[发明专利]一种增大电压调节范围的电路

说明书

本发明提供一种增大电压调节范围的电路，包括第一电源的正极与第一光电耦合器的一端相连，第一光电耦合器的另一端与第一电阻的第一端相连，第一电阻的第二端与第三电阻的第一端相连，第三电阻的第二端与第一电源的负极相连；第二电源的正极与第二光电耦合器的一端相连，第二光电耦合器的另一端与第三电阻的第二端相连，第三电阻的第一端与第二电阻的第一端相连，第二电阻的第二端与第二电源的负极相连；负载电阻一端与第一电阻的第一端相连，另一端与第二电阻的第二端相连，第一电阻的第一端为输出电压的输出端，输出电压的采样端位于所述负载电阻的两端之间。本发明的增大电压调节范围的电路能够增大输出电压上限，且调节速度快和纹波水平低。

技术领域

本发明涉及电子电路的技术领域，特别是涉及一种增大电压调节范围的电路。

背景技术

带电粒子探测是太空探测的最重要的部分之一，包括低能、中能和高能带电粒子探测。为了测量带电粒子的能量，法拉第阻滞势分析仪作为探测空间中低能带电粒子的重要设备，需要提供与之相匹配的电压输出。阻止电压的大小决定了带电粒子的探测能量范围。探测能量范围大就需要高跨度的扫描电压范围(例如0至10kV)，为了测量能量的准确就需要低纹波系数。另一方面，完成一次扫描的时间限制了采样率。要提高采样率就需要能够快速调节的电压输出。因此，在提高时间分辨率的同时还需要维持输出电压的纹波处于低水平。

一般来说，输出电压变化快与纹波小是互相矛盾的。这是因为前者要求电源模块中的电容尽量小，而后者则要求电容尽量大。解决这个问题的一种方法是采用光电耦合器进行调节，可以兼顾二者。光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电—光—电转换器件，由发光源和受光器两部分组成，并将发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。

现有技术中的一款光电耦合器如图1所示，其中管脚1和2是控制输入端口。当有电流I_in流过时，连接管脚1和2的发光二极管会发光，且发光的强度正比于电流I_in的大小。连接管脚3和4的二极管当连接在固定高压时，会接收来自发光二极管的光线，耦合出输出电流I_out，最终在负载Z-load上产生所需要的高压。光电耦合器的一个重要参数是电流传输比(Current Transfer Ratio，CTR)，其为输出电流I_out与输入电流I_in的比值。该参数在固定温度与固定V_in(需小于光电耦合器耐压上限)的条件下为一定值。因此只需要控制光电耦合器的输入电流，就可以改变输出电流，进而改变负载两端的输出电压。

光电耦合器具有但不限于以下优点：

(1)对输入、输出电信号有良好的隔离作用，具有良好的电绝缘能力；

(2)电信号通过光信号传输，具有单向性，抗干扰能力强；

(3)发光管与受光器间的耦合电容很小(2pF)，共模抑制比高；

(4)响应速度快，传输效率高，光电耦合器件的时间常数通常在微秒甚至毫微秒级。

基于光电耦合器的以上特点，采用数模转换器+光电耦合器的组合可以满足法拉第阻滞势分析仪的测量要求。然而，当要求测量带电粒子的能量范围变大，比如不低于10keV，就需要可调节范围更大的电压输出(≥10kV)。这时因为空间探测中可以使用的高耐压光电耦合器的最大耐压值可能只有几千伏特，无法满足探测要求。设计使用新的具有更高耐压值的光电耦合器是一种办法。但是首先技术难度大，超高耐压光电耦合器的可靠性不一定好；其次光电耦和器的耐压值总有上限，若指标要求的能量范围进一步扩大，仍有可能无法满足要求。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种增大电压调节范围的电路，能够增大输出电压上限，并满足调节速度快和纹波水平低的要求。