1.本发明属于电源技术领域，特别涉及一种用于放电传感器供电的可调高压电源。
背景技术：
2.在当前的技术研究中，会使用到包含电离技术的放电传感器来对特定的对象进行探测。这些传感器往往需要在很高的电压下才能工作（如2000v），而且需要调节这个高压的电压值来获取探测对象的不同特性。因为尚在实验阶段，市面上几乎找不到一个合适的电源产品能够很方便地满足使用需求，因此需要一个特定的方法或者设计来达到这个目的。本专利申请就是基于这样一个特定的使用场景，对其实现过程和方法进行保护。
3.现在市面上能够方便找到的可调电源，大多是基于线性稳压或者dcdc方案的。这些方案的特点是功率比较大，但是电压都很低，一般都在100v以下。而基于acdc升压方案产生的高压又大多不可调，如crt的阴极加速，特斯拉线圈等。
技术实现要素：
4.本发明目的是：集合上述现有技术方案的优点，提供一种可调高压电源，可以将输出的电压做到高压并且可调，满足放电传感器电离功能的需要。
5.本发明的技术方案是：可调降压电路，将外界输入的直流电降低成设定电压范围内的直流电；振荡驱动电路，由可调降压电路输出的直流电供电，产生交流振荡电压；变压器，将振荡驱动电路产生的交流振荡电压振幅升高；倍压电路，将变压器升高的交流振荡电压转化为电压值更高的直流电压，作为可调高压电源的输出；电压采样电路，采集倍压电路输出的电压；微处理器，收集电压采样电路采集的电压,用于反馈和控制可调降压电路的输出电压，从而控制可调高压电源的输出电压。
6.优选的，所述可调降压电路采用ldo电路，所述ldo电路包括调整管q1、放大器a1和电压反馈模块，所述调整管q1的输入端连接外界输入直流电，输出端为可调降压电路的输出端，输出端连接电压反馈模块，ldo电路的输出电压设置端和电压反馈模块的反馈电压输出端分别连接放大器a1的同、反相输入端，放大器a1的输出端连接调整管q1的控制端；微处理器通过调整ldo电路输出电压设置端大小，修改ldo电路的输出电压。
7.优选的，所述振荡驱动电路可调降压电路采用dcdc电路，dcdc电路包括dcdc芯片、放大器a2和电压反馈模块，所述dcdc芯片的输入端连接外界输入直流电，输出端为可调降压电路的输出端，输出端连接电压反馈模块，dcdc电路的输出电压设置端和电压反馈模块的反馈电压输出端分别连接放大器a2的反、同相输入端，放大器a2的输出端连接dcdc芯片的反馈脚fb；微处理器通过调整dcdc电路输出电压设置端大小，修改dcdc电路的输出电压。
8.优选的，所述振荡驱动电路采用自激式振荡电路，所述自激式振荡电路，采用单管
自激式振荡电路，或双管自激式振荡电路。
9.优选的，所述振荡驱动电路采用它激式振荡电路，它激式振荡电路由微处理器输出的pwm信号驱动振荡。
10.优选的，所述倍压电路由多个电容和多个整流二极管交替串联组成，利用变压器次级线圈输出的交流电反复给多个电容充电，升高输出电压，同时将交流电压转为直流电压。
11.优选的，所述倍压电路输出端还连接有继电器，通过继电器连接可调高压电源的输出端子；所述继电器采用双刀继电器，对可调高压电源输出的正、负两端同时进行切换。
12.优选的，所述电压采样电路，采用直流互感器，或采用多级降压采集结构；所述多级降压采集结构包括电阻串rup、采样电阻rs和电压跟随器，电阻串rup由多个电阻串联，电阻串rup一端连接倍压电路的输出端，另一端通过采样电阻rs接地；采样电阻rs采集的电压通过电压跟随器发送到微处理器的adc模块端。
13.优选的，所述微处理器读取电压采样电路输出的电压值，然后按照设定的电压，通过输出一个pwm值，来修改振荡电路的工作电压，从而控制输出电压的高低。
14.优选的，可调高压电源用于放电传感器的供电。
15.本发明的优点包括：1．本发明的可调高压电源，同时采用可调降压电路、振荡驱动电路、变压器和倍压电路，能够产生满足放电传感器电离所需要的高电压，且高电压的大小可通过可调降压电路、振荡驱动电路调节，来适应不同的传感器探测对象。
16.2．本发明的可调高压电源，还采用电压采样电路以及微处理器，对电源输出的电压进行采样监控，所有的信息最终都被微处理器收集和判断，用以控制整个系统的闭环和稳定。
17.3．本发明的可调高压电源的微处理器还可以处理一些基本的操作和通讯。在达到目的的同时还实现了系统的方便和智能化，提高传感器的工作效率，与现行的控制系统进行对接后还可以实现自动测量，为测量的精准和高效提供了良好的支撑。
18.4．本发明的可调高压电源采用倍压电路，能够将变压器端得到的交流信号转换到数倍甚至数十倍于交流电压值的直流电压。
