[发明专利]一种用于电磁生物效应的线性可调高压直流电源

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种高压电源，尤其是一种用于电磁生物效应的线性可调高压直流电源。

背景技术

动植物电磁生物效应是直接促进农业增产和改进产品品质的重要技术手段之一，其研究需要大范围、高精度直流电场，但目前使用的普通直流高压电源存在输出电场控制精度低、范围小、成本高等技术问题。比如，所使用的数控电源虽然操作方便，但是由其自身数控特点所决定其输出高电压为阶梯状连续可调，而不是线性连续可调。一个15kV的数控电源，最小调节精度为60V，在要求高精度电压输出的电磁生物效应中，其无法满足需求。张春林、严萍等二人的文章“基于DSP的数字化高压直流电流的研究”(《高电压技术》2008年10月第34卷、第10期)，给出了一种获取高压直流电压的方法，其所采用的设备由低压部分、高压部分以及将二部分连接的高频变压器组成，高频变压器输出端连接倍压电路，通过该设备可得到较好的高压直流电压。但是，该文中变压部分采用的为高频高压变压器，绝缘等级及安全性要求较高；该文中高压部分的电压等级较高，故使用的硅堆和高压电容，成本较高，维护也不太方便；该文中低压部分采用的是常规开关电源技术，开关电源会产生大量谐波，会对电网造成影响。

发明内容

本发明的目的，在于克服现有的高压直流电源输出精度不高、最小调节精度数值过大的不足，提供一种安全性高、成本较低、维护方便、且不会产生对电网造成影响的谐波的高压电源，该高压电源不仅可以线性地连续调节输出电压，而且能通过数字显示方式方便地读取当前输出电压的数值大小。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本线性可调高压直流电源由低压部分、高压部分及连接两部分的高频变压器组成，高频变压器输出端连接高压部分的倍压电路，其中，所述低压部分包括：

-高频功率模块，用于进行电平转换与信号调制，其输出为高频方波功率信号提供给高频变压器，本模块以功率运算放大器为核心，构成电压跟随器与功率输出系统；本模块包括：

-时钟源电路1，用于提供通过功率变换所需的高频功率信号，从而提供给高频变压器进行高频升压；

-电压调节电路8，其输入端与时钟源电路1的输出端连接，用于调节整个高压直流电源的电压输出，且将输出电压限幅，防止输出给放大电路的电压过高，致使高压端输出超过额定电压；

-缓冲器电路2，其输入端与电压调节电路8的输出端连接，用于提高系统输入阻抗，提高系统稳定性；

-放大电路3，其输入端与缓冲器电路2的输出端连接，用于将输出电压进行放大；

-高频功率输出电路4，其输入端与放大电路3的输出端连接，其核心部件为功率运算放大器，用于向高频变压器15提供输出的线性电压；

-显示接口电路5，与高频功率输出电路4连接，在其端口设置有显示电路接口7，用于显示模块的连接；

-显示模块，与高频功率模块的显示电路接口7连接，用于显示输出电压；

-大功率直流电源，与高频功率模块连接，用于为高频功率模块提供所需变换为高频功率信号的电能；

所述高压部分18除包括倍压电路16外，还包括高压输出电路17，其输入端与倍压电路16的输出端连接，用于为电磁生物效应实验提供稳定、连续、精确的高压静电场，且设有保护电阻，防止短路时电流过大，防止器件损坏；

所述连接低压部分和高压部分的高频变压器15为高频低压变压器，其输入端与高频功率模块的高频功率输出电路4的输出端连接，用于连接低压与高压部分，并对低压部分构成电磁隔离保护，防止高压干扰窜入低压部分对低压器件构成永久性损伤；

本线性可调高压直流电源的工作过程是：大功率直流电源提供各个部分所需电能。时钟源电路为系统提供高频信号输送给电压调节电路，电压调节电路调节高频信号的电压幅值，使整个功率模块输出的电压实现连续变化，得到线性电压，再输送给缓冲器电路，缓冲器电路连接放大电路放大电压值，将放大后的信号传送给高频功率输出电路，使其信号变为高频功率信号，在高频功率输出端口处设计了显示电路接口供显示电路连接，输出电压可在显示模块中观察。高频输出端口连接高频低压变压器，高频低压变压器将低压高频功率信号变换为高压高频功率信号，将此信号送给倍压电路，使电压得到进一步提升达到预定值，最后通过高压输出电路输出给负载。由于高压直流电源需要为电磁生物效应实验提供稳定、精确的高压静电场，其携带负载较小，其工作时电压降ΔU和纹波系数δ_U根据公式(1)、(2)计算：