流增加，使得三极管Q2的Ice电流增加，此时三极管Q1的基极电流Ib则减小，三极管Q1的导通压降Vce增加，共同使得输出电压VOUT的输出电压降低；电阻R5和R6分别是该电路的输出限流电阻，限制输出电流的大小，同时也限制了该电路中三极管Q1和三极管Q4的导通电流，实现了输出电压VOUT的电压正常的反馈调节。

输出电压VOUT直接作为反馈电压通过电阻R8反馈到输入端，其中电阻R8的一端与输出电压VOUT连接，电阻R8的另一端与运算放大器U1的正向输入端连接，电容C2并联在电阻R8的两端，为了提高整个负反馈的稳定性；

在环路稳定的条件下，当输出电压VOUT变高时，运算放大器U1的正向输入端电压变高，运算放大器U1的输出电压变高，使得三极管Q3的基极电流变大，三极管Q3的Vce导通压降降低，增加了三极管Q4的基极电流，使得三极管Q4的Vce导通压降降低，使得电阻R5与三极管Q4连接处的电压降低，迫使电阻R5另一端的输出电压VOUT的电压变低，形成一个负反馈，保证输出电压的稳定；

电阻R1与R8使用精密电阻以保证输出电压的高精度以及高稳定性，输出电压VOUT的大小由电阻R1和R8共同决定，其输出电压VOUT的大小为

因整个电路是一个负反馈，输出电压VOUT与输入控制电压VSET的极性相反。

综上所述，上述实施例的高精度双极线性高压调节电路，通过低成本的方式实现了双极性、可调的、高精度的、高电压输出的线性电路。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。