附图说明
19.下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：图1为本发明的可调高压电源的原理框图；图2为实施例中的ldo电路的原理图；图3为实施例中的dcdc电路的原理图；图4为实施例中的自激式振荡电路的原理图；图5为实施例中的它激式振荡电路的原理图；图6为实施例中的倍压电路的原理图；图7为实施例中的继电器的原理图；图8为实施例中的电压采样电路的原理图；
图9为实施例中的振荡电路的特性曲线。
实施方式
20.如图1所示，本发明公开的可调高压电源，总体上可以分成依次连接的可调降压电路、振荡驱动电路、变压器、倍压电路、继电器，还包括电压采样电路以及微处理器部分。
21.外界提供一个直流电作为整个系统的供电（如24v）。
22.可调降压电路将外界输入的直流电降低成设定电压范围内的直流电；例如，可调降压模块将输入的直流变成一个24v内可调的直流（如1-24v）。这个电压会是后级的振荡驱动电路的供电。
23.振荡驱动电路由可调降压电路输出的直流电供电，产生交流振荡电压。可调降压电路输出的直流电供电只要高于1v，振荡驱动电路就会工作，这个电压越高意味着振荡驱动电路工作在更大的幅度上，也就是说能够输出更大幅度的电压到后级输出，反之亦然。具体需要工作在多少电压是由用户设定以及反馈电压来共同决定的。
24.变压器将振荡驱动电路产生的交流振荡电压隔离并升高振幅到数百伏；倍压电路将变压器升高的交流振荡电压转化为数千伏的直流电压，经过继电器后输出到端子。
25.电压采样电路采集倍压电路输出的电压。因为电压的稳定是一个反馈的过程，这里还需要采集输出的电压来进行判断是不是输出的高压确实是系统所希望的，所以需要一个电压采样电路对输出的电压进行采样监控。
26.微处理器收集电压采样电路采集的电压，至少连接控制可调降压电路、振荡驱动电路中的一个的输出电压，从而控制整个系统的闭环和稳定。所有的信息最终都被微处理器收集和判断。同时，微处理器还可以处理一些基本的操作和通讯。
27.下面将针对各个部分做详细的描述：可调降压电路部分的主要目的是将一个固定直流输入变成一个输出可调的直流。实现这部分的功能可以采样如下方案：ldo方案：可调降压电路采用ldo电路，即线性稳压电源，是基于一种直接将电压调整到目标电压的方法。由外界输入一个目标的模拟电压，这里的输出电压设置可以是微处理器的dac或者pwm结果rc滤波后的输出。
28.如图2所示，所述ldo电路包括调整管q1、放大器a1和分压电阻r1、r2，所述调整管q1的输入端连接外界输入直流电，输出端为可调降压电路的输出端，输出端连接分压电阻r1，分压电阻r1另一端通过分压电阻r2接地，ldo电路的输出电压设置端和分压电阻r2的反馈电压输出端分别连接放大器a1的同、反相输入端，放大器a1的输出端连接调整管q1的控制端；微处理器通过调整ldo电路输出电压设置端大小，修改ldo电路的输出电压。
29.当分压电阻r1、r2分压后的反馈电压和设置电压有差异时，就会驱动放大器a1输出一个反向的反馈，这个负反馈信号会作用在调整管上，以稳定输出电压在设置的电压上，也就是说，只要设置电压是稳定的，输出电压就会是稳定的。那么修改设置电压就能够修改输出的电压，这里我们可以轻松让设置电压通过微处理器的dac或者pwm在0-3.3v之间变化，输出可以在24v间连续可调。
30.dcdc方案：可调降压电路采用dcdc电路，dcdc电路是将直流通过mos管的通断比例
来调整到目标的方法，与上面ldo方案相比，其具备更高的传输效率。
31.市面上有很多专用的dcdc芯片，dcdc芯片内部的电路会自动根据fb的电压来调节输出电压高低，一般情况下fb脚直接连接到分压采样电阻上就行，但是这里我们为了得到一个可调的输出，加入了一级运放夹在反馈电阻和fb之间。
32.如图3所示，dcdc电路包括dcdc芯片、放大器a2和分压电阻r3、r4，所述dcdc芯片的输入端连接外界输入直流电，输出端为可调降压电路的输出端，输出端连接分压电阻r3，分压电阻r3另一端通过分压电阻r4接地，dcdc电路的输出电压设置端和分压电阻r4的反馈电压输出端分别连接放大器a2的反、同相输入端，放大器a2的输出端连接dcdc芯片的反馈脚fb；微处理器通过调整dcdc电路输出电压设置端大小，修改dcdc电路的输出电压。
