【導(dǎo)讀】高壓研發(fā)過程在各種應(yīng)用中提出了許多挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)是通過多年來在現(xiàn)場(chǎng)的觀察和與研發(fā)工程師的交談而呈現(xiàn)的。下面列出了一些：
1. 確定高壓模塊要求
2. 高壓功率轉(zhuǎn)換器的精度
3. 應(yīng)用中圍繞高壓的電路設(shè)計(jì)
4. 在終端應(yīng)用中易于處理和集成
1. 確定高壓模塊的要求
定義需求在設(shè)計(jì)過程中至關(guān)重要。下面列出了在尋找高壓模塊時(shí)應(yīng)考慮的一些事項(xiàng)。
● 輸入和輸出條件：了解高壓模塊的可用輸入和應(yīng)用中的負(fù)載條件是獲得正確解決方案的第一步。輸入電壓及其精度非常重要，有助于確定模塊所需的線路調(diào)節(jié)和保護(hù)要求。在大多數(shù)應(yīng)用中，負(fù)載是電阻和電容元件的混合體。因此，了解負(fù)載和負(fù)載條件對(duì)于確定高壓電源的電壓和電流要求至關(guān)重要。
● 電壓和電流要求：根據(jù)高壓需要做的事情，需要定義電壓和電流以及極性。這主要取決于負(fù)載規(guī)格。例如，光電倍增管可能需要1200VDC和微安的電流。
● 控制和監(jiān)控信號(hào)：由于當(dāng)今世界的大多數(shù)應(yīng)用都是由數(shù)字電路控制的，因此了解應(yīng)用中用于控制和監(jiān)控高壓模塊的信號(hào)對(duì)于更易于集成至關(guān)重要。
● 環(huán)境條件：根據(jù)應(yīng)用情況，可能需要考慮特定的環(huán)境條件，如工作溫度、濕度等。注意應(yīng)用的去向以及高壓模塊在應(yīng)用中的位置。
● 尺寸限制：這與高壓電源和整體應(yīng)用的空間可用性相對(duì)應(yīng)。在小型桌面和手持應(yīng)用中，大小變得非常關(guān)鍵。即使在半導(dǎo)體制造、檢驗(yàn)工具和分析儀器等需要更多空間的應(yīng)用中，重點(diǎn)也是使它們盡可能小，以便在同一空間中提供更多功能，或?yàn)楦嘈乱淮鷥x器提供空間。
● 機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)：當(dāng)最終應(yīng)用進(jìn)入具有特定監(jiān)管批準(zhǔn)要求的行業(yè)部門時(shí)，這一點(diǎn)變得至關(guān)重要。例如，用于分析儀器市場(chǎng)的UL/IEC/EN 61010。
2. 高壓功率轉(zhuǎn)換器的精度
高壓功率轉(zhuǎn)換器的精度受其他變量的影響，這些變量可能包括輸入電壓、負(fù)載條件、工作溫度和其他環(huán)境因素的變化。以下是定義模塊高電壓精度要求時(shí)需要考慮的規(guī)格列表。
● 輸出電壓公差：與規(guī)定電壓的偏差
● 設(shè)定值精度：電源使用控制電壓達(dá)到設(shè)定值的能力
● 線路和負(fù)載調(diào)節(jié)：電源根據(jù)輸入電壓和負(fù)載的變化將輸出電壓保持在調(diào)節(jié)規(guī)格內(nèi)的能力
● 紋波和噪聲：DC高壓電源頂部的殘余AC信號(hào)
● 控制的線性度：輸出電壓相對(duì)于控制電壓的傳遞函數(shù)
● 溫度系數(shù)：相對(duì)于每攝氏度的溫度變化，輸出電壓的變化
● 隨時(shí)間變化的穩(wěn)定性：高壓電源在規(guī)定時(shí)間內(nèi)保持高壓在一定規(guī)格范圍內(nèi)，同時(shí)保持其他參數(shù)不變的能力。這在質(zhì)譜分析等應(yīng)用中變得非常關(guān)鍵，因?yàn)樵谫|(zhì)譜分析中，儀器要保持8小時(shí)的工作狀態(tài)，并且如果使用相同的樣品，預(yù)期會(huì)產(chǎn)生相同的結(jié)果。如果高壓電源不夠穩(wěn)定，無法確保這一點(diǎn)，這將成為一個(gè)問題。
