基于PWM技术的X荧光仪稳压电源设计
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中图 分类 号： Ｔ ８ ５ Ｌ ２ 文献标识 码： Ａ 文章编号 ： ０ ５ —９ ４ ２ ０ ） ２０ １－３ ２ ８０ ３ （０ ８ ０ －３ ８０
由于便 携式 Ｘ荧光分析仪具有分析快捷 、 无损 、 轻便 、 价廉等优点 ， 近年来 ， 随着新型探测 器 、 电子学技术 的迅速发展以及谱 分析方法 微 的研究与应用 ， 能量色散 Ｘ荧光分析仪 日趋完 善， 使得它在环境监测 、 地质普查与勘探 、 工业 生产过程 质量监测和控制等领域 得到广 泛应
（） １
时， 近似 的有 ：
Ｖｏ一 （ 一ＲｒＲ 一一 ／ ）
式 中 ： ＝ＲｒＲ 是 取 样 比 ； 是基 准 电压 ； ｎ ／ 其 中 Ｒｒ Ｒ 和 为取 样 电阻 。
收稿 日期 ：０ ７－３１ ２ ０ ８０—５
作者简介 ： 孙华敖 （ ９Ｏ ， ， １ ８ 一） 男 山东人 ， 成都理 工大
学应 用核技术 与 自动化 工程学院硕士生 ， 方 向： 研究
核仪器与测控 技术
３ ８ １
维普资讯
电阻和定时电容决定 ， 估算公式如下 ：
在 Ｘ荧光分析中所使用 的探测器 ， 需要低 功率偏置高压源。电源系统经常考虑到的三种 常用 电源技术是 ： 线性 电源 、 脉宽调制 （ ＷＭ） Ｐ 开关 电源和高效率的谐振开关 电源 。但长期以
的改善 。本题 目设计 中， 高效率 的谐 振开关 电
源 则基 于这 一 思想 。
１ 工 作 原 理
针对 该 电源 的设 计 要 求 ： 入 直 流 电压 为 输 ＋５ ＋１ Ｖ， 出 电压 为 １ＯＶ， 出 电 流约 Ｖ， ２ 输 ＯＯ 输 为 ｌ ｍＡ， 采用 脉宽 调制 开 关 电源 技术 。 所设 计 的 Ｐ ＷＭ 高压 电 源主 要 由 Ｐ ＷＭ 集
来， 尤其是便 携式仪器的电源 主要使用 的是线 性 电源 ， 类 电源体积 大 、 这 效率 低 、 稳定 性 差 ， 在
ｆ 一丽． ｏ １１
２ ２ 变压 器设 计 ．
（） ３
变压器一次绕组可以用下式确定［ ： ２ ］
Ｎ一 ， 三 ×０ ２ ） ４ ｎ １ ≈ｌ 匝 （ 。 （ ）
图 １ Ｐ Ｍ 高压 电源原理 图 Ｗ
的锯齿波信号相 比较 ， 调节输 出脉冲的占空 比， 从而稳定变压器二次绕 组的输出高压 。 上述 电路等效于 图 ２ 所示 的具有深度负反
为变压器
输 人 电压 。
２ ３ 功 率开 关 管和驱 动 电路 ．
功率开关部分的主要作用是把直流输人电 压转换成脉宽调制的交流电压 。双极型功率晶 体管是电流驱动型器件 ， 有两种驱动方式 ： 恒基 极驱 动电路和 比例基极驱动 电路 ， 本文采用 恒
图 ２ 深度负 反馈放大器
基极驱动电路 ， 其原理如图 ３ 所示 。
基 于 Ｐ Ｍ 技 术 的 Ｘ荧 光 仪 稳压 电源 设 计 Ｗ
孙华敖 ， 吴建平
（ 成都理 工大学 应用 核技 术与 自动化学 院， 四川 成都 ６０５） １０ ９
摘要： 介绍了一种基 于脉宽 调制 （Ｗ ） 术 的高压 稳压 电源 ， ＰＭ 技 主要 用于 闪烁 、 比探测器 的高压 正 偏置源 。在所制作 的 Ｐ Ｂ Ｃ 板上 ， 采用集成 电路方案 ， Ｐ 由 ＷＭ 集成 控制器 Ｔ ４４ Ｌ ９ 产生矩形波 控制信号 ，
和取样反馈电路组成 ， 其原理如图 １ 所示 。 该 电路 采 用 变 压 器 隔 离 正 激 式 变 换 器 拓
扑 。Ｐ ＷＭ 集成控制器的输 出脉 冲信号控制功
率开关管饱和或者截止 ， 饱和时变压器初级 的 电流逐渐增加 ， 输人的能量通过变压器送给负 载 。输 出 电压 经 过 电 阻 分 压 网 络 得 到 取 样 电 压， 取样 电压 与基准 电压在 Ｐ ＷＭ 集成控制器 Ｔ ４４内比较得到的误差信号 ， Ｌ９ 与振荡器产生