33.这里放大器a2的反相输入端作为输出电压设置。分压电阻r4采集的电压和这个设置电压相比较，如果放大器a2的输出仍然正向地反应输出的变化趋势，这样与芯片设计的原理并不违背，这样芯片能够正常地将输出电压稳定在一个设定值上面。如果改变设置的电压，则是放大器a2的比较电发生了变化，从而也是的芯片输出的电压发生变化。也就是说，调整设置电压的大小，输出电压也会变化。
34.振荡驱动电路的目的是产生一个周期性的振荡信号，驱动变压器，以把振荡产生的能量传输到次级。这里振荡的幅度高低决定了可以传输到次级能量的大小。我们这里控制的正是振荡电路的工作电压，来达到调整输出电压高低的目的。
35.就振荡电路本身来说，可以采用自激式振荡电路或它激式振荡电路。
36.自激式振荡电路，不需要外界给它任何驱动信号，只要一上电就可以自己完成振荡。自激的原理是电路利用储能元件的充电和放电实现正反馈，使振荡器件在饱和和截止间不断切换，从而产生振荡信号，再用这个信号去驱动变压器工作。自激式振荡有很多种设计，可以是双管，也可以是单管，图4所示是一个典型的单管自激振荡电路示意图。
37.其简单工作原理是：当输入电压同时施加在变压器左侧两个线圈上面时，下面的线圈首先构成回路，驱动三极管导通，而三极管的导通则进一步加大了上面线圈的电流，三极管在正反馈下迅速进入饱和导通状态，而当初级线圈的电流不再增大时，感生电动势发生翻转，三极管迅速截止，初级线圈的电流变为零。再次进入初始状态，如此循环。
38.自激振荡的特点是其可以根据器件自身的特点，迅速找到其谐振的频率，迅速进入一个比较高效的工作状态。
39.它激振荡电路的需要外部给它驱动信号，一般是微处理器的pwm输出。它只是被动地按照外部给的频率在输出。如图5所示，为它激振荡电路的基本电路。
40.它激式的振荡虽然驱动来自外部，但是这个频率需要在电路的谐振频率附件，否则很难获得高效的能量传输。
41.变压器将在初级线圈振荡产生的能量耦合到次级，其材料针对不同的工作频率可以是铁芯，也可以是磁芯。输出电压的高低主要通过初次线圈的匝数比来决定，在本应用中，变压器的初级线圈工作在几伏到十几伏，而次级输出电压在几十到数百伏。
42.当然，要让变压器工作在一个合适的环境里，还有很多参数需要设定。所以在一般情况下，变压器需要找厂家专门定制。
43.倍压电路作用是将变压器端得到的交流信号转换到数倍甚至数十倍于交流电压值的直流电压。如图6所示，为一个比较典型的倍压电路，所述倍压电路由多个电容和多个
整流二极管交替串联组成，利用变压器次级线圈输出的交流电反复给多个电容充电，升高输出电压，同时将交流电压转为直流电压。
44.倍压电路的原理是利用二极管的单向导电性以及电容的储电能力，用变压器次级输出的交流电反复给各个电容充电使其达到一个比较高的电压。最终的输出取了多个电容的串联，让输出获得更加高的电压。图6所示的倍压电路，我们可以得到约5倍变压器输出的电压。
45.继电器的作用是作为输出保护，在继电器没有接通时，高压电是不会出现在外部接口的，只有需要输出的时候才让继电器工作，接通内部产生的高压到端口上。这里为了更加安全，采用了输出的正负两端都进行切换的方式，如图7所示，所述继电器采用双刀继电器，对可调高压电源输出的正、负两端同时进行切换。
46.电压采样电路对电源输出的电压进行采样监控。数千伏的电压对电路来说是不小的挑战，包括器件的耐压以及输入的保护等，可以采用市面上可以采购到的直流互感器，也可以用多级降压采集结构。
47.如图8所示，所述多级降压采集结构包括电阻串rup、采样电阻rs和电压跟随器，电阻串rup由多个电阻串联，电阻串rup一端连接倍压电路的输出端，另一端通过采样电阻rs接地；采样电阻rs采集的电压通过电压跟随器发送到微处理器的adc模块端。
48.在本应用中，电阻串rup由十几个2m的电阻串联，目的是保证每个电阻的分压在其标定的200v以内。采样电阻rs是一个10k的电阻，这样采样的电压是约1/2000倍输出电压，在最大输出高压的时候最高得到2v。这个电压经过一级电压跟随器后输入给微处理器的adc模块端进行采样，让微处理器能够感知输出电压的高低。
49.微处理器负责读取输出的电压值，然后按照设定的电压，来输出一个合适的dac或者pwm值，来修改振荡电路的工作电压，从而控制输出电压的高低。
50.如图9所示，从测试结果来看，振荡电路的工作电压高低和输出的电压基本上是线性的，也就是说一个比较简单的逻辑就可以稳定输出的电压在一个合适的范围。
51.当然，如果需要与其他设备进行通讯，也可以利用微处理器上面丰富的口，如uart，iic，spi，eth等等来和外界进行数据交换和控制。
52.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。