单细胞检测仪用的开关电源装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开一种单细胞检测仪用的开关电源装置，其第一级整流器、第一级逆变器、第一级变压器、第二级整流器、第二级逆变器、第二级变压器顺次连接，工频市电经第一级整流器连接第一级逆变器的输入端，第二级变压器的输出端经倍压整流器与单细胞检测仪相连。电压反馈单元的输入端连接倍压整流器的输出端，电网扰动测量单元的输入端连接第一级整流器的输入端，电网扰动测量单元和电压反馈单元的输出端连接主控单元的输入端，主控单元的输出端连接脉宽调制单元的输入端，脉宽调制单元的输出端连接第一级逆变器的控制端。本实用新型能实现电网波动和负载突变时输出电压的稳定，并具有更高的电压输出精度。
【专利说明】单细胞检测仪用的开关电源装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种开关电源装置，具体涉及一种单细胞检测仪用的开关电源装置。
【背景技术】
[0002]单细胞检测仪是通过电击法让细胞膜破裂来进行生化分析的仪器。其中电击法的工作原理是利用瞬时高压电处理细胞悬液，使细胞膜在高压电的作用下发生去极化，产生微孔，悬液中溶解的核酸即可通过细胞膜上的孔洞进入细胞内部。
[0003]传统的单细胞检测仪一般直接使用传统工频电源，而传统工频电源因其自身的纹波电压大、体积大等缺点已被欧美等发达国家淘汰，取而代之的是性能优越的高频高压开关电源，国内的市场需求也正朝着这个方向转变，但进口产品所配置的高频高压电源装置价格昂贵，制约这类单细胞检测仪的扩大应用。
[0004]目前这种用途的高频高压电源装置所采用的电路是先将220V AC电源通过整流桥式电路整流成310V直流，再将直流电送给一逆变器，通过该逆变器的PWM的脉宽调制技术控制逆变的输出电压，再将逆变输出电压传给主变压器，主变压器再连接倍压整流电路，最后输出的高压向控制细胞进样的电极供电，从而实现电极电压的控制。但由于细胞膜上的带电粒子极其微小，不同的强电场下的运动速度是不一样的，当然，只有细胞进样速度恒定，才能保证细胞三维成像质量，因此，要想使细胞进样速度恒定，必须使电极的电压纹波极其小，也就是电压的稳定度要非常高，输出电压的纹波大会干扰成像的清晰度，因此，必须设计一种方法来抑制纹波，提高电压的稳定度，从而保证细胞成像的清晰度，为单细胞后续的生化分析提供可能。
实用新型内容
[0005]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种单细胞检测仪用的开关电源装置，其能实现电网波动和负载突变时输出电压的稳定，并具有更高的电压输出精度。
[0006]为解决上述问题，本实用新型所设计的一种单细胞检测仪用的开关电源装置，主要由第一级整流器、第一级逆变器、第一级变压器、第二级整流器、第二级逆变器、第二级变压器、倍压整流器、电网扰动测量单元、电压反馈单元、主控单元和脉宽调制单元组成。工频市电经第一级整流器连接第一级逆变器的输入端，第一级逆变器的输出端连接第一级变压器的输入端，第一级变压器的输出端经第二级整流器连接第二级逆变器的输入端，第二级逆变器的输出端连接第二级变压器的输入端，第二级变压器的输出端经倍压整流器与单细胞检测仪相连。电压反馈单元的输入端连接倍压整流器的输出端，电网扰动测量单元的输入端连接第一级整流器的输入端，电网扰动测量单元和电压反馈单元的输出端连接主控单元的输入端，主控单元的输出端连接脉宽调制单元的输入端，脉宽调制单元的输出端连接第一级逆变器的控制端。
[0007]上述方案中，所述主控单元包括加法器、比例积分微分转换电路和BP神经网络与PID复合控制器；其中加法器的输入端连接电网扰动测量单元和电压反馈单元的输出端，加法器的输出端与比例积分微分转换电路的输入端相连，比例积分微分转换电路的输出端连接BP神经网络与PID复合控制器。BP神经网络与PID复合控制器的输出端连接脉宽调制单元的输入端。
