基于PWM的高压可调大范围开关电源设计与实现
电气自动化专业 PWM型开关电源电路设计
1 引言当今社会，时代在进步，人们的生活水平不断提高，越来越离不开电力电子产品电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，当然任何电子设备都离不开可靠的电源，进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。
1.1 什么是开关电源电子电源是对公用电网或某种电能进行变换和控制，并向各种用电负载提供优质电能的供电设备。
它可分为线性电源和开关电源两种。
应用大功率半导体器件，在一个电路中运行于“开关状态”，按一定规律控制开关，对电能进行处理变换而构成的电源，被称为“开关电源”。
在实际应用中同时具备三个条件的电源可称之为开关电源，这三个条件就是:开关(电路中的电力电子器件工作在开关状态而不是线性状态)、高频(电路中的电力电子器件工作在高频而不是接近工频的低频)和直流(电源输出是直流而不是交流)。
广义地说，凡用半导体功率器件作为开关，将一种电源形态转变成另一形态的主电路都叫做开关变换电路;转变时用自动控制闭环稳定输出并有保护环节的则称开关电源。
1.2 开关电源基本工作原理开关电源以半导体开关器件的启闭为基本原理，即通过控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。
开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）或者脉冲频率调制方式（PFM）控制IC和外部电路构成。
开关电源有PWM调制、FWM调制和混合调制，这里选用PWM调制。
PWM型开关电源的换能电路是将输入的直流电压转换成脉冲电压，再将脉冲电压转换成直流电压输出。
图1-1 PWM型开关电源原理框图2 EMI滤波滤波的方法有很多，此处采用在电源的输入端加入线路滤波器的方法图2-1 EMI滤波电路EMI滤波电路一方面滤除从交流电源线上引入的外部电磁干扰，另一方面还能避免本身设备向外部发出噪声干扰，以免影响同一电磁环境下其他电子设备的正常工作。
开关电源原理设计及实例基本PWM变换器主电路拓扑
3.1 概述
一些拓扑更适用于DC/DC变换器，此时也称为直流斩波电路。直流斩 波是将恒定的直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，一般指直接将 一种直流电变为另一直流电，不包括直流—交流—直流变换。电路选择时还 要看是大功率还是小功率，高压输出还是低压输出，有些在相同功率输出下 使用较少器件和可靠性之间有较好的折中。较小的输入/输出纹波和噪声也是 拓扑经常考虑的因素。另外，有些拓扑自身缺陷，需要附加复杂且难以定量 分析的电路才能工作。因此，要恰当选择拓扑，熟悉各种不同拓扑的优缺点 及使用范围是非常重要的。错误的选择会使电源设计一开始就注定失败。表 3-1给出了不同拓扑结构的性能特点，在设计时综合考虑其中的参数，选择 最优方案。本章将介绍几种早期的基本拓扑，Buck、Boost、Buck-Boost、 Cuk等并讨论其工作原理、典型波形、优缺点以及应用场合。
5～500 5～500 50～1000 50～1000 50～1000
输入输出隔离
无 无 无 有 有 有 有 有
典型效率（%）
70 80 80 78 80 75 75 73
相对成 本 1.0 1.0 1.0
1.4 1.2 2.0 2.2 2.5
3.2 Buck变换器
3.2.1电路结构及工作原理
Buck变换器又称为降压变换器、串联开关稳压电源、三端开关型降压稳 压器。由图3-1可知，Buck变换器主要包括：开关元件VT，二极管D1， 电感L1，电容C1和反馈环路。而一般的反馈环路由四部分组成：采样 网络，误差放大器，脉宽调制器(PWM)和驱动电路。
T
T
8C0
(3-22)
所以，一般情况下我们可以忽略电容C0 产生的纹波电压，那么电压纹波Vpp 近似为
Vpp Vpp _ R0 iL1 R0
