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CN107834835B - 一种高集成度高压延迟缓启动装置 - Google Patents

一种高集成度高压延迟缓启动装置 Download PDF

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CN107834835B CN201711106393.4A CN201711106393A CN107834835B CN 107834835 B CN107834835 B CN 107834835B CN 201711106393 A CN201711106393 A CN 201711106393A CN 107834835 B CN107834835 B CN 107834835B
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Abstract

本发明提供一种高集成度高压延迟缓启动装置，能够简单可靠地实现高压电源的平稳延迟启动，避免高压过冲对光电探测器的损坏。该装置包括直流电源VCC、RC充放电电路、MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3和光控MOS管；通过在“高压幅值控制端”和“高压电源”之间加入缓启动电路，其中利用RC充放电、MOS管可变阻值以及光控MOS管的结合，当MOS管Q1栅端为有效高电平，MOS管Q3跟随MOS管Q2状态缓变化，使得光控MOS管中MOS管导通，这时高压幅值控制端被强拉于“地”，随后发光二极管发光逐渐减弱，MOS由导通变为截止，高压幅值控制端缓慢变为有效输入端，则后端高压电源缓慢启动。

Description

一种高集成度高压延迟缓启动装置
技术领域
本发明属于高压电源技术领域，具体涉及一种高压电源用缓启动电路。
背景技术
在条纹管、项增强器和X射线源中等需要高压供电的设备中，对高压电源的启动稳定性呈现不断的增长趋势。高压开关电源是通过将误差信号转换成占空比控制信号驱动开关而工作的。在启动阶段，误差放大器处于非平衡状态，使得环路处于100％占空比，因此会有很大的浪涌电流灌入输出电容，使得输出电压产生较大的过冲，造成高压电源自身或条纹管打火，可能损坏条纹管等光电探测器。
为了消除启动时的浪涌电流实现输出软启动，通常有两种方案：一种是电压限制；另外一种是电流限制。
电压限制是通过限制误差放大器输出信号的电压值，从而限制启动时的占空比。传统的方法是通过一个电流源给电容充电得到斜坡上升的软启动电压，达到软启动的目的。这种方案优点是简单易用，缺点是需要一个软启动定容来控制启动时间，该电容往往很大，不能集成在芯片上，这将增加应用面积和应用成本。而且这种缓启动电路无法隔离控制信号和高压电源，导致系统可靠性差。
电流限制是通过检测开关管的电流并有电流比较电路来限制开关管的电流，消除涌浪。考虑到电流限制值一般大于工作电流的最大值，开始就以电流限制工作可能会造成输出过冲，为此通过阶梯型增加电流限制阈值的方法来实现软启动。这种方法的缺点是需要增加电流检测和电流比较电路，不适合于没有电流限制功能的开关电源电路，而且电流限制值的切换往往并不平稳。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的高压延迟缓启动装置，能够简单可靠地实现高压电源的平稳延迟启动，避免高压过冲对光电探测器的损坏。
本发明的解决方案如下：
该高集成度高压延迟缓启动装置包括直流电源VCC、RC充放电电路、MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3和光控MOS管；所述RC充放电电路包括电容C1和电阻R3，直流电源VCC对电容C1充电，电容C1和电阻R3分别经不同的支路接至直流电源VCC，同时电阻R3一端与电容C1的正端连接，电阻R3另一端分别接至MOS管Q1的漏端和MOS管Q2的栅端，电容C1的负端接地；MOS管Q1的栅端作为该高集成度高压延迟缓启动装置的控制输入端；MOS管Q1的源端接地，使得当控制输入端为有效高电平，MOS管Q1处于导通状态，在所述RC充放电电路的放电作用下，MOS管Q2的栅端电压从初始最大值缓慢降低；MOS管Q2的漏端经电阻R12接至直流电源VCC，MOS管Q2的源端接地，MOS管Q2因RC充放电电路的作用形成一个可变电阻，该可变电阻与R12组成分压电路，对直流电源VCC分压后加载在MOS管Q3的栅端；MOS管Q3的漏端接至直流电源VCC，MOS管Q3的源端经光控MOS管中的光电二极管串联接地；MOS管Q3跟随MOS管Q2状态变化，进而决定光电二极管的导通状态；光控MOS管中的MOS管作为该高集成度高压延迟缓启动装置控制输出端，高压幅值控制端与高压电源输入端之间引出结点直接经光控MOS管中的MOS管串联接地。
基于以上方案，本发明还进一步作了以下优化：
MOS管Q1的栅端还设置有接地的保护稳压管。
RC充放电电路还包括电阻R1和电阻R2，直流电源VCC依次经电阻R1、电阻R2串联接地，所述电阻R3一端与电容C1的正端连接的结点同时亦为电阻R1与电阻R2连接的结点。
前述分压电路的分压点经一组并联电容接至MOS管Q1的漏端。在此设置电容的目的主要是进一步延迟缓启动；并联多个电容相比只采用一个电容，既能够在满足需求的前提下占用空间较小(若采用单个电容，则需要较大尺寸的电容)，同时也考虑了冗余配置。
电阻R3另一端接至MOS管Q1的漏端的支路上串联设置有电阻R4。
MOS管Q3的源端与光控MOS管之间串联设置限流电阻R5。当然，限流电阻R5也可以设置在接地端。
本发明具有以下有益效果：
通过在“高压幅值控制端”和“高压电源”之间加入缓启动电路，其中利用RC充放电、MOS管可变阻值以及光控MOS管的结合，实现了缓慢启动时间可调、光电隔离的高度集成、高低压隔离，简单可靠。
附图说明
图1为本发明的电路原理图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例是一种基于光耦控制、MOS管通断、RC充放电的高压电源软启动装置，通过该装置的引入，可靠实现高压电源的平稳延迟启动，避免高压过冲对光电探测器的损坏。
传统的高压供电直接通过“高压幅值控制端”对高压电源进行加电。本发明通过在“高压幅值控制端”和“高压电源”之间加入高度集成的、缓启动时间可调的电路，实现对所需高压供电的光电探测器(如像增强器、条纹变像管、X射线源等)进行保护。
如图1所示，该电路主要包括直流电源VCC、RC充放电电路、MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3和光控MOS管。RC充放电电路包括电容C1、电阻R1、电阻R2和电阻R3，直流电源VCC依次经电阻R1、电阻R2串联接地，直流电源VCC对电容C1充电，电容C1和电阻R3分别经不同的支路接至直流电源VCC，同时电阻R3一端与电容C1的正端连接，连接的结点同时亦为电阻R1与电阻R2连接的结点，电阻R3另一端分别接至MOS管Q1的漏端和MOS管Q2的栅端，电容C1的负端接地。
MOS管Q1的源端经电阻R4接地，在RC充放电电路的放电作用下，MOS管Q2的栅端电压从初始最大值缓慢降低；MOS管Q2的漏端经电阻R12接至直流电源VCC，MOS管Q2的源端接地，MOS管Q2因RC充放电电路的作用形成一个可变电阻，该可变电阻与R12组成分压电路，对直流电源VCC分压后加载在MOS管Q3的栅端，分压电路的分压点经一组并联电容接至MOS管Q1的漏端。
MOS管Q3的漏端接至直流电源VCC，MOS管Q3的源端经限流电阻R5、光控MOS管中的光电二极管串联接地；MOS管Q3跟随MOS管Q2状态变化，进而决定光电二极管的导通状态；高压幅值控制端与高压电源输入端之间引出结点直接经光控MOS管中的MOS管串联接地。
系统加电后，控制输入端为有效高电平，这时Q1处于导通状态，C1和R3组成的放电通道使得Q2栅极电压从初始最大值缓慢降低，随着该电压的降低，Q2经历“完全导通”---“半导通”---“完全截止”的状态变化过程，也即Q2因为C1和R3的充放电形成一个可变电阻，该可变电阻与R12组成分压电路，对VCC分压后加载在Q3的栅极控制端，同理，Q3经历“完全导通”---“半导通”---“完全截止”的状态变化过程，在“完全导通”导通时，光电二极管发光，使得光控MOS管中MOS管导通，这时“高压幅值控制端”被强拉于“地”，随后发光二极管发光逐渐减弱，MOS由导通变为截止，“高压幅值控制端”缓慢变为有效输入端，则后端高压电源缓慢启动。
本发明适用于高压电源、高压脉冲供电装置，可广泛应用于条纹相机、分幅相、X射线管等领域。

