[发明专利]一种可快速放电并连续调节电压的小型高压电源模块

说明书

技术领域

本发明属于高压电源技术领域，具体涉及一种可快速放电并连续调节电压的小型高压电源模块。

背景技术

目前的小型高压电源的高压电路常常采用市电接入，变压器升压加倍压整流方式进行升压整流，通过调节方波占空比和倍压级数两种方式调节高压输出，但是在降压调压时，当输出是电容性负载，常常采用的倍压整流方式存在放电困难的缺陷，负载采用并联电阻方式进行放电降压时所需放电周期较长。

在体积和重量有限制的场合，电源一般采用开关电源而不采用线性电源。线性电源体积大，笨重，一般不适合重量轻体积小的场合。开关电源对输出电压的调节，无论高压还是低压电源，习惯上均采用纯电子调节的方式。一般通过电源的控制器件经输出电压的反馈调节有源功率器件占空比实现。其原因主要在于电子器件轻小，电子调节的速度也很快，性能好。习惯上电源对输出电压的调节不用机械元件，其中一个重要的原因习惯上认为机械元件质量比较大，有惯性，相对于电子调节，反应速度慢，体积和重量也比较大。

功能软材料柔性器械是一种利用功能软材料(soft active material,SAM)的电致变形特性，把电能转换为机械能，通过外加电压的作用，使材料产生机械变形来实现器械或设备的运动。功能软材料柔性器械对外加电源的要求是能连续可调的高压电，最高电压可达到直流2000V以上，毫秒级的放电速度，功耗小，体积小，重量轻，便于移动。

将目前常用的小型连续可调高压电源应用在科研领域的功能软材料柔性器械上将出现以下问题：

1、功能软材料柔性器械通常为电容性负载装置，工作状态下正负极之间几乎无电流。现有高压电源通常通过千兆欧电阻进行高压放电，放电时间长，达到秒级，常需要几秒甚至十几秒的时间，由于功耗体积的限制，电阻又不能取太小，与功能软材料柔性器械配合使用导致响应过于缓慢。功能软材料柔性器械要求毫秒级的放电速度，一般不超过几百毫秒，所以现有高压电源无法适应功能软材料柔性器械的响应和工作频率的要求。

2、功能软材料柔性器械要求具有自由移动的功能特性，接地的放电方式和市电电源的接入都无法满足其自身工作要求。

3、现有高压电源采用开关电源的习惯性做法，采用纯电子调节的方式。由于输出是直流2000V以上的高压电，在这个工作范围 ，会面临电子器件上的障碍。由于电子器件技术水平的限制，工作电压在2000V以上的器件制造困难，特别是半导体器件，体积重量都比较大，价格昂贵，制造厂商很少，可选择的范围非常小甚至没有，并且难以取得。导致满足功能软材料柔性器械的高压电源实现非常困难。

功能软材料柔性器械是一门新兴的技术，有巨大的发展空间，解决功能软材料柔性器械的电源问题对这门技术的发展有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对传统高压电源无法满足小型功能软材料柔性器械等电容型负载工作需要的不足，为小型功能软材料柔性器械等电容型负载提供一种轻量化，小型化，低功耗，不限制负载的自由移动，输出能快速放电降压，而且输出能连续调压的高压电源模块。

本发明是这样实现的，一种可快速放电并连续调节电压的小型高压电源模块，包括有：

输入端口、功率开关模块、脉冲变压器、倍压整流电路、电压输出端、控制电路、隔离驱动模块、反馈分压电路、机械开关模块；

输入端口，与功率开关模块相连接，用于为功率开关模块提供输入电压；

功率开关模块，分别与所述的隔离驱动模块和所述的脉冲变压器相连接，受来自隔离驱动模块的开关驱动信号控制，将来自输入端口的输入电压变换为高频开关信号输出到脉冲变压器；

脉冲变压器，分别与所述的功率开关模块和所述的倍压整流电路相连接，用于将来自功率开关模块的高频开关信号隔离放大输出到倍压整流电路；

倍压整流电路，分别与所述的脉冲变压器和所述的电压输出端相连接，用于将来自脉冲变压器的信号进行倍压，升压到所需要的电压整流输出到电压输出端；

电压输出端，分别与所述的倍压整流电路、所述的机械开关和所述的反馈分压电路相连接，用于输出最终电压信号；

反馈分压电路，分别与所述的电压输出端和控制电路相连接，用于将所述的电压输出端的电压信号反馈给所述的控制电路，实现所述的高压电源模块输出电压的稳压调节；