基于DSP控制的PWM型开关电源的研究与开发共3篇
基于DSP控制的PWM型开关电源的研究与开发共3篇基于DSP控制的PWM型开关电源的研究与开发1随着现代电子技术的不断发展，各种电子设备已经成为了人们生活中必不可少的一部分。
而这些电子设备的电力供应往往都离不开一种被称作开关电源的技术。
在目前的众多开关电源技术中，一种基于数码信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）控制的脉宽调制（Pulse-Width Modulation，PWM）型开关电源备受关注。
本文将立足于DSP控制的PWM型开关电源的研究与开发，从理论分析、电路设计以及实验测试等方面进行探讨。
一、理论分析在开展研究之前，我们需要先了解PWM型开关电源的基本原理。
PWM型开关电源是一种电源调节技术，它将输入电压转换为短脉冲信号，并通过改变信号的占空比来实现电压的调节。
在PWM型开关电源中，DSP作为核心控制器，通过对电源电路的控制实现对电压、电流等信号的输出控制。
因此，DSP控制技术具有快速、高效、精准等特点，是PWM型开关电源的重要控制手段。
二、电路设计在PWM型开关电源的电路设计中，首先要考虑的是所选用的数字信号处理器（DSP）。
在选择DSP时，需要考虑其性能、成本、可扩展性等因素。
其次，需要在选用的DSP的控制下设计整个PWM型开关电源的电路图。
其中，包括输入电源、滤波电路、开关管、功率变换电路、负载电路等部分，旨在将输入电压转化为输出大于或等于期望值的恒定电压。
另外，在电路设计过程中，还需要注意各部分之间的电气特性和电路参数，以便实现电源稳定、高效、低噪音的输出要求。
三、实验测试完成电路设计之后，需要进行实验测试以验证PWM型开关电源的控制效果和电气性能。
在实验过程中，我们可以通过测定输出的电压、电流大小、占空比等参数来评估所设计的PWM型开关电源的实际性能。
在实验过程中，还需要考虑到温度、负载变化等因素对PWM型开关电源的影响，以保证得到准确的实验结果。
基于PWM技术的高压变频电源
基于PWM技术的高压变频电源现代电子技术2001正基于PWM技术的高压变频电源邓恒王玮殷波陈允平(武汉大学电气工程学院武汉430072)摘要介绍了一种新型的高压变频电源的设计方法.在研究气体放电中,气体放电的特性同其放电电压的有效值,上升速率和频率有着密切的关系关键词电源高压变频1简述利用气体放电是台成大量臭氧的最有效途径.为了高效的产生出臭氧,必须研究电源电压,效率,电压上升速率对气体放电的影响,因此设计一种电压,频率,占空比均可调的高压变频电源就十分必要了为了更好的研究气体放电的性质,要求电源达到以下要求:(1)输出频率:1～5OkHz,可调.(2)脉宽:1～100Os,可调(3)输入电压:220V,50Hz.输出电压:5～15kV,可调(4)可靠,稳定而现在市场上所能提供的电源多为低压,中压变频电源,其输出电压为24~48V左右,多为两键控制(增加,减少两键控制)调节不够灵活,远远不能达到我们所需,因此设计一种输出高电压,调节方便的电源十分必要的.本方案设计的电源完全可以达到上述要求.2方案概述系统主电路主要由滤波整流电路,脉冲生成电路和控制电路组成.系统主电路采用交一直一交电压型大功率全控型电力电子器件绝缘门极双极性晶体管(IGBT)桥式逆变电路.控制电路采用脉宽调制(PWM)技术和单片微机(80196KB)控制技术80196KB的HSO (高速输出口)产生一频率,脉宽均可调的PWM脉冲.即可有效控制逆变器输出交流电压的频率和有效值2.1滤波整流电路该电路由调压器,高压整流桥和滤波电容组成.其电路图如图1所示一一.lD1=—____●D.D.图1滤渡整流电路其输入电压为工频市电,经调压器升压至500V至1100V然后经高压整流桥进行垒波整流后再经一积分电路后形成电压稍有波动的直流电压其输出波形如图2,其中乩,为纹波值,【,为输,出电压平均值U一Un28u=,其中R为负荷电阻,,=50Hz.