一种数控高压发生装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提出了一种数控高压发生装置，包括微处理器控制单元、脉冲控制电压变换单元、驱动单元、升压单元、整流滤波单元和信息收发单元，微处理器控制单元输出脉冲信号给脉冲控制电压变换单元，脉冲控制电压变换单元的输出端与驱动单元相连，驱动单元输出端与升压单元输入端相连，升压单元输出的脉冲电压经过整流滤波后输出给负载，信息收发单元与微处理器控制单元相连，用于向微处理器控制单元输入需要脉冲的频率、幅度信息。本实用新型能够输出大功率、幅度可变、输出电压波形可变的脉冲电压，并且采用数控结构，提高了运行效率。
【专利说明】一种数控高压发生装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种电源装置，具体涉及一种数控高压发生装置。
【背景技术】
[0002]高压产生装置广泛用于工业、农业、国防、科学研究等领。如在工业上，利用高压产生强电场电离物质、产生高压放电、高压电弧焊接等，再如放电水处理，空气净化等。在科学研究中利用高压加速电子的电子显微镜；利用高压加速电子产生X射线。
[0003]目前，市场上虽然已有各种各样的高压发生装置，但其中绝大部分是直流高压，少数为脉冲高压或者正弦高压。对于脉冲高压或者正弦高压来说，绝大多数是固定频率或输出功率小、或者效率不高等，对于某些研究或实验(如不同电压波形下除尘效果的研究等)需大功率、幅度可变、输出电压波形可变等现有设备就无法满足需要。另外一方面，目前一般利用高压芯片实现多波形，但其效率比较低。
[0004]另外，某些场合或领域需采用数控高压，以提高整个系统或设备的运行效率或效果。同时，可通过智能设备或微处理器根据外部环境进行自动调节。
实用新型内容
[0005]为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的是提供一种数控高压发生装置。
[0006]本实用新型提供了一种数控高压发生装置，其包括微处理器控制单元、脉冲控制电压变换单元、驱动单元、升压单元、整流滤波单元和信息收发单元，所述微处理器控制单元输出脉冲信号给脉冲控制电压变换单元，脉冲控制电压变换单元的输出端与驱动单元相连，所述驱动单元输出端与升压单元输入端相连，升压单元输出的脉冲电压经过整流滤波后输出给负载，所述信息收发单元与微处理器控制单元相连，用于向微处理器控制单元输入需要脉冲的频率、幅度信息。
[0007]本实用新型的数控高压发生装置能够输出大功率、幅度可变、输出电压波形可变的脉冲电压，并且采用数控结构，提高了运行效率。
[0008]在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括电压采样单元和显示单元，所述微处理器控制单元包括A/D转换模块，所述电压输出单元输出端与电压采样单元的输入端相连，所述电压采样单元的输出端与A/D转换模块的输入端相连，所述A/D转换模块的输出端与显示单元相连，用于显示输出电压信息。便于实时监控和调整。
[0009]在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括接口单元，所述接口单元连接在所述输出脉冲控制单元与所述负载之间。便于与外部负载连接。
[0010]在本实用新型的另一种优选实施方式中，所述微处理器控制单元包括STM32F103RB和外围电路或者所述微处理器控制单元包括STM32F103T8和外围电路。
[0011]在本实用新型的一种优选实施方式中，所述升压单元为电感升压或者变压器升压。
[0012]在本实用新型的另一种优选实施方式中，所述脉冲控制电压变换单元包括光耦，所述光耦的脉冲宽度调制输入节点通过第一电阻与微处理器控制单元中脉冲宽度调制输出节点相连；输出节点通过第二电阻与驱动单元中的对应输入节点相连；电源输入节点PowerVCC、DV+3.3V、CtrlGND分别供电单元的对应节点相连。输入和输出具有相互隔离作用，以减小前后级之间的相互影响，提供抗干扰能力。
[0013]在本实用新型的再一种优选实施方式中，所述滤波单元的输入节点PWMOutl、PWM0ut2分别与升压单元的对应输出节点相连，在两输入节点之间并联有或至少一级低通滤波器，最后一级低通滤波器的两输出端之间并联有第三电阻，第三电阻的正极端连接电容一端，电容的另一端为输出节点SingalOut，输出节点SingalOut通过第四电阻接地，输出节点SingalOut、OutGND分别与输出接口单元的输入节点相连。
