专利名称：用于电流变液控制的高压快速开关电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于电流变液控制的高压快速开关电路，属电子仪器技术领域，特别涉及用于电流变技术中的高压开关可控电源的设计。
电流变技术是一门新兴的技术，它主要研究电流变现象的机理和电流变液在工程中的应用。电流变效应是指液体在高压的作用下发生固化，剪切抗力显著增大，最直观的现象是液体的表观粘度大大增加，利用电流变效应可以设计制作阻尼可控的减振器、隔振器、力矩可控的离合器等许多灵巧装置。
将压电效应、电流变效应相结合，利用仿生学的“蠕动”步进方式，可以构成一种用于精密微动定位和驱动的步进马达。实现这一构想的关健技术是需要一种直流高压开关电源来有节奏的控制电流变液的箝位力。目前，国内有直流高压稳压电源，但没有这样高压的稳压开关电源。在其它电流变器件中，类似的高压开关电路也是一个必不可少的关键部分。
本发明的目的是设计一种用于电流变液控制的高压快速开关电路，给电流变液的驱动提供一种安全、可靠、线路简单、成本较低的高压稳压开关电路，结合高压稳压直流电源，制做出直流高压稳压开关电源，该电源能随外部控制信号的频率变化快速响应，控制高压电源的通断，输出高压脉冲，控制电流变液的固化，电压脉冲的前沿及后沿极短。
本发明设计的用于电流变液控制的高压快速开关电路，由以下各部分组成(1)与控制信号的接口为一个集成电路芯片，接受由计算机或其他控制电路发生的脉冲控制信号，并实现本电源与信号源间的隔离；(2)输入信号比较电路；包括一个集成电路芯片和外接电阻，对输入信号整形，使其成为标准规则的方波脉冲；(3)放大电路为一个三极管，提供电流驱动后续电路；(4)光藕串联电路由三个集成电路芯片串联而成，分别得到两个正向脉冲和一个负向脉冲，正向脉冲和负向脉冲的极性正好相反，而相位相同；(5)信号二次整形电路分别由比较器U1/741和U2/741和外部电阻构成，对光藕电路输出的两个正向脉冲信号进行整形；(6)晶体管开关电路由开关晶体管T1，T2串联和外接电阻电容组成，每个晶体管的耐压为1500伏，串联后耐压可达3000伏。它用来实现高压的正向导通；(7)脉冲隔离电路由两个相同的脉冲变压器B1，B2构成，对脉冲隔离，同时控制晶体管放电电路的导通；(8)放电电路由两个三极管T3，T4和外部电阻电容构成，用来在正向电压关断时迅速抽取负载上的电荷。
本发明的工作原理结合
图1描述如下开关晶体管在输入控制信号的控制下通断，当控制信号输入为高电平时，晶体管导通，输入的直流高压电源向输出端输出，当控制信号为低电平时，晶体管截止，输入的直流高压电源不向输出端输出，高压脉冲输出端电压为零。这样，当直流高压电源接在开关晶体管的输入端时，控制脉冲输入端输入一个脉冲信号，高压脉冲输出端就会输出一个高压脉冲，高压脉冲的频率与控制信号的频率一致，脉宽与控制信号的脉宽一致。
本发明的突出优点是能够在低压(幅值为5伏)控制脉冲信号的控制下对高达2000伏的直流电压进行斩波，获得满足要求的高压脉冲输出。本发明具有成本低，元件易选择，调试方便，可靠性高，适用范围广的特点，与机械点接触式开关电路相比，具有开关速度快，使用寿命长，无磨损，无机械振动等优点。本发明不仅为电流变液在步进马达中的应用提供了安全、可靠、线路简单、成本较低的电流变液的高压快速开关电路，而且也可广泛用于对高电压有快速开关要求的其他技术领域。
附图简要说明图1为本发明总体构成框图。
图2为本发明的实施例电路组成原理图。
下面结合图1和图2，详细介绍本发明的一个实施例。
图1为本发明的总体构成框图，它的输入包括一个直流高压和一路低压脉冲控制信号，输出为一路高压脉冲信号，其幅值与输入的直流高压相等，相位与控制信号的相同。