因为后级负载在IGBT导通时为电晕放电通道的电阻值,其数量级为Mg,在IGBT关断时趋于无穷太,故8【,很小.图2辅出波形图第6期邓恒等:基于PWM技术的高压变频电源其输出电压幅值可由调压器调节,也可将整流桥中的不可控元件二极管换为半可控元件晶闸管, 通过改变晶闸管的导通角来改变本方案为降低成本未考虑后者.2.2脉冲生成电路该电路由绝缘栅极双极性晶体管(1GBT)实现.其原理图如图3所示.IGKI"———一图3脉冲生成电路示意图其主要原理如下:IGBT为全可控型晶体管,既可控制其导通又可控制其关断,就相当于一个可控的开关,由控制回路发出一个脉宽和频率均可调的脉冲即可使其按我们的要求开台,从而使得直流电压被斩波从而生成脉冲.由于IGBT集功率GTR和MOSFET的优点为一体,故可用电平信号直接驱动控制,并具有输入阻抗高;开关速度快,损耗小,极限工作温度高,电流容量大,耐压等级高,工作稳定性强,噪声低等特点,正日益广泛应用于变频电源,斩波器及交, 直流调速系统中.IGBT是压控器件,门极输入阻抗高,所需驱动功率小,较GTO及大功率晶体管的门极驱动容易驱动电路如图4所示.采用了EXB841专用集成电路,它的最高运行频率为40kHz.输入信号经内部光电隔离,光隔驱动电流,最大延迟时间为1微秒.驱动电路外加电源+20V单电源供电,由内部电阻和稳压管分成+15V和一5V分别作为正,负栅极电源.根据IGBT管压降随漏极电流增加而增加的特性,EXB843的内部采用漏极电压识别法进行过流保护为防止栅极积累电荷,接一放电电阻风,阻值取4.7kfZ,同时并接两个反向串联稳压管Dz,Ds,以防止栅源电压尖峰电压损坏元件.图4IGBT驱动电路门极电阻R的大小,对通态电压,开关时间,开关损耗,承受短路能力等有不同影响.当门极电阻Rc增大时,IGBT的开通和关断时间增加,从而使开通和关断损耗增加但门极电阻&减小时, IGBT的电流上升率di/dt增加,从而引起IGBT的误导通.Rc的选用原则是:在开通损耗不太大的情况下,选用较大的门极电阻.一般来说,R可按照下列公式来计算:Re=5*625/.式中Jc为IGBT集电极电流.本文中Ic一60A,所以取RG一50n 在EXB841的输入端内部,对由PWM控制电路生成的PWM数字信号,进行光电隔离,可有效地将EXB843的输出端与输入端进行隔离,提高整8现代电子技术2001芷体抗干扰能力.2.3控制电路控制电路由单片机80196KB实现.与外界的接口由8279智能键盘控制芯片实现.由5个LED数码管显示.其中一个显示调整状态(O表示改变频率,1表示改变占空比),4个显示数据.其原理图如图5.8279是通用键盘/显示器接口芯片,其主要功能是接收来自键盘的输人数据,并作预处理以及数据显示的管理和数据显示器的控制.80196KB的AI正在正常工作时,以固定的振荡频率被触发,因P输出80196KB而被用作8279的外部时钟信号.8279的中断请求信号IRQ与80C196KB的INT0相连,当有键按下时,可将该键的送人8279的FIFORAM(先人先出存储器)中,同时向80196KB提出中断申请.8279的c/D(A.)端用于区别DB0--DB7所传数据性质, 片选信号cs与三八译码器的Y0相连.因此,单片机向8279传送命令的口地址为0081H,传递数据的口地址为0080H.80196KB将8279传送过来的数据进行处理后送置控制寄存器从改变PWM波脉宽和频率的数值.8279圈5控制电路框图80196KB产生一个脉冲需要设置3个事件,前两个事件用于形成脉冲的上升沿CE跳变)和下降沿(负跳变),第三个事件作为脉冲的周期.若要产生连续脉冲,必须不断的写入这三个事件的命令和时间.由于两次装载HSO命令之间应间隔8个状态周期,故实现一个脉冲最少需要l6个状态周期, 80196KB的机器周期在采用12MHz晶振时为为0.167s,所以其可实现的最小脉宽为16×0.167s=2.672s,.即最高频率为374.25kHz.其最大脉宽为2×FFFF×0.167s一21888.69s,最低频率为45.68Hz,完全满足要求.