HV

使能控制電路是用來控制高壓運放OPA548的工作與否,由於OPA548的工作電壓爲 ,因此使能電路不僅需要能將使能引腳拉低至 ,同時還需要將高壓部分與低壓隔離開,保證低壓控制部分電路工作的安全。使能控制電路如圖5-1所示。
HV_Regulator_EN信號爲使能控制信號,當HV_Regulator_EN爲高電平時,會使得三極管T2導通,T2的集電極接地,那麼三極管T3的集電極輸入低電平,由於T3基極接地,因此三級管T3截止。那麼三極管T4的基級就由電阻R10下拉至-50V,三極管T4截止,輸出Vout爲0V。
當HV_Regulator_EN爲低電平的時候,會使得三極管T2截止,那麼三級管T3集電極電壓由VCC經過電阻R6、R7和R8分壓得到,此時T3的集電極電壓會高於基極,因此三極管T3導通,那麼三級管T4的基極電壓由R9和R10分壓得到,此時T4的基極電壓要高於-50V,所以三級管T4導通,輸出Vout爲-50V。
OVER_I、CW_MODE、NO_HVBIAS信號爲使能禁止信號,這三個信號之間是或的關係,這三個信號中只要有一個信號爲高電平,那麼就會使三極管T1導通,強制將三極管T2的基極拉低,使得三極管T2截止,效果等同於HV_Regulator_EN爲低電平。此時HV_Regulator_EN信號失效,無論爲高電平還是低電平,三極管T1都爲截止。輸出Vout爲-50V。HV_Regulator_EN、OVER_I、CW_MODE、NO_HVBIAS這四個信號與輸出Vout的關係如表5-1所示

5.2 過流檢測電路
過流檢測電路的作用是將電流轉換爲電壓信號,電路如圖5-2所示。在高壓的幹路中串聯一個小阻值電阻R166,用來將流過的電流轉換爲電壓信號。由於在檢測電阻R166上產生的壓降很小,因此還需要通過放大電路將這個小信號放大。
放大器採用LT1990,LT1990是一個增益爲1或10的微功率差分放大器。當配置引腳G1和G2開路的時候,LT1990的增益爲10。將LT1990的同向輸入端和反向輸入端分別接在電流檢測電路R166的兩端,這樣LT1990的輸出就爲檢測電阻兩端的電壓乘以10。
高壓部分設定的最大電流爲100mA,因此當達到最大電流時,在檢測電阻R166上產生的壓降爲220mV,經過差分放大器放大10倍後的輸出爲2.2V,這個幅值的電壓是可以被後續的電路識別與處理的。

5.3 比較電路
由於過流檢測電路檢測到的過流信號是模擬信號,因此需要將這個模擬信號轉變成脈衝信號來控制和反饋前面的高壓產生電路。也就是當過流檢測電路輸出電壓的幅值達到設定的最大值時,比較電路的輸出由低電平跳轉至高電平,並且鎖死,只有斷電重新上電之後比較電路才復位輸出低電平。電路原理圖如圖5-3所示。
電路在上電之初,運放的反向輸入端電壓由AVDD5V通過電阻分壓得到,會比同向輸入端的電壓高,因此在通電的瞬間運放輸出爲低電平,此時二極管D1截止。當電流超過設定值得時候,會使運放的同向輸入端的電壓高於反向輸入端電壓,運放輸出高電平,二極管D1導通,會將同向端電壓提升至反向端以上,電路一直輸出高電平,直至重新上電。
5.4 限流電路
限流電路的作用是控制高壓幹路中通過的最大電流,來確保系統的安全。電路結構採用單個三級管實現,原理圖如圖5-4所示。
三極管的基極電壓被二極管D1、D2鉗位,電壓爲電源電壓減去兩個二極管壓降。二管採用BAV23S,通過查閱該二極管的芯片資料可以看到二極管正向導通電流和正向導通電壓之間的關係曲線如圖5-5所示。

根據原理圖中參數,通過二極管的電流約爲0.6mA,通過圖5-5二極管的電流與電壓關係可知二極管的正向壓降約爲0.6V,所以三極管基極的電壓約爲90-0.6*2=88.8V。限流電路的工作原理如下:
由於採用得是PNP三極管,因此當三極管的基極電壓比發射極電壓低於導通電壓 的時候,三極管開始導通。上電之初,可以這麼去理解(實際並不是這樣):三極管基極的電壓被兩個二極管固定在90-0.6*2=88.8V,此時三極管的發射極電壓比基極要高,三極管導通。隨着三極管發射極電流慢慢增大,發射極的電壓也在慢慢降低,假設輸出端被短路,那麼發射極的電流將會一直增大。當發射極的電壓降低到比基極電壓高一個導通電壓的時候,三極管會從飽和狀態進入到線性放大狀態,發射極和集電極之間的阻抗會隨着發射極電壓的減低而慢慢增大,導致發射極電流慢慢減小。而隨着發射極電流減小,發射極電壓又會上升,三極管發射極和集電極之間的阻抗變小,發射極電流增大,最終達到動態平衡,使得發射極電流穩定在一個固定值,從而達到限流的作用。仿真結果如圖5-6所示,從圖中可以看出當負載電阻分別爲0歐和10歐得時候,發射極得電流都爲6.28mA。

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