[0014]该部分主要由电感和电容构成，主要是滤除PWM高频信号，获取所需的低频交流高压，且平均值为零。
[0015]本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:
[0017]图1是本实用新型的结构示意图；
[0018]图2是本实用新型一种优选实施方式中微处理器控制单元的电路示意图；
[0019]图3是本实用新型一种优选实施方式中脉冲控制电压变换单元的电路示意图；
[0020]图4是本实用新型一种优选实施方式中滤波单元的电路示意图。
【具体实施方式】
[0021]下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
[0022]在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0023]本实用新型提供了一种数控高压发生装置，其包括微处理器控制单元、脉冲控制电压变换单元、驱动单元、升压单元、整流滤波单元和信息收发单元，其中，微处理器控制单元输出脉冲信号给脉冲控制电压变换单元，脉冲控制电压变换单元的输出端与驱动单元相连，驱动单元输出端与升压单元输入端相连，升压单元输出的脉冲电压经过整流滤波后输出给负载，信息收发单元与微处理器控制单元相连，用于向微处理器控制单元输入需要脉冲的频率、幅度信息。
[0024]在本实施方式中，信息收发单元与微处理器控制单元相连，用于向微处理器控制单元输入需要的频率、幅度信息，微处理器控制单元输出相应频率和幅度的脉冲信号，该方法为现有方法，具体微处理器控制单元可采用专利申请201310043326.8中公开的生成初始脉冲的方法和装置控制输出信号的频率和幅度信息。
[0025]在本实施方式中，信息收发单元具体可以为蓝牙无线收发装置，可以采用手机或电脑等实现数据的输入，具体技术均采用现有技术，在此不作赘述。
[0026]在本实施方式中，还包括电压采样单元和显示单元，微处理器控制单元包括A/D转换模块，电压输出单元输出端与电压采样单元的输入端相连，所述电压采样单元的输出端与A/D转换模块的输入端相连，A/D转换模块的输出端与显示单元相连，用于显示输出电压信息。便于实时监控和调整。
[0027]在本实施方式中，还包括接口单元,接口单元连接在所述输出脉冲控制单元与所述负载之间。便于与外部负载连接。
[0028]在本实施方式中，所述升压单元为电感升压或者变压器升压。
[0029]在本实施方式中，微处理器控制单元包括STM32F103RB和外围电路或者微处理器控制单元包括STM32F103T8和外围电路。
[0030]如图1所示，在本实用新型的一种优选实施方式中，采用32位微处理器STM32F103RB根据用户输入的信息确定输出脉冲调制PWM的脉冲宽度随时间的变换情况，并输出控制高频脉冲变压器的输入脉冲宽度随时间做相应的变化。高频变压的输出也与输入呈现相同的变换，通过低通滤波后获得所需的随时间变换的低频高压。同时，通过电阻分压，跟随输入到32位微处理器控制内带的12位A/D转换，实现对输出电压的实时测量，并与预期值进行比较，微处理器自动修正脉冲宽度，直到达到预期的输出低频高压。另一方面在微处理器的控制下，利用蓝牙无线收发模块实现与手机、电脑等讯，以到达输出波形、频率等的控制。
[0031]该装置主要由微处理器控制单元、脉冲控制电压变换单元、驱动单元、高频脉冲变压器单元、低通滤波单元、输出接口单元、输出电压采样单元、触摸式LCD液晶显示单元和供电单元共九个单元组成，如图1所示。其中，微处理器控制单元主要实现各种控制、通过A/D转换测量输出信号的幅值；脉冲控制电压变换单元主要由斯密特触发器和其它元件构成，实现将微处理器的3.3V脉冲信号转换为前后沿很陡的脉冲信号，输入到驱动单元；驱动单元主要由大功率场管或开关三极管构成，实现脉冲的方式驱动高频脉冲变压器单元中变压器的初级；高频脉冲变压器单元主要由高频脉冲变压器构成，实现电压变换；低通滤波单元主要由电感和电容组成，实现将脉冲电压滤波后转换为低频高压电压，其变化情况可通过微处理器调节脉冲的占空比来实现；出接口单元主要由各种输出端子构成，方便与外部负载相接；输出电压采样单元主要由分压电阻和线性光耦、集成运放构成，其输出送入微处理器的A/D输出端，实现输出信号幅值的测量；触摸式LCD液晶显示单元主要实现频率、幅度等信息的输入和各种输出信息的显示等；供电单元主要为各部分工作提供相应的工作电源电压。