止跳娈事圈6HSO产生脉冲示意图LED显示键盘输入3软件设计软件主要实现PWM波的输出及控制功能,其流程图如图7.开机后初始化8279键盘控制芯片以及80196KB的参数,HSO(高速输出口)产生一占空比为5O,频率为1kHz的脉冲,并设定中断向量的人口,等待键盘中断输入.待输入频率和占空比后8279向80196KB发出中断信号转入中断服务程序.80196KB先通过设置的判断字判断输入值为占空比还是频率,然后将其写入相应的控制寄存器内以改变占空比或是频率然后通过8279驱动LED数码管显示该数字.然后打开中断等待下一次输入.其程序设计流程图如下.第6期邓恒等:基于PWM技术的高压变频电源主程序流程图中断服务程序流程图厂I...........................__J区\竺/0变占空比置状态位1.并将散据传到Axi塑置状态位0.并将数据传到BXcP【『处理数据后将控制字写入EX.从而实现变颇或变占空比的功能写入8279控制字.驱动显示开关断l主坚旦l图7程序流程图4结论用本方法实现的变频电源具有电压,频率,占空比均连续可调的特点,不仅适用于研究气体放电的特性,而且其控制部分还可以作为通讯用高频电源逆变电路的控制部分,具有较大实用价值.参考文献1戴育杭,钱照明.IGBT脉冲电源系统的设计与研究.电力电子技术,19982徐德高.脉冲变压器型稳压电源.北京:科学出版社,19833华中工学院,上海交通大学合编.高电压试验技术.北京:水利电力出版社,l9824王家庆.智能型高频开关电源系统的原理使用与维护.北京:人民邮电出版社,20005StarrBG,JCFV anIoon.丁学文译.用于逆变器交流电动机调速系统的PWM大规模集成路.国外电力电子技术,l9866孙涵芳.1nte116位单片机.北京航空航天大学出版社,1998TheDevelopmentofHighV oltageSourceThatHaveFunctionof FrequencyConversionBasedOllPWM DengHengWangWeiYINBoChengYunping CollegeofElectricEngineeringtWuhanUniversity—Wuhaa?430072) AbstractIntheresearchofdischargeofgas,thecharacteristicofdischargeisrelatedtothevirtu alvalue.theslope,the~equencyofthedischargevohage.Sodesigningapowersourcethatit'spea kvalueandfrequencycaD.beregulatedsnecessary.Introduceamethodtodesignahighvohagepowe rsourcethathavethefunctionoffrequencyconversion.Keywordspowersource,highvoltagetfrequencyconvers{on作者简介邓恒男,硕士,主要研究方向为电力电子和FACTS应用王玮男.硕士,主要研究方向为高电压新技术的应用.。
0_10kV连续可调PWM稳压开关电源的设计_叶强
图 1 高压开关电源工作原理框图
图 2 T L494 内部等效电路
作有利 。 从 T L494 产生 的脉冲信号通过高频变压器
首先经过电容 C2 直接流经开关管 、二极管 D1 对 地产生回路 。 在这种情况下迅速对电容 C2 充电 , 加快触发速度 。 电容 C2 也慢慢通过 R1 回路放 电 , 等待下一次高端脉冲的到来 。 因此电容 C2 的 作用是在脉冲信号的高端一开始就有足够大的信 号激发开关管 。这样电容 C2 容量以及电阻 R1 的 阻值大小直接影响着开关管的工作状态 。如果电 容 C2 的容量太大 , 开关管确实能够在脉冲的高端 得以正常工作 , 但是由于电容 C2 储能过多 , 放电 电路不能够及时地把其能量放掉 , 就会影响下一 个高端脉冲到来时的工作 , 在后面的高端脉冲时 开关管不能进入正常的开关状态 , 也就影响了高 压包的工作状态 。