图2为本实施例的电路构成原理图。本实施例包括光耦隔离、比较电路、正向开关电路、反向放电电路。各部分电路的组成及工作原理分别详细描述如下控制信号输入接在03号4N25(光耦)的1和2管脚，1接正，2接负，-12伏电压接在它的4管脚，1和2输入一个脉冲，在它的5管脚就会输出一个脉冲，实现了输入控制电路与本电路的隔离。5管脚输出的脉冲输入比较器LM358的3管脚，(LM358是电压比较器，内含两个比较器，工作时+12伏电压接它的8管脚，-12伏电压接它的4管脚，本电路中将两个比较器的输入负端都接地)，1管脚就输出波形较好的脉冲，经过一限流电阻17接入三极管的基极，三极管7的作用是电流放大。光耦01的输入正极接电源的12伏，光耦的输入负极与光耦04的输入正极相接，光耦04的输入负极与光耦02的输入正极相连，即将01，04，02三个光耦串联，串联过程中将04的输入与01、02的输入进行了反相。光耦02的输入负极与三极管的集电极相连，三极管的发射极接地，这样，当三极管的基极输入一个脉冲，三极管的集电极导通一次，给光耦01、02输入一个正向脉冲，给光耦04输入一个负向脉冲。光耦01、02、04的4管脚与03一样都接-12伏电压，在前三个光耦输入下，则在光耦01、02、04的输出管脚5依次分别会输出正向脉冲、正向脉冲、负向脉冲，正向与负向脉冲的极性正好相反，除去极性，它们的相位相同，这样就严格保证了在要求高压电源正向导通时，反向放电电路截止，高压电源截止时，反向放电电路导通。由于所用的晶体三极管最高耐压为1500伏，采用了晶体三极管的串联工作方式。由光耦01、02输出的脉冲信号是完全一样的，两路脉冲信号都输入比较器进行脉冲波整形，U1741和U2741都是比较器，R1、R2、R3、R4起分压限流作用，R6、R7起限流作用，比较器输出端6管脚输出波形较好的矩形波，经R7、R8限流，C1、C2较短时间的延时后输入晶体三极管的基极控制晶体三极管T1、T2的导通。电感11是为了防止通电时2000伏电压对晶体三极管的冲击，R9、R10、C3、R12、R14、C4构成了晶体三极管的串联均压储能保护电路。光耦04的输出脉冲输入比较器U3LM358进行整形，在输出端7接入电位器W1，经电阻R15输入三极管T5、T6的基极，控制两个三极管的通断，起电流放大作用，R18起限流作用，D3起控制电路方向的作用，B1、B2是两个变压器，起脉冲隔离作用，由于放电过程对波形没有严格的要求，所以用两个变压器隔离来控制放电晶体三极管T3、T4的通断，可以简化电路。R11、R13两电阻起限流作用，晶体三极管T3、T4是反向放电电路的开关和放电回路，R25、R26、R27、R28、C5、C6构成放电晶体三极管的串联储能保护电路。高压直流稳压电源的输入如电路图的右方，正极接右上方+2000处，负极接右下方晶体三极管T4的发射极接地处。负载的正极接out处，负极也接右下方晶体三极管T4的发射极接地处。本实施例结合一个高压直流稳压电源制作出了适用于电流变液控制的高压脉冲电源，输出电压幅值可高达2000伏，频率响应范围0～2000Hz，造价低，在压电——电流变马达系统中应用获得成功。
权利要求
1.一种用于电流变液控制的高压快速开关电路，其特征在于，该电路由以下各部分组成(1)与控制信号的接口为一个集成电路芯片，接受由计算机或其他控制电路发生的脉冲控制信号，并实现本电源与信号源间的隔离；(2)输入信号比较电路；包括一个集成电路芯片和外接电阻，对输入信号整形，使其成为标准规则的方波脉冲；(3)放大电路为一个三极管，提供电流驱动后续电路；(4)光藕串联电路由三个集成电路芯片串联而成，分别得到两个正向脉冲和一个负向脉冲，正向脉冲和负向脉冲的极性正好相反，而相位相同；(5)信号二次整形电路分别由比较器U1/741和U2/741和外部电阻构成，对光藕电路输出的两个正向脉冲信号进行整形；(6)晶体管开关电路由开关晶体管T1，T2串联和外接电阻电容组成，每个晶体管的耐压为1500伏，串联后耐压可达3000伏。它用来实现高压的正向导通；(7)脉冲隔离电路由两个相同的脉冲变压器B1，B2构成，对脉冲隔离，同时控制晶体管放电电路的导通；(8)放电电路由两个三极管T3，T4和外部电阻电容构成，用来在正向电压关断时迅速抽取负载上的电荷。
全文摘要
本发明涉及一种用于电流变液控制的高压快速开关电路,包括由光耦隔离,电压比较,电流放大,反相电路,脉冲变压器隔离电路和开关晶体管电路。本发明的突出优点是可以随控制信号的变化,满足快速响应性,电压幅值连续调节性,控制信号还可直接接受计算机的控制信号。可以输出0～2000伏的脉冲电压,电流可达2A,可以广泛用于电流变液体的研究应用领域及对高电压有快速开关脉冲控制要求的其他技术领域。
文档编号H01H35/18GK1206961SQ98102188
公开日1999年2月3日 申请日期1998年5月29日 优先权日1998年5月29日
发明者孟永钢, 敖勇, 田煜 申请人:清华大学