交流高压发生电路

4 软件编程

采取瑞萨8位单片机R8C/2L, R8C/2L采用R8C CPU内核，最高工作频率为20 MHz。单片机具备以下功能：
● 采用8位预定标器(定时器RA和RB)的8位多功能定时器：2通道;

● 输入捕捉/输出比较定时器(定时器RC、RD)：16位 x 3通道;
● UART/时钟同步串行接口：2通道;
● LIN模块：1通道(定时器RA、UART0);
● 10位A/D转换器：9通道;
● 检测定时器;
● 时钟生成电路：XIN时钟生成电路、片上振荡器(高/低速);
● 振荡停止检测功能;
● 电压检测电路;
● 上电复位电路;
● I/O端口：25(包括LED驱动端口);
● 外部中断引脚：7;
● 数据闪存：2 KB。

使用定时器TB作为系统时钟，每距0.1ms中断一次，进入中断服务程序，通过中断服务程序内部设置不同的计数变量以形成不同的时间间距标志，作为系统不同功能程序的运行时间，定时器TA设置为PWM输出模式，作为高压发生电路的PWM驱动信号，单片机中断口INT1设置为下降沿触发，用于高频升压变压器初级频率检测。单片机AD采样口AN7用于高频升压变压器电压值检测。芯片其它I/O口作为产品其它功能的输入输出接口，如风扇转速控制、电源过零信号检测等。

高压输出启动，定时器TA发出启动脉冲，脉冲关断时间固定在 16.5μs逐步加大脉冲的导通时间，当导通时间达到 3.5μs时，每间距10ms计算一次中断口检测到的脉冲个数，当脉冲个数为300-700之间时，相应的频率为40KHz左右，判断为输出负载正常条件，否则视为负载较轻或者负载断路情况，重复判断，累计判断正常负载20次，则进入正常运行，脉冲关断时间固定在16.5μs，导通时间根据输出电压要求逐步加大，在正常运行状态下，实时判断高频升压变压器初级的频率变化，如检测到负载较轻或断路情况，将导通时间降低至3.5μs，重新进入启动判断循环，以保证电路的可靠运行。实时检测输出高压的电压变化，如检测到电压偏离合理范围，进入保护状态，关闭脉冲信号输出。



5 电路性能参数

输入电压：直流12V低电压输入;输出电压：1KV-4KV交流电压可调;频率：关断时间固定在16.5μs，开启时间3.5μs-9μs，频率范围：40KHz-50KHz，输出功率15W。

6 电路验证

通过产品整机性能验证，使用同一规格的臭氧陶瓷片，使用此电路相比线性升压变压器方式，臭氧量提升100%以上，通过长期运行，电路运行稳定，并能智能检测臭氧陶瓷片断路或短路等情形，MOS管温升在20K以下，高频变压器温升控制在30K左右，电路长期运行可靠。

7 注意事项

MOS管除了刚启动时无法避免冲击电流的产生外，后面连续脉冲的开通时段需保证在MOS管漏极电压较低的位置。以控制MOS的冲击电流，减少MOS管的热损耗。根据负载情况调节关断时间可达到此目的。

高压电路启动时，需给MOS管一个小的导通信号，使电路振荡起来后，再慢慢增加导通时间，以避免刚导通时冲击电流持续时间过长对MOS造成损坏。

需根据负载的不同，选择不同的关断时间，并在运行当中实时检测判断负载的变化，以避免MOS管漏极电压超过限值，导致MOS的电压击穿。

由于电路运行频率在40KHz-50KHz左右，为保证电路的稳定性，需注意元器件的选型，特别是开通、关断速度的要求。

根据输出电压的要求不同，需对高频升压变压器的初级与次级的绝缘耐压进行充分的评估，以避免高压串接到初级线圈，导致元器件的损坏。如快速光耦，在电路调试过程中，由于高频升压变压器的选型问题，多次导致光耦的击穿。



8 电路其它应用

本电路主要产生交流高压输出，如需要直流并且更高电压输出，可在电路后端增加倍压电路，如离子风空气净化器一般需要1万伏以上的直流高压输出。为实现更高直流电压的输出，需增加倍压电路，其原理图如图6所示：二极管需采取快速恢复高压二极管，如UHVM8L，电容可根据电容及负载能力选择相应耐压值及容量的规格。



9 总结

通过分析高压发生电路的原理，提出一种交流发生电路，以满足臭氧产生的高压电路要求，并通过实验验证，臭氧发生量比采取线性变压器升压的方式有了较为明显的提升，该电路通过在后端增加倍压电路的方式可达到更高压输出，可应用于离子风空气净化器的高压模块中去，具备良好的应用前景。

参考文献：
[1]童诗白，华成英主编，模拟电子技术基础，-3版，北京：高等教育出版社，2000.7
[2]谭浩强　编著，C语言程序设计，-3版，清华大学出版社，2014.9
[3]肖如泉.高压电工基础[M].水利水电出版社,2013.1:100-125
[4]胡斌，胡松. 电子工程师必备——关键技能速成宝典[M]. 人民邮电出版社,2013.10:1-675
[5] 张毅刚. 单片机原理及接口技术(C51编程)[M]. 人民邮电出版社,2011.8:1-280