但是如果电容 C2 的容量太小 , 其储能很快地被电阻 R1 放掉 , 使得充电的时间太 短 , 其充电时间之内不足以使脉冲高端信号正常 激发开关管 。 电阻 R1 一方面起到给电容 C2 释放 能量的作用 ;另一方面在电容释放能量时脉冲信 号是通过电阻 R1 进入开关管的 , 因此也限制了激 发开关管的电流 。其阻值太大固然能够使得开关 管在脉冲高 、低端时得以正常开关 , 但是不能及时 释放电容 C2 上的能量 ;阻值太小就会使得在脉冲 高 、低端时激发开关管的电流变化太小 , 使得开关
基于MOSFET控制的PWM型直流可调电源的设计与实现
基于MOSFET控制的PWM型直流可调电源的设计
与实现
摘要：由于仪器所用电源的体积和重量通常受到限制，为此提出一种由MOSFET控制，并且由高频变压器隔离的开关电源设计方法。
该电源具有体积小、重量轻、抗干扰性能强，输出电压稳定，调压范围广，电压动态响
应快，性价比高，使用方便等特点。
引言
功率场效应管MOSFET是一种单极型电压控制器件，它不但具有自
关断能力，而且具有驱动功率小，关断速度快等优点，是目前开关电源中常
用的开关器件。
采用MOSFET控制的开关电源具有体积小、重量轻、效率高、成本低的优势，因此，较适合作仪器电源。
本文给出了一种由MOSFET控制的大范围连续可调（0～45V）的小功率稳压电源设计实例。
一、总体结构与主电路
图1为该电源的总体结构框图。
工作原理如下：
图1 原理方框图。
一种大功率可调开关电源的设计方案
一种大功率可调开关电源的设计方案设计方案：大功率可调开关电源一、引言在现代电子设备中，大功率可调开关电源被广泛应用于各种场合，如工业自动化设备、通信设备等。
本文旨在设计一种大功率可调开关电源，满足高效率、稳定性和可调性的需求。
二、电源拓扑结构选择在设计大功率可调开关电源时，选择合适的电源拓扑结构是关键。
常见的拓扑结构有单相桥式、全桥式、半桥式等。
鉴于本设计要求大功率输出，采用半桥式拓扑结构。
三、开关功率器件选取在选择开关功率器件时，需要考虑其导通电阻、开关速度以及工作温度等因素。
本设计选取高性能的MOSFET作为开关功率器件，具有低导通电阻、快速开关速度和良好的热耐受性。
四、控制电路设计为了实现大功率可调输出，需要设计合适的控制电路。
控制电路主要包括反馈信号采集、控制信号产生和保护电路等。
1.反馈信号采集：采用外部反馈电路监测输出电压和电流，并将反馈信号送至控制电路。
2.控制信号产生：采用PWM（脉宽调制）技术产生控制信号，通过对开关器件的开关时间比进行调节，实现输出电压的调节。
3.保护电路：为了确保开关电源的稳定性和可靠性，需要设计过压保护、过流保护以及温度保护等保护电路。
五、过渡过程优化设计由于大功率可调开关电源在输出电流和电压的调整过程中，容易出现过渡过程中的不稳定情况，需要进行优化设计。
1.输出滤波电路：采用适当设计的LC滤波电路，在输出端滤除高频噪声和谐波，确保输出电压和电流的稳定性。
2.脉宽调制优化：通过对控制信号的优化，减少输出电压和电流调节过程中的波动。
3.反馈控制算法：采用先进的控制算法，如PID控制算法，提高输出电压和电流的稳定性。
六、输出电路保护设计在大功率可调开关电源设计中，保护电路的设计尤为重要。
常见的保护功能包括过压保护、过流保护、过温保护等。
1.过压保护：通过监测输出电压，当输出电压超过预设范围时，立即切断开关器件，以防止输出负载受损。
2.过流保护：通过监测输出电流，当输出电流超过预设范围时，立即切断开关器件，以避免开关器件和输出负载过载。
一种基于pwm的开关功率放大器的设计
一种基于PWM的开关功率放大器的设计一、前言振动测试系统是模拟某种产品的实际使用环境，在产品出厂前检验其结构特性和可靠性，这对于新产品开发起着重要作用，因此，被广泛应用于军事，自动化，半导体，汽车，航空航天等行业。
采用开关功率放大器的电动式振动测试系统是目前应用广泛的一种振动试验系统。