Claims (6)

1.一种高集成度高压延迟缓启动装置，其特征在于：包括直流电源VCC、RC充放电电路、MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3和光控MOS管；
所述RC充放电电路包括电容C1和电阻R3，直流电源VCC对电容C1充电，电容C1和电阻R3分别经不同的支路接至直流电源VCC，同时电阻R3一端与电容C1的正端连接，电阻R3另一端分别接至MOS管Q1的漏端和MOS管Q2的栅端，电容C1的负端接地；
MOS管Q1的栅端作为该高集成度高压延迟缓启动装置的控制输入端；MOS管Q1的源端接地，使得当控制输入端为有效高电平，MOS管Q1处于导通状态，在所述RC充放电电路的放电作用下，MOS管Q2的栅端电压从初始最大值缓慢降低；
MOS管Q2的漏端经电阻R12接至直流电源VCC，MOS管Q2的源端接地，MOS管Q2因RC充放电电路的作用形成一个可变电阻，该可变电阻与R12组成分压电路，对直流电源VCC分压后加载在MOS管Q3的栅端；
MOS管Q3的漏端接至直流电源VCC，MOS管Q3的源端经光控MOS管中的光电二极管串联接地；MOS管Q3跟随MOS管Q2状态变化，进而决定光电二极管的导通状态；光控MOS管中的MOS管作为该高集成度高压延迟缓启动装置控制输出端，高压幅值控制端与高压电源输入端之间引出结点直接经光控MOS管中的MOS管串联接地。
2.根据权利要求1所述的高集成度高压延迟缓启动装置，其特征在于：MOS管Q1的栅端还设置有接地的保护稳压管。
3.根据权利要求1所述的高集成度高压延迟缓启动装置，其特征在于：所述RC充放电电路还包括电阻R1和电阻R2，直流电源VCC依次经电阻R1、电阻R2串联接地，所述电阻R3一端与电容C1的正端连接的结点同时亦为电阻R1与电阻R2连接的结点。
4.根据权利要求1所述的高集成度高压延迟缓启动装置，其特征在于：所述分压电路的分压点经一组并联电容接至MOS管Q1的漏端。
5.根据权利要求1或4所述的高集成度高压延迟缓启动装置，其特征在于：所述电阻R3另一端接至MOS管Q1的漏端的支路上串联设置有电阻R4。
6.根据权利要求1所述的高集成度高压延迟缓启动装置，其特征在于：MOS管Q3的源端与光控MOS管之间串联设置限流电阻R5。
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