[0008]上述方案中，所述第一级逆变器和第二级逆变器均为半桥逆变器。其中第一级逆变器频率为20K，第二级逆变器频率为40K。
[0009]上述方案中，所述主控单元为ARM微处理芯片。
[0010]与现有技术相比，本实用新型具有如下特点:
[0011](1)采用两级高频半桥逆变结构使得单细胞检测仪用的开关电源能够有效抵抗电网的干扰、降低开关电源中的纹波和提高输出电压稳定度；通过两级逆变能够产生-700V至700V的脉冲振荡电压，这两组间歇性振荡的瞬时高压，使细胞膜能在0.4S内发生去极化，产生微孔而破碎，为单细胞的后续生化分析提供可能。
[0012](2)主控制单元内采用成熟的BP神经网络与PID复合控制器，使得单细胞检测仪用的开关电源输出电压的电网噪声和纹波系数降到最低，同时也使得单细胞检测仪用的开关电源的动态响应速度快，满足了单细胞检测仪用的开关电源要求细胞膜能够在极短的时间内破碎的性能指标。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为一种单细胞检测仪用的开关电源装置的原理框图。
【具体实施方式】
[0014]一种单细胞检测仪用的开关电源装置，如图1所示，第一级整流器、第一级逆变器、第一级变压器、第二级整流器、第二级逆变器、第二级变压器、倍压整流器、电网扰动测量单元、电压反馈单元、主控单元、脉宽调制单元、键盘单元和显示单元组成。工频市电经第一级整流器连接第一级逆变器的输入端，第一级逆变器的输出端连接第一级变压器的输入端，第一级变压器的输出端经第二级整流器连接第二级逆变器的输入端，第二级逆变器的输出端连接第二级变压器的输入端，第二级变压器的输出端经倍压整流器与单细胞检测仪相连。电压反馈单元的输入端连接倍压整流器的输出端，电网扰动测量单元的输入端连接第一级整流器的输入端，电网扰动测量单元、电压反馈单元和键盘单元的输出端均连接主控单元的输入端，主控单元的输出端连接脉宽调制单元的输入端，脉宽调制单元的输出端连接第一级逆变器的控制端。显示单元的输入端与主控单元的输出端相连。
[0015]上述第一级整流器、第一级逆变器、第一级变压器、第二级整流器、第二级逆变器、第二级变压器和倍压整流器构成的电源主通路单元。该电源主通路单元采用两级高频半桥逆变结构，其中第一级整流器和第二级整流器均为桥式整流器，第一级逆变器和第二级逆变器均为半桥逆变器，其中第一级逆变器频率为20K，第二级逆变器频率为40K。其具体工作原理如下:工频市电即220V交流电通过第一级整流器将交流电压变换为100V的直流电，在PWM驱动电路作用下，驱动第一级逆变器中的两个高频功率管，通过第一级变压器将第一次逆变后的交流电转换成高频脉冲交流电，该高频脉冲交流电经过第二次整流滤波电路后，实现0-400V直流输出，输出的直流电经过第二级逆变器中的两个高频功率管和第二级变压器将逆变后的交流电再次转换成脉冲交流电经过倍压整流单元输出高压直流电至单细胞检测仪。
[0016]上述电网扰动测量单元的输出信号为公共电网电压经过电网扰动测量单元后的电压信号。在本实用新型优选实施例中，所述电网扰动测量单元为扰动电压采样电路。
[0017]上述电压反馈单元包括A/D取样电路和中值滤波电路。其中A/D取样电路的输入端连接在倍压整流器的输出端上，A/D取样电路的输出端连接中值滤波电路的输入端，中值滤波电路的输出端与主控单元的输入端相连。由于输出的直流电压较高，所以通过特制的A/D取样电路对输出电压进行取样，将取样后的数字电压通过中值滤波处理后输入到主控制单元进行处理。
[0018]上述主控单元包括加法器、比例积分微分转换电路和BP神经网络与PID复合控制器；其中加法器的输入端连接电网扰动测量单元和电压反馈单元的输出端，加法器的输出端与比例积分微分转换电路的输入端相连，比例积分微分转换电路的输出端连接BP神经网络与PID复合控制器。BP神经网络与PID复合控制器的输出端连接脉宽调制单元的输入端。主控单元能够保证了单细胞检测仪用的高频高压开关电源因纹波大和负载突变时输出电压的稳定度，保证电源的可靠性。所述主控单元的设定参考电压值可以预先存储在其主控单元中，也可以通过增设的键盘单元进行设定。