通常能提供正弦、随机和冲击试验环境，它的频率范围广，动态范围宽，易于实现自动或手动控制；加速度波形良好，适合产生随机波；可得到很大的加速度。
功率放大器是电动振动试验系统的重要组成部分，其性能和与振动台的匹配状况直接关系着系统的性能。
功率放大器发展到现在已经历了3代：电子管功率放大器、晶体管线性功率放大器及开关功率放大器。
目前电子管功率放大器已经很少使用，晶体管线性功率放大器效率通常只有50％左右，而其他的能量则转化为热能，不但效率低，而且散热是个很大问题。
开关功率放大器如果采用功率场效应管（PMOSFET），则损耗很小，效率可达到90％，发热少，冷却设备简单。
由于开关功率放大器输出电压容易调节，且电流的波峰系数较大，这样就可以直接与振动台耦合，而不需要输出变压器。
而且PMOSFET的开关频率高，因此放大器体积小，功率密度大，容易实现模块化。
本文应用PWM技术设计并实现了5kW的功率放大器模块。
由于采用PMOSFET，开关频率达到50 kHz,体积比较小，效率高。
输出电感铁芯采用钻基非晶合金，频率响应范围广。
2主电路设计2.1主电路结构开关式功率放大器主电路结构如图1所示。
三相交流电经过工频变压器隔离、降压送入三相全桥滤波器，然后通过电容滤波得到低纹波直流电源V in。
主电路由4只PMOSFET组．成一个全桥变换器。
输出的电压波经过常模和共模扼流线圈滤波后输出到振动台。
开关功率放大器输出正弦波（5Hz～5kHz）或随机波形。
采用提高开关频率的方法来抑制谐波虽然有效，但是会增加PMOSFET的开关损耗，从而导致变换器的效率下降。
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基于PWM的高压可调大范围开关电源设计与实现
摘要：设计实现了一个高压可调大范围的开关电源，采用ARM7微处理器作为
电源的控制器完成ADC变换及相关算法运算，产生脉冲编码调制PWM实现对调
整管的控制，利用彩电高压包作为高压脉冲变压器。
经过MATLAB/SIMULINK仿真，验证了电路方案的可行性，经过测试表明：输出电压可以在1000V～20KV范围内
连续可调，负载电流为0～5mA, 且具有体积小、成本低、宽范围、智能化的特点，可以满足蔬菜叶面害虫的防控需要，也可以应用到类似指标的领域。
关键词：开关电源；微处理器；高电压；蔬菜害虫；物理防控
1 引言
电源是物理农业中用于杀菌消毒、灭虫、防控农作物害虫等方面的重要设备，目前电源主要有两大类，线性电源和开关电源[1]。
线性电源（Linear power supply）是先将交流电经过变压器降低电压幅值，再
经过整流电路整流后，得到脉冲直流电，后经滤波得到带有微小波纹电压的直流
电压。
线性电源因调整管工作于放大状态（线性工作区域）而得名；线性电源技
术很成熟，制作成本较低，输出电压文波较小可以达到很高的稳定度，自身的干
扰和噪声都比较小，但由于工频(50Hz)时变压器的体积比较大且笨重造成电源整
体体积较大且笨重,更主要的是电源效率较低(一般满载工作的效率只有80%左右)，且输入电压范围较小；总的来讲，线性电源的优点是性能稳定，没有高频纹波等
干扰。
线性电源的缺点是发热功耗大、能源利用率低，没有超大功率的电源供选择。
开关电源（Switch power supply）是指用于电压调整管工作于饱和区和截止区，即开关状态的[2-4]。
开关电源可以具有较高的工作频率,脉冲变压器的体积可以做的较小,重量轻,
结构简单、成本低、效率高（效率可达90%以上)，在很多场合已经替代了线性电源, 虽然输出纹波较线性电源大些，但可以通过滤波措施降低,是电源发展的趋势。
高频率、高电压、数字化是各个领域开关电源发展的趋势[5-7]。
因此，根据资助本论文研究的科技攻关项目的研究需要，针对灭除蔬菜叶面
害虫系统的关键组成部分采用的高压电场，设计实现基于脉宽调制技术PWM的
一个高电压大范围可调开关电源，并采用微处理器作为控制核心，主要是将一般
电瓶电压12V直流电升高到1000V～20kV直流电，根据需要可调输出电压大小，
