[发明专利]一种微型可编程脉冲高压源

说明书

本发明公开了一种微型可编程脉冲高压源，包括：MCU可编程控制模块、集成升压模块和取样反馈模块；MCU可编程控制模块用于对可编程目标电压信号进行运算处理后输出控制信号；集成升压模块用于根据控制信号输出可编程脉冲高压源信号；取样反馈模块用于对高压源输出信号进行取样并反馈给MCU可编程控制模块。本发明由于在集成升压模块中采用原边谐振逆变和倍压相结合的两级升压拓扑结构，使得整个模块逆变效率得到提高，降低了变压器的体积；同时采用多个集成升压单元的并联输入且串联输出的形式，能够实现较小的体积以及较高的电压输出；另外采用MCU作为控制核心，使得系统的输出电压可根据需求进行数字编程调节，使得通用性和灵活性加强。

技术领域

本发明属于脉冲功率技术领域，更具体地，涉及一种微型可编程脉冲高压源。

背景技术

脉冲功率技术由于其具有极高的瞬时功率，被广泛应用于医疗、和工业应用的各个领域。脉冲功率中核心装置为脉冲高压源，其工作效率、参数和可靠性直接决定着整个脉冲功率系统的性能。

目前，小型化的脉冲高压源设计通常采用基于单管反激式变换器的拓扑进行设计，当电压等级较高时，变压器原副边匝比过大，使得变压器体积较大，整个脉冲高压源体积偏大，较为笨重，无法满足小型化场合的使用需求。而且针对不同的电压等级，变压器往往需要重新计算设计，无法进行通用适配，且重复性开发工作多。

鉴于以上存在的缺陷，急需一种性能稳定、可编程的模块化微型脉冲高压源。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微型可编程脉冲高压源，旨在解决现有的脉冲高压源多为定制型产品、不能通用、开发过程中重复性工作多的技术问题。

本发明提供了一种微型可编程脉冲高压源，包括：MCU可编程控制模块、集成升压模块和取样反馈模块；MCU可编程控制模块的第一输入端用于接收可编程目标电压信号，第二输入端连接至取样反馈模块的输出端，用于对可编程目标电压信号进行运算处理后输出控制信号；集成升压模块的输入端连接至MCU可编程控制模块的输出端，用于根据控制信号输出可编程脉冲高压源信号；取样反馈模块的输入端连接至集成升压模块的输出端，用于对高压源输出信号进行取样并反馈给MCU可编程控制模块。

更进一步地，MCU可编程控制模块包括：模数转换单元、PWM控制器、PID控制器和串口控制单元；串口控制单元的输入端作为MCU可编程控制模块的第一输入端，串口控制单元用于接收外部的目标电压值及可编程的指令，同时输出脉冲高压源的实际输出电压值，实现信息接收和输出；模数转换单元的输入端作为所述MCU可编程控制模块的第二输入端，所述模数转换单元用于将高压源的输出经过取样反馈模块缩放后形成的0v～3.3v模拟信号，转化为高精度的12位数字信号；PID控制器的第一输入端连接至所述串口控制单元的输出端，第二输入端连接至所述模数转换单元的输出端，PID控制器用于检测输入目标电压值与实际输出端电压的差值，通过调整控制参数改变控制器输出，对整个升压过程进行控制，达到平稳输出的目的；PWM控制器的输入端连接至所述PID控制器的输出端，所述PWM控制器的输出端作为所述MCU可编程控制模块的输出端，PWM控制器用于输出频率固定，占空比不断变化的方波。

更进一步地，集成升压模块包括N个串联连接的升压单元，各个升压单元的输出为高压源输出的1/N；各个升压单元的结构均相同，所述升压单元用于将输入的低压直流电经过逆变和倍压整流后，成为高压直流电并提供给负载。

其中，每个升压单元均包括：晶体管驱动器、晶体管、谐振电容器、变压器和倍压整流器；谐振电容器的两端与变压器原边线圈的两端并连连接，晶体管与谐振电容器串联连接，晶体管驱动器与晶体管的栅极连接，用于驱动晶体管工作；变压器副边输出端与倍压整流模块的输入端连接，倍压整流模块的输出端作为升压单元的输出端。