选用变压器 隔离正 激式 变换 器拓扑。经过试验 测试 ， 出 高压 ｌ ｏ ｖ时 ， 出 电压 稳定 度小 于 ４ ９ 、 输 ｏｏ 输 ． 纹波小 于 ４ ０ ０ ｍＹ。电源性 能稳定可靠 ， 可用 于便携式 Ｘ荧光分 析仪探测器 的高压偏置源 。 关键词 ： 脉宽调制（ ＷＭ） 高压电源 ； Ｐ ； 变压器 ； 正激 式变换器 ； 采样 反馈
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第 ２卷 ８
２０ ０８年
第２ 期
３月
核 电子学 与探 测 技术
Ｎｕ ｌａ ｅ ｔｏ ｉｓ＆ Ｄｅｅ ｔｏ ｃ ｎ ｌｇ ｃｅ ｒＥｌｃｒ ｎ ｃ ｔ ｃ ｉｎ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ
Ｖ ０ ８ Ｎｏ ２ Ｌ２ ．
Ｍａｃ ２ ０ ｒｈ ０８
用。
周期 。高效率的谐振开关电源主要应用于需要 电源具有更轻的重量和更小 的体积 ， 环境条件
较差 ， 如温 度 、 度 变化 较 大 ， 且 对 电磁 噪声 湿 并
有严格要求的场合。开关 电源技术与数字信号 处理技术相结合可以构成数字化控制 的高压电
源 ， 进行灵 活 调 节 ， 环 境 变 化 不敏 感 ， 噪 可 对 对 声 不 灵 敏 ， 利 于 对 系 统 长期 稳 定 性 和 可靠 性 有
一
定程度上 限制 了便携式 ｘ荧光仪 的应用范
围。而线性 电源主要应用在对发热和效率要求 不高的应用场合 ， 或者要求低成本及设计周期
短 的情况 。
成控制器 、 功率 开关管 、 变压器 、 流滤 波电路 整
Ｐ ＷＭ 开关 电源比线性电源具有较高 的效 率， 体积小、 重量轻 ， 但成本高 ， 需要较长的开发
式中 ： 为变压器输入 工作 电压 ； 一 为 变压 Ｂ 器最大工作磁通密度 ； Ａ 为所用磁心的有效截
面积 ；
根据一次绕组匝数就可以确定二次绕组 匝 Nhomakorabea数［ 引：
Ｎ 一 ２ ０ 匝） ０（ （） ５
馈的放大 电路 。当放 大器 的开 环增益 非常 高
式 中：
为二次绕组输 出电压 ；
由于便 携式 Ｘ荧光分析仪具有分析快捷 、 无损 、 轻便 、 价廉等优点 ， 近年来 ， 随着新型探测 器 、 电子学技术 的迅速发展以及谱 分析方法 微 的研究与应用 ， 能量色散 Ｘ荧光分析仪 日趋完 善， 使得它在环境监测 、 地质普查与勘探 、 工业 生产过程 质量监测和控制等领域 得到广 泛应
（） １
时， 近似 的有 ：
Ｖｏ一 （ 一ＲｒＲ 一一 ／ ）
式 中 ： ＝ＲｒＲ 是 取 样 比 ； 是基 准 电压 ； ｎ ／ 其 中 Ｒｒ Ｒ 和 为取 样 电阻 。
收稿 日期 ：０ ７－３１ ２ ０ ８０—５
作者简介 ： 孙华敖 （ ９Ｏ ， ， １ ８ 一） 男 山东人 ， 成都理 工大
学应 用核技术 与 自动化 工程学院硕士生 ， 方 向： 研究
核仪器与测控 技术
３ ８ １
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电阻和定时电容决定 ， 估算公式如下 ：
在 Ｘ荧光分析中所使用 的探测器 ， 需要低 功率偏置高压源。电源系统经常考虑到的三种 常用 电源技术是 ： 线性 电源 、 脉宽调制 （ ＷＭ） Ｐ 开关 电源和高效率的谐振开关 电源 。但长期以
的改善 。本题 目设计 中， 高效率 的谐 振开关 电
源 则基 于这 一 思想 。
１ 工 作 原 理
针对 该 电源 的设 计 要 求 ： 入 直 流 电压 为 输 ＋５ ＋１ Ｖ， 出 电压 为 １ＯＶ， 出 电 流约 Ｖ， ２ 输 ＯＯ 输 为 ｌ ｍＡ， 采用 脉宽 调制 开 关 电源 技术 。 所设 计 的 Ｐ ＷＭ 高压 电 源主 要 由 Ｐ ＷＭ 集
来， 尤其是便 携式仪器的电源 主要使用 的是线 性 电源 ， 类 电源体积 大 、 这 效率 低 、 稳定 性 差 ， 在
ｆ 一丽． ｏ １１