[0032]整体工作主要通过触摸式IXD获取用户需输出的频率和幅度等信息，32位微处理器STM32F103RB控制输出随时间变化的PWM信号，控制驱动电路输入到高频脉冲变压器的初级；经变压器升压后输出高压脉冲信号，再经滤波后获得所需频率和幅度的低频高压；另外一方面，通过输出电压采样单元获取实时输出信号并经微处理器内带的A/D转换实现实时频率和电压幅度的测量，微处理器再根据实际电压幅值情况和预期幅值情况自动调脉冲宽度，使其输出为所需波形高压。该装置，采用微处理器控制，具有自动控制功能，可广泛用于各种科研和实验中，有着广阔的应用前景。
[0033]在本实用新型另外的优选实施方式中，采用32位微处理器STM32F103T8根据用户输入的需输出电压信息输出脉冲调制PWM脉冲控制开关管，通过开关管驱动平面变压器的初级，通过变压器输出相应的高压PWM脉冲，通过整流滤波后，输出所需的高压直流电压。同时，输出通过电阻分压，跟随输入到32位微处理器控制内带的12位A/D转换，实现对输出电压的实时测量，并与预期值进行比较，微处理器自动修正脉冲宽度，直到达到预期的输出高压。另一方面在微处理器的控制下，利用无线收发模块实现与手机、电脑等讯，以达到对输出电压的控制。
[0034]该装置主要由微处理器控制单元、脉冲控制电压变换单元、驱动单元、平面变压器单元、整流滤波单元、输出接口单元、输出电压采样单元、无线收发单元和供电单元共九个单元组成。其中，微处理器控制单元主要实现各种控制、通过A/D转换测量输出信号的幅值；脉冲控制电压变换单元主要由斯密特触发器和其它元件构成，实现将微处理器的3.3V脉冲信号转换为前后沿很陡的脉冲信号，输入到驱动单元；驱动单元主要由大功率场管或开关三极管，驱动平面变压器的初级；平面变压器单元主要实现升压；整流滤波单元主要由整流二极管、电感和电容组成，实现将脉冲电压整流、滤波后转换为高压直流电压，其大小可通过微处理器调节脉冲的占空比及脉冲周期来实现；出接口单元主要由各种输出端子构成，方便与外部负载相接；输出电压采样单元主要由分压电阻和线性光耦、集成运放构成，其输出送入微处理器的A/D输出端，实现输出信号幅值的测量；无线收发单元主要实现输出直流电压的输入和其它参数的设置；供电单元主要为各部分工作提供相应的工作电源电压。
[0035]整体工作主要通过无线模块获取用户需输出的直流高压值等信息，32位微处理器STM32F103T8控制输出对应宽度的PWM信号，控制后级开关管的通断，利用平面变压器实现升压，再经整理滤波后获得所需直流高压电压；另外一方面，通过输出电压采样单元获取实时输出的电压幅度，微处理器再根据实际电压幅值和预期幅值情况自动调脉冲宽度，使其输出为所需的高压直流电压。
[0036]在该实施方式中，采用的微处理器控制单元包括STM32F103T8，如图2所示，STM32F103T8内带2个12位的A/D转换器、64K字节闪存和20K字节的RAM、3个串口、最高工作频率可达72MHz。另外，还具有3个16位定时器，每一个定时器有四个脉冲宽度调制(PWM),且每一个定时器还具有一个16位的预分频器，所以总体上每一个定时器作为PWM的方式可以看为32位的高精度调制，利用这一点可以很好地调自动调节输出高压的幅值。利用内带A/D转换实现对输出电压幅值的实时测量；内带的64K字节闪存主要用于程序的存储和设置参数的存储。另外，微处理器同时对经无线输入的信息进行分析，并向其它部分发送相应的数据或控制信号等。
[0037]节点HVMeasure、CD4051A、CD4051B、CD4051C分别与输出电压采样单元的模拟电压输出、8选1模拟选择器的通道选择控制输入节点相连，选择合理放大倍数，以提高测量精度，经微处理器内带A/D转换实现输出电压幅值的测量；输出脉冲幅度调节节点PWMOut与脉冲控制电压变换单元中的对应节点相连，该节点通过微处理器内带定时器产生PWM输出控制信号，输出PWM的脉宽调制精度可达16位，再加上PWM的定时器具有一个16位预分频器，整体的PWM除了调制脉冲的占空比外，还能PWM的周期，具有很大的调整空间；节点BlueRX和节点BlueTX分别与无线收发单元中的蓝牙模块的对应串口相连，通过蓝牙模块实现与外部手机或电脑通讯，进而实现各种参数的传递；接口 PSerial与外部串口相连，用于微处理器的编程；蜂鸣器BUZZ在微处理器的控制下，发出各种提示音；供电节点AV3.3、DV3.3、GND、AGND分别与供电单元中的模拟电源3.3V、数字电源3.3V、数字地、模拟地相连，为该单元提供工作电源。