以满足高压电场灭除蔬菜叶面害虫的需要。
2 开关电源方案设计
开关电源的工作过程： PWM（Pulse Width Modulation）脉宽调制开关电源是
让功率晶体管工作在导通和关断的状态，在这两种状态中，加在功率晶体管上的
伏-安乘积是很小的（在导通时，电压低，电流大；关断时，电压高，电流小）/
功率器件上的伏安乘积就是功率半导体器件上所产生的损耗[5-6]。
PWM开关电源主要是通过“斩波”，即把输入的直流电压斩成幅值等于输入电
压幅值的脉冲电压来实现的。
PWM脉冲的占空比由开关电源的控制器根据需要
进行调节。
通过增加变压器的二次绕组数就可以增加输出电压值。
将绕组输出的交流波
形经过整流滤波后就得到需要的直流电压。
控制器的主要目的是保持输出电压稳定，其工作过程与线性形式的控制器很
类似。
也就是说控制器的功能块、电压参考和误差放大器，可以设计成与线性调
节器相同。
开关电源主要有两种工作方式：升压式变换和正激式变换。
尽管它们各部分
的布置差别很小，但是工作过程相差很大，本文采用升压式变换。
蓄电池采用12V规格，可以是锂电池也可以是铅酸电池；开关管采用MOSFET，大电流高电压IRF130等，也可以采用IGBT类型；IRF130 的基本参数是
漏极到源极电压(Drain-to-Source Voltage) VDSS=100V、漏极连续电流（Continuous Drain Current）(TC=25℃)ID=15A、总功率耗散（Total Power Dissipation）(TC=25℃）PD=75W.
高频变压器在系统中主要完成绝缘隔离、电压变换和磁能转换作用，是高压
开关电源的重要元件。
一般情况下，高频脉冲变压器输入绕组两端所加的电压是
低压直流电压，当功率开关管在PWM信号作用下，工作在高频通断状态时，低
压直流电压将被转换成方波电压施加在高频脉冲变压器上，由于绕组电感中的电
流不能突变，因此被高频脉冲变压器通过电磁能量转换成高频交流电压，又经过
其他整流滤波电路的作用，将高频脉冲变压器输出绕组中的高压交流电转换成设
定的高压直流电压。
高频脉冲变压器主要采用彩电高压包BSC24-01022，最大输
出电压可达24KV，内部含有高压整流硅堆完成整流，能够满足本研究的需要，且可降低成本。
电压采样电路由电阻串联对高压输出分压后送入单片机微处理器中的ADC接口。
分压后得到的电压为最高3.0V。
键盘电路采用3*4矩阵键盘的形式，便于设定输出电压。
显示电路选用1602LCD液晶屏，便于观察显示输出电压。
图中控制器单片机采用ARM7系列，也可以选用STM32系列、AVR单片机、DSP等高性能器件，通过输出PWM控制输出电压，单片机输出电压可以通过键
盘电路进行设定，显示电路用于显示输出的直流电压，方便设置；电压电流电路
用于采集输出电压电流，采样信号送入单片机，经过与设定电压比较后，单片机
改变PWM信号来调节输出电压。
输出电压连接到电极阵列。
3 系统仿真
为了验证设计是否合理，利用MATLAB /Simulink 库中功率系统仿真工具箱SimPowerSystem 对所设计的开关电源高压发生部分进行仿真[2-6]。
输出电压连续可调，范围可以覆盖1000V-20kV,电流可以覆盖0-5mA的范围，符合设计要求。
4 结语
设计实现的高压宽范围可调开关电源，采用PWM脉宽调制技术，利用ARM
微处理器作为控制器，以MOSFET作为调整管，大屏幕彩电高压包作为高压脉冲
变压器，具有结构简单、体积小、重量轻、成本低、带载能力强、输出电压范围
连续可调的特点。
主要性能指标为：工作频率30kHz；输出高压为1000V-20kV；
输出电流为0-5mA；工作效率达90 % 以上。
可以满足高压电场防控蔬菜叶面害虫的需要，也可以满足其他采用高压电场的系统需要。
参考文献
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基金项目：河南省科技厅科技攻关项目（172102110250）及河南省教育厅高校重点科研课题（18A210014）。