[0019]上述脉宽调制单元包括锯齿波发生器和PWM比较器。其中锯齿波发生器的输出端连接PWM比较器的一个输入端，主控单元的输出端连接PWM比较器的另一个输入端，PWM比较器的输出端连接第一级逆变器的控制端。
[0020]上述键盘单元用于用户根据单细胞检测仪进样所需电压要求设定参考电压值，实现与采样电压进行比较后进行相关处理。此外，键盘单元还用于电源的开机和关机操作。
[0021]上述显示单元显示用于实时显示输出电压和参考电压。
[0022]本单细胞检测仪用的开关电源装置的工作过程如下:
[0023]所述的本实用新型的开关电源装置输出的高压直流电与电网扰动测量单元所测的电网扰动电压的和与给定的参考电压作差，得到的第一误差电压输入到主控制单元，在主控制单元通过本实用新型提出的BP神经网络与PID复合控制器进行相关处理后，得到的输出电压输入到脉宽调制单元，此输出电压与脉宽调制单元内部的锯齿波发生器所产生的电压作差，产生的第二误差电压经过PWM比较器后输出占空比可调的矩形波电压信号，产生的矩形波电压信号作用于本实用新型的开关电源装置的第一级逆变器的高频功率管栅极(IGBT)，控制高频功率管的导通和截止，调节输出电压使其达到稳定状态，实现因纹波大、负载突变时的直流输出电压稳定度和电路的可靠性。
[0024]本实用新型能够产生两组-700V-700V的脉冲振荡电压，该振荡电压的第一组脉冲振荡电压的产生过程:从某时刻由原来的1000V变为-700V，在-700V下稳定0.1S后突变为700V，然后在700V下稳定0.1S后又突变为-700V，产生第二组脉冲振荡电压。通过这两组间歇性振荡的瞬时高压，使细胞膜在0.4S内发生去极化，产生微孔而破碎，为单细胞的后续生化分析提供可能。使细胞膜破碎的瞬时高压电是由BP神经网络与PID复合控制的电源系统提供的，此种复合控制策略的动态响应速度快保证了细胞膜能够在极短的时间内破碎。
【权利要求】
1.单细胞检测仪用的开关电源装置，其特征在于:第一级整流器、第一级逆变器、第一级变压器、第二级整流器、第二级逆变器、第二级变压器、倍压整流器、电网扰动测量单元、电压反馈单元、主控单元和脉宽调制单元组成； 工频市电经第一级整流器连接第一级逆变器的输入端，第一级逆变器的输出端连接第一级变压器的输入端，第一级变压器的输出端经第二级整流器连接第二级逆变器的输入端，第二级逆变器的输出端连接第二级变压器的输入端，第二级变压器的输出端经倍压整流器与单细胞检测仪相连； 电压反馈单元的输入端连接倍压整流器的输出端，电网扰动测量单元的输入端连接第一级整流器的输入端，电网扰动测量单元和电压反馈单元的输出端连接主控单元的输入端，主控单元的输出端连接脉宽调制单元的输入端，脉宽调制单元的输出端连接第一级逆变器的控制端。
2.根据权利要求1所述的单细胞检测仪用的开关电源装置，其特征在于:所述主控单元包括加法器、比例积分微分转换电路和BP神经网络与PID复合控制器；其中加法器的输入端连接电网扰动测量单元和电压反馈单元的输出端，加法器的输出端与比例积分微分转换电路的输入端相连，比例积分微分转换电路的输出端连接BP神经网络与PID复合控制器；BP神经网络与PID复合控制器的输出端连接脉宽调制单元的输入端。
3.根据权利要求1所述的单细胞检测仪用的开关电源装置，其特征在于:所述第一级逆变器和第二级逆变器均为半桥逆变器。
4.根据权利要求1所述的单细胞检测仪用的开关电源装置，其特征在于:所述主控单元为ARM微处理芯片。
【文档编号】H02M7/12GK204145320SQ201420521446
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年9月11日 优先权日:2014年9月11日
【发明者】姜东东, 罗晓曙, 金路 申请人:广西师范大学