能够产生连续电弧的1kV电源
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简介:设计一种能够产生连续电弧的高压开关电源可能是具有挑战性的。
这种小巧高效的开关电源在输出功率为 20W 时可输出 1kV电压,并能耐受连续电弧(即短路)(图 1)。它使用标准的市售元件。使用R1将开关稳压控制器LTC1871设定在120kHz的额定工作频率。该电路像间断式回扫电路一样工作,在 C1上产生 333V 电压。二极管/电容器电荷泵倍增器把该电压升高到三倍,在输出端产生1000V 电压。图 2 示出了该电路产生的开关波形。当初级开关 Q1 导通时,输出整流器被反向偏置,能量存储于变压器 T1 中。当 Q1 截止时,能量传输到次级线圈,C2 和 C3 通过整流器提高输出电压。初级电压升高,并通过变压器和整流器 D1 箝位为C1上的电压。变压器耦合良好,所以漏电感几乎不会造成电压尖脉冲。跨接在初级线圈上的小型 RC阻尼器可衰减阻尼振荡,并降低 EMI(电磁干扰)。
为了起到限流保护作用,图 1 所示电路包含两个有源电路和一个无源元件。电流检测电阻器 R2 上的电压把峰值初级电流限制在 7.5A。Q2起次级限流作用。请注意 图2中波形2的电流上升前沿上的凸起。该凸起与波形 4 中 R3 两端电压正偏移一致,它是 C2 和 C3 的刷新电流。当电路过载时,这一电流凸起大得足以增强 Q2,从而折返负载电流(图 3)。硬短路造成的功率耗散相对较低。不用Q2来进行次级限流的 ,就 会导致短路电流和内部功耗大大增加,从而导致初级开关 Q1失效。R4为电源提供负载阻抗。
该负载有助于限制倍增器电容器和二极管中的峰值电流应力。不要降低 R4的额定功率,因为连续弧期间的功耗可能很大。假如 R4未能断开,反馈电路就会强制进行一个完整的工作周期,带来灾难性后果。R4的值太低可能招致电路烧毁和数小时的调试工作。电弧是最令人紧张的,输出电容器不断地充电和放电(图 4)。作为最终的品质因数,电路的效率很高(图 5)。在 12V 输入电压和 20W 满负载时,效率达到 87.3%,并在 24W 过载时升高到 87.7%。
那么,该电路适合哪些应用呢?也许适用于电池供电的灭虫器。并且,正如把火线掠过接地的档案柜一样,这是一种很棒的工具,可以用来使生产车间里收听调幅电台的人听不清节目。该电路大概还不能提供足够大的能量,无法用作等离子体切割机的离子发生器,但我认识的一位工程师愿意试一试。该电路的一个老版本使用了单片开关电源,并使用了适合于香蕉形插接件的材料,能产生明亮的橙色光和足够的热量(还有大量的臭氧),从而引发将它用作灭火器想法。