２ ２ 变压 器设 计 ．
（） ３
变压器一次绕组可以用下式确定［ ： ２ ］
Ｎ一 ， 三 ×０ ２ ） ４ ｎ １ ≈ｌ 匝 （ 。 （ ）
图 １ Ｐ Ｍ 高压 电源原理 图 Ｗ
的锯齿波信号相 比较 ， 调节输 出脉冲的占空 比， 从而稳定变压器二次绕 组的输出高压 。 上述 电路等效于 图 ２ 所示 的具有深度负反
为变压器
输 人 电压 。
２ ３ 功 率开 关 管和驱 动 电路 ．
功率开关部分的主要作用是把直流输人电 压转换成脉宽调制的交流电压 。双极型功率晶 体管是电流驱动型器件 ， 有两种驱动方式 ： 恒基 极驱 动电路和 比例基极驱动 电路 ， 本文采用 恒
图 ２ 深度负 反馈放大器
基极驱动电路 ， 其原理如图 ３ 所示 。
基 于 Ｐ Ｍ 技 术 的 Ｘ荧 光 仪 稳压 电源 设 计 Ｗ
孙华敖 ， 吴建平
（ 成都理 工大学 应用 核技 术与 自动化学 院， 四川 成都 ６０５） １０ ９
摘要： 介绍了一种基 于脉宽 调制 （Ｗ ） 术 的高压 稳压 电源 ， ＰＭ 技 主要 用于 闪烁 、 比探测器 的高压 正 偏置源 。在所制作 的 Ｐ Ｂ Ｃ 板上 ， 采用集成 电路方案 ， Ｐ 由 ＷＭ 集成 控制器 Ｔ ４４ Ｌ ９ 产生矩形波 控制信号 ，
和取样反馈电路组成 ， 其原理如图 １ 所示 。 该 电路 采 用 变 压 器 隔 离 正 激 式 变 换 器 拓
扑 。Ｐ ＷＭ 集成控制器的输 出脉 冲信号控制功
率开关管饱和或者截止 ， 饱和时变压器初级 的 电流逐渐增加 ， 输人的能量通过变压器送给负 载 。输 出 电压 经 过 电 阻 分 压 网 络 得 到 取 样 电 压， 取样 电压 与基准 电压在 Ｐ ＷＭ 集成控制器 Ｔ ４４内比较得到的误差信号 ， Ｌ９ 与振荡器产生
选用变压器 隔离正 激式 变换 器拓扑。经过试验 测试 ， 出 高压 ｌ ｏ ｖ时 ， 出 电压 稳定 度小 于 ４ ９ 、 输 ｏｏ 输 ． 纹波小 于 ４ ０ ０ ｍＹ。电源性 能稳定可靠 ， 可用 于便携式 Ｘ荧光分 析仪探测器 的高压偏置源 。 关键词 ： 脉宽调制（ ＷＭ） 高压电源 ； Ｐ ； 变压器 ； 正激 式变换器 ； 采样 反馈
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第 ２卷 ８
２０ ０８年
第２ 期
３月
核 电子学 与探 测 技术
Ｎｕ ｌａ ｅ ｔｏ ｉｓ＆ Ｄｅｅ ｔｏ ｃ ｎ ｌｇ ｃｅ ｒＥｌｃｒ ｎ ｃ ｔ ｃ ｉｎ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ
Ｖ ０ ８ Ｎｏ ２ Ｌ２ ．
Ｍａｃ ２ ０ ｒｈ ０８
用。
周期 。高效率的谐振开关电源主要应用于需要 电源具有更轻的重量和更小 的体积 ， 环境条件
较差 ， 如温 度 、 度 变化 较 大 ， 且 对 电磁 噪声 湿 并
有严格要求的场合。开关 电源技术与数字信号 处理技术相结合可以构成数字化控制 的高压电
源 ， 进行灵 活 调 节 ， 环 境 变 化 不敏 感 ， 噪 可 对 对 声 不 灵 敏 ， 利 于 对 系 统 长期 稳 定 性 和 可靠 性 有
一
定程度上 限制 了便携式 ｘ荧光仪 的应用范
围。而线性 电源主要应用在对发热和效率要求 不高的应用场合 ， 或者要求低成本及设计周期
短 的情况 。
成控制器 、 功率 开关管 、 变压器 、 流滤 波电路 整
Ｐ ＷＭ 开关 电源比线性电源具有较高 的效 率， 体积小、 重量轻 ， 但成本高 ， 需要较长的开发
式中 ： 为变压器输入 工作 电压 ； 一 为 变压 Ｂ 器最大工作磁通密度 ； Ａ 为所用磁心的有效截
面积 ；
根据一次绕组匝数就可以确定二次绕组 匝 Nhomakorabea数［ 引：
Ｎ 一 ２ ０ 匝） ０（ （） ５
馈的放大 电路 。当放 大器 的开 环增益 非常 高
式 中：
为二次绕组输 出电压 ；