3. 應(yīng)用中圍繞高壓的電路設(shè)計(jì)
在設(shè)計(jì)低壓或數(shù)字電路板時(shí)，高壓電路板的設(shè)計(jì)需要特別注意與之無關(guān)的細(xì)節(jié)。在設(shè)計(jì)過程中，您可能需要在高壓電源周圍安裝部件，這對(duì)高壓側(cè)尤其具有挑戰(zhàn)性。在高壓下工作時(shí)，某些規(guī)范變得更為重要，下面列出了這些規(guī)范以及在高壓板設(shè)計(jì)期間需要注意的細(xì)節(jié)。
● 與低壓電路的適當(dāng)爬電距離和間隙距離
● 高壓區(qū)域沒有接地層
● 避免電路板上焊盤的銳邊
● 在高壓線附近不得使用絲網(wǎng)
● 在高壓區(qū)沒有電鍍孔
● 如果需要的話，在板子上開槽，以提供絕緣
● 保形涂料和其他絕緣材料，如果需要的話
● 高壓部件的主要規(guī)格和注意事項(xiàng)
● 電壓和功率額定值
● 部件降額
● 電壓和溫度系數(shù)
● 熱性能
4. 易于在終端應(yīng)用中處理和集成
易操作性和易集成性是模塊集成的電氣和機(jī)械方面，也需要加以考慮。如果在設(shè)計(jì)的模塊中已經(jīng)包含以下內(nèi)容，則集成高壓變得更容易。
4.1 保護(hù)和安全
● 輸入保護(hù)
○ 輸入欠壓和過壓保護(hù)保護(hù)裝置防止輸入線路出現(xiàn)故障
○ 控制過壓保護(hù)保護(hù)裝置和應(yīng)用免受編程設(shè)定的高于其設(shè)計(jì)的電壓
● 輸出保護(hù)
○ 電弧保護(hù)可避免產(chǎn)品在應(yīng)用中發(fā)生電弧事件
○ 過流保護(hù)和短路保護(hù)為模塊和應(yīng)用提供安全，以防產(chǎn)品過載超過其最佳交付點(diǎn)或在應(yīng)用中出現(xiàn)短路
● 熱保護(hù)
○ 熱關(guān)機(jī)保護(hù)模塊，以防其溫度范圍超出規(guī)定的工作溫度范圍。根據(jù)其設(shè)計(jì)方式，通常在消除過溫條件后恢復(fù)
4.2 控制信號(hào)
這些信號(hào)用于控制和監(jiān)控高壓模塊。控制和監(jiān)控信號(hào)的數(shù)字兼容性很重要，因?yàn)樗x了控制高壓所需的電路。如果信號(hào)是DAC兼容的，那么控制高電壓就變得容易得多，因?yàn)槟K具有該功能。測(cè)量高壓和負(fù)載電流是一個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)槟臄?shù)字萬用表和示波器探頭所需的特殊設(shè)備僅限于某些電壓，通常不超過1000VDC。如果該模塊具有數(shù)字兼容的監(jiān)控信號(hào)，這就使設(shè)計(jì)者的工作變得更加容易。下面列出了一些在模塊集成中非常有用的信號(hào)及其特性。
● 電壓編程
● 啟用/禁用輸入
● 輸出電壓監(jiān)控
● 負(fù)載電流監(jiān)控
● 控制和監(jiān)控信號(hào)的數(shù)字兼容性
● 性能的可重復(fù)性
4.3 物理模塊集成
這與應(yīng)用電路中模塊的空間和物理集成相對(duì)應(yīng)。以下是應(yīng)該考慮的因素。
● 輸入和輸出連接
● 尺寸限制
● 機(jī)械布局
● PCB安裝
● 機(jī)板安裝
● 環(huán)境因素
● 散熱能力（如需要）
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