[0038]在本实施方式中，如图3所示，脉冲控制电压变换单元包括光耦，光耦的脉冲宽度调制输入节点通过第一电阻与微处理器控制单元中脉冲宽度调制输出节点相连；输出节点通过第二电阻与驱动单元中的对应输入节点相连；电源输入节点PowerVCC、DV+3.3V、CtrlGND分别供电单元的对应节点相连。输入和输出具有相互隔离作用，以减小前后级之间的相互影响，提供抗干扰能力。
[0039]在本实施方式中，如图4所示，滤波单元的输入节点PWMOutl、PWM0ut2分别与升压单元的对应输出节点相连，在两输入节点之间并联有或至少一级低通滤波器，最后一级低通滤波器的两输出端之间并联有第三电阻，第三电阻的正极端连接电容一端，电容的另一端为输出节点SingalOut,输出节点SingalOut通过第四电阻接地，输出节点SingalOut、OutGND分别与输出接口单元的输入节点相连。
[0040]该部分主要由电感和电容构成，主要是滤除PWM高频信号，获取所需的低频交流高压，且平均值为零。
[0041]本实用新型通过选取32位微处理器STM32F103RB、STM32F103T8、高频脉冲变压器、液晶显示屏、高频平面变压器和高压开关管，使得该装置具有集成度高、性能稳定、体积小、显示直观等优点。
[0042]本实用新型利用具有高效率电压转换的高频脉冲变压器实现升压，采用脉冲调制和低通滤的方法获取低频高压，相比固定供电和放大电路组合的方法具有更高的效率和更小的体积。
[0043]本实用新型利用平面变压器和高压开关管实现升压，相比传统变压器具有更小的体积和更高的效率。
[0044]本装置可用无线数据传输电压控制数据。
[0045]需要说明的是，虽然本实用新型实施例中采用的微处理器为STM32F103RB、STM32F103T8,但是这不应理解为对本实用新型的限制，任何按照本实用新型技术方案，能够实现本实用新型有益效果的处理器芯片均在本实用新型的保护范围之内。
[0046]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0047]尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。
【权利要求】
1.一种数控高压发生装置，其特征在于，包括微处理器控制单元、脉冲控制电压变换单元、驱动单元、升压单元、整流滤波单元和信息收发单元，所述微处理器控制单元输出脉冲信号给脉冲控制电压变换单元，脉冲控制电压变换单元的输出端与驱动单元相连，所述驱动单元输出端与升压单元输入端相连，升压单元输出的脉冲电压经过整流滤波后输出给负载，所述信息收发单元与微处理器控制单元相连，用于向微处理器控制单元输入需要脉冲的频率、幅度信息。
2.如权利要求1所述的数控高压发生装置，其特征在于，还包括电压采样单元和显示单元，所述微处理器控制单元包括A/D转换模块，所述电压输出单元输出端与电压采样单元的输入端相连，所述电压采样单元的输出端与A/D转换模块的输入端相连，所述A/D转换模块的输出端与显示单元相连，用于显示输出电压信息。
3.如权利要求1所述的数控高压发生装置，其特征在于，还包括接口单元，所述接口单元连接在所述输出脉冲控制单元与所述负载之间。
4.如权利要求1所述的数控高压发生装置，其特征在于，所述微处理器控制单元包括STM32F103RB和外围电路或者所述微处理器控制单元包括STM32F103T8和外围电路。
5.如权利要求1所述的数控高压发生装置，其特征在于，所述升压单元为电感升压或者变压器升压。
6.如权利要求1所述的数控高压发生装置，其特征在于，所述脉冲控制电压变换单元包括光耦，所述光耦的脉冲宽度调制输入节点通过第一电阻与微处理器控制单元中脉冲宽度调制输出节点相连；输出节点通过第二电阻与驱动单元中的对应输入节点相连；电源输入节点PowerVCC、DV+3.3V、CtrlGND分别供电单元的对应节点相连。
7.如权利要求1所述的数控高压发生装置，其特征在于，所述滤波单元的输入节点PWMOutU PWM0ut2分别与升压单元的对应输出节点相连，在两输入节点之间并联有或至少一级低通滤波器，最后一级低通滤波器的两输出端之间并联有第三电阻，第三电阻的正极端连接电容一端，电容的另一端为输出节点SingalOut,输出节点SingalOut通过第四电阻接地，输出节点SingalOut、OutGND分别与输出接口单元的输入节点相连。
【文档编号】H02M3/335GK204156728SQ201420607098
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年10月20日 优先权日:2014年10月20日
【发明者】阮海生, 陈龙聪 申请人:成都代代吉前瞻科技股份有限公司