【導(dǎo)讀】設(shè)計(jì)一種能夠產(chǎn)生連續(xù)電弧的高壓開關(guān)電源可能是具有挑戰(zhàn)性的。這種小巧高效的開關(guān)電源在輸出功率為 20W 時(shí)可輸出 1kV電壓，并能耐受連續(xù)電弧(即短路)(圖 1)。它使用標(biāo)準(zhǔn)的市售元件。
使用R1將開關(guān)穩(wěn)壓控制器LTC1871設(shè)定在120kHz的額定工作頻率。該電路像間斷式回掃電路一樣工作，在 C1上產(chǎn)生 333V 電壓。二極管/電容器電荷泵倍增器把該電壓升高到三倍，在輸出端產(chǎn)生1000V 電壓。圖 2 示出了該電路產(chǎn)生的開關(guān)波形。當(dāng)初級(jí)開關(guān) Q1 導(dǎo)通時(shí)，輸出整流器被反向偏置，能量存儲(chǔ)于變壓器 T1 中。當(dāng) Q1 截止時(shí)，能量傳輸?shù)酱渭?jí)線圈，C2 和 C3 通過(guò)整流器提高輸出電壓。初級(jí)電壓升高，并通過(guò)變壓器和整流器 D1 箝位為C1上的電壓。變壓器耦合良好，所以漏電感幾乎不會(huì)造成電壓尖脈沖?？缃釉诔跫?jí)線圈上的小型 RC阻尼器可衰減阻尼振蕩，并降低 EMI(電磁干擾)?！ ?/p>
圖1：該電路能依靠低壓輸入輸出1kv電壓并產(chǎn)生連續(xù)電弧
圖2：圖1電路所示的開關(guān)波形。（通道1是T1（即引腳12）的初級(jí)開關(guān)電壓；2號(hào)通道是進(jìn)入Q1漏極的初級(jí)開關(guān)電路（10A/格）；通道3是T1（即引腳2）的次級(jí)開關(guān)電壓（200V/格）；4號(hào)通道是R3兩端的電壓）
為了起到限流保護(hù)作用，圖 1 所示電路包含兩個(gè)有源電路和一個(gè)無(wú)源元件。電流檢測(cè)電阻器 R2 上的電壓把峰值初級(jí)電流限制在 7.5A。Q2起次級(jí)限流作用。請(qǐng)注意 圖2中波形2的電流上升前沿上的凸起。該凸起與波形 4 中 R3 兩端電壓正偏移一致，它是 C2 和 C3 的刷新電流。當(dāng)電路過(guò)載時(shí)，這一電流凸起大得足以增強(qiáng) Q2，從而折返負(fù)載電流(圖 3)。硬短路造成的功率耗散相對(duì)較低。不用Q2來(lái)進(jìn)行次級(jí)限流的 ，就 會(huì)導(dǎo)致短路電流和內(nèi)部功耗大大增加，從而導(dǎo)致初級(jí)開關(guān) Q1失效。R4為電源提供負(fù)載阻抗。
圖3：圖1所示電路具有折返限流特性
該負(fù)載有助于限制倍增器電容器和二極管中的峰值電流應(yīng)力。不要降低 R4的額定功率，因?yàn)檫B續(xù)弧期間的功耗可能很大。假如 R4未能斷開，反饋電路就會(huì)強(qiáng)制進(jìn)行一個(gè)完整的工作周期，帶來(lái)災(zāi)難性后果。R4的值太低可能招致電路燒毀和數(shù)小時(shí)的調(diào)試工作。電弧是最令人緊張的，輸出電容器不斷地充電和放電(圖 4)。作為最終的品質(zhì)因數(shù)，電路的效率很高(圖 5)。在 12V 輸入電壓和 20W 滿負(fù)載時(shí)，效率達(dá)到 87.3%，并在 24W 過(guò)載時(shí)升高到 87.7%。
圖4：這些波形代表電弧發(fā)生時(shí)圖1所示電路的輸出電壓
那么，該電路適合哪些應(yīng)用呢?也許適用于電池供電的滅蟲器。并且，正如把火線掠過(guò)接地的檔案柜一樣，這是一種很棒的工具，可以用來(lái)使生產(chǎn)車間里收聽調(diào)幅電臺(tái)的人聽不清節(jié)目。該電路大概還不能提供足夠大的能量，無(wú)法用作等離子體切割機(jī)的離子發(fā)生器，但我認(rèn)識(shí)的一位工程師愿意試一試。該電路的一個(gè)老版本使用了單片開關(guān)電源，并使用了適合于香蕉形插接件的材料，能產(chǎn)生明亮的橙色光和足夠的熱量(還有大量的臭氧)，從而引發(fā)將它用作滅火器想法。
圖5：圖1所示電路的轉(zhuǎn)換效率遠(yuǎn)高于85%
