工程師技術分享：基于BUCK調壓的小功率高壓電源

如圖14所示，輸入高頻變壓器的電壓為交流70V，通過變比為30的高頻變壓器輸出電壓升高為2kV左右，再通過八倍壓整流電路，最后輸出電壓15kV左右。

控制電路

按常規閉環設計思想，閉環的反饋電壓應取自輸出電壓，但課題中高壓電源的輸出電壓高達15KV，那么，當反饋電壓取自輸出電壓時，這勢必對采樣隔離電路提出較高的絕緣要求，在實際中會難于實現，也會增加電源的制作成本。考慮到以上情況，課題中的閉環設計的采樣電壓取自BUCK電路的輸出電壓。

根據經驗選取，PI調節器的運算放大器選用LM7131B/NS,比較器選用LM339。R1=20K，R2 =100K，C=5n。

PSPICE中閉環電路原理圖，如圖15所示。

通過PSPICE仿真得到如圖16波形：

如圖所示，當基準電壓Vref=-2V時，輸出直流12V左右，當基準電壓Vref =-2.5V時，輸出直流電壓15V左右，可見通過調節基準電壓Vref 的值，可以實現本設計0-15KV大范圍可調。如圖可見，電壓閉環驅動控制下輸出電壓的波形符合設計技術參數要求。

由前面波形可以看出，閉環電路可以正常工作，在加輸入擾動后可以基本實現調節的無凈差。到此基本完成課題設計中高壓電源的原理設計，下面給出實際電路中的芯片控制驅動。

結論

本文介紹的一種基于BUCK調壓的小功率高壓電源，其特點是：①采用了倍壓電路，減小了變壓器的變比，使其在工藝和制造上成為可能，并且能夠在一定條件下實現零電流軟開關，從而大大減小了開關損耗;②該電源可以工作在110V、220V不同電壓下，因為開拓了國內外市場;③該拓撲結構簡單，易于實現;④該電源利用了DSP，實現了數字PI的實時控制，因而能良好的工作且實現遠程通信。

課題設計主要在PSPICE軟件中完成，首先分析了高壓電源系統各個環節的基本工作原理和仿真優化，其次，在開環設計的基礎上進行了系統的閉環設計，調節電路各個參數使閉環系統的各項指標均達到要求，并且在存在擾動的情況下可以實現閉環系統的無凈差調節。

通過課題高壓電源的設計過程，可以得到以下結論：

①針對系統要求輸出電壓為0-15KV，且輸出功率為15W的情況，選用BUCK調壓電路與橋式逆變電路相組合得到高頻脈沖電壓，后經過高頻變壓器和倍壓電路完成升壓和整流作用。

②BUCK閉環環節使用光電耦合器HCNR201進行電壓采樣隔離，MOSFET的隔離驅動使用HCPL4504和UCC27321共同完成，保證驅動電路工作的有效性和安全性。

③逆變電路的控制電路由芯片SG3535和IR2110共同完成。SG3525控制器集成了過壓保護、過流保護、軟啟動、欠電壓鎖定、擊穿短路保護等功能保證控制信號的準確性。SG3525輸出的PWM信號通過兩片IR2110后驅動逆變電路的兩個橋臂，這保證了驅動信號間的死去時間，防止橋臂的直通現象。