一种可调高压电场发生装置的制作方法

本实用新型涉及一种可调高压电场发生装置。

背景技术：

目前，高压电场一般采用变压器升压后倍压整流产生。近年来陆续出现了一些高压电场发生器，该类高压电场发生器体积巨大，结构复杂，安全防护性能低，不能满足宽范围的高压电场控制需求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对上述现有技术中的高压电场发生器体积较大、结构复杂的问题，提出一种可调高压电场发生装置，结构简单且可靠性强。

一种可调高压电场发生装置，包括输入单元、控制单元、信号发生单元、升压单元以及倍压整流单元；

所述输入单元、控制单元、信号发生单元、升压单元以及倍压整流单元依次连接；

所述输入单元用于接收预设范围内的电压信号，所述控制单元用于根据所述电压信号控制所述信号发生单元产生相应的正弦波信号并调节所述正弦波的幅值和频率，所述升压单元用于对所述正弦波信号进行升压处理，所述倍压整流单元用于对升压处理后的正弦波信号进行成倍增压和整流处理，输出高压直流电场。

进一步地，所述装置还包括电源模块，所述电源模块用于为所述控制单元、信号发生单元以及升压单元供电。

进一步地，所述输入单元包括信号输入端、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容以及信号输出端，所述第一电阻、第二电阻和第三电阻串联，所述信号输入端与所述第一电阻连接，所述第三电阻接地，所述信号输出端连接于所述第二电阻和第三电阻之间，所述第一电容的一端与所述信号输出端连接，另一端接地；

所述信号输入端用于所述接收预设范围内的电压信号，所述信号输出端用于将所述电压信号发送至所述控制单元。

进一步地，所述控制单元包括STC15W408单片机、第二电容、第三电容以及第一二极管，所述STC15W408单片机包括P1.2/ADC2接口、P1.3/MOSI接口、P1.4MISO接口、P1.5/SCLK接口、P5.4/RET接口、P5.5/CMP+接口、P1.1/ADC 1接口、P1.0/ADC0接口、P3.2/INT0接口、第一VCC接口以及第一GND接口；

所述P1.0/ADC0接口与所述信号输出端连接，所述第二电容与所述第一二极管并联之后与所述P1.1/ADC 1接口连接，所述第三电容的一端与所述第一VCC接口连接，第三电容的另一端与所述第一GND接口均接地；

所述输入单元输出的电压信号经所述P1.0/ADC0接口进入所述STC15W408单片机。

进一步地，所述信号发生单元包括AD9833芯片、X9C103S数字电位器、时钟芯片、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第四电阻、第五电阻以及第六电阻；所述AD9833芯片包括COMP接口、第一VDD接口、CAP接口、DGND接口、MCLK接口、VOUT接口、AGND接口、FSYNC接口、SCLK接口以及SDATA接口，所述X9C103S数字电位器包括INC接口、UD接口、VH接口、VSS接口、第二VDD接口、CS接口、VL接口以及Vw接口；所述时钟芯片包括第二VCC接口、时钟信号输出接口以及第二GND接口；

所述AD9833芯片的COMP接口与所述第四电容连接，所述第五电容和第六电容并联后与所述CAP接口连接，所述MCLK接口与所述时钟信号输出接口连接，所述VOUT接口与所述X9C103S数字电位器的VH接口连接，所述FSYNC接口与所述STC15W408单片机的P1.2/ADC2接口连接，所述SCLK接口与所述STC15W408单片机的P1.5/SCLK接口连接，所述SDATA接口与所述STC15W408单片机的P1.3/MOSI接口连接，所述DGND接口、AGND接口以及第二GND接口接地；

所述X9C103S数字电位器的INC接口与所述STC15W408单片机的P5.4/RET接口连接，所述UD接口与与所述STC15W408单片机的P1.4MISO接口连接，所述VSS接口接地，所述CS接口与所述STC15W408单片机的P5.5/CMP+接口连接，所述VL接口接地，所述Vw接口与所述第七电容的一端连接，所述第七电容的另一端与所述第五电阻的一端连接，所述第六电阻的一端与所述第七电容连接，所述第六电阻的另一端接地；

所述STC15W408单片机的P1.0/ADC0接口接收所述预设范围内的电压信号后通过所述P1.2/ADC2接口、P1.3/MOSI接口以及P1.5/SCLK发送至所述AD9833芯片，所述AD9833芯片产生的正弦波通过所述VOUT接口发送至所述X9C103S数字电位器，所述STC15W408单片机还用于产生参数调节控制信号，所述参数调节控制信号通过所述P5.4/RET接口、P1.4MISO接口以及P5.5/CMP+接口发送至所述X9C103S数字电位器，用于控制所述正弦波的幅值和频率。

进一步地，所述升压单元包括依次连接的放大电路和升压变压器单元，所述放大电路与所述信号发生单元连接，所述升压变压器单元与所述倍压整流单元连接。

进一步地，所述放大电路包括LM6132芯片、LT1010芯片、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第八电容以及第九电容；

所述LM6132芯片包括OUTA接口、-INA接口、+INA接口、-VCC接口、第三VCC接口、OUTB接口、-INB接口以及+INB接口，所述第七电阻、第八电阻以及第八电容串联并与所述OUTA接口连接，所述-INA接口连接于所述第七电阻和第八电阻之间，所述+INA接口与第七电容的另一端连接，所述-VCC接口接地，所述第九电阻、第十电阻以及第九电容串联并与所述OUTB接口连接，所述-INB接口连接与所述第九电阻和第十电阻之间，所述-VCC接口接地；

所述LT1010芯片包括INPUT接口、V+接口以及OUTPUT接口，所述INPUT接口与所述第十一电阻的一端连接，所述第十一电阻的另一端与所述OUTB接口连接；

经X9C103S数字电位器的Vw接口输出的正弦波信号通过+INA接口进入所述LM6132芯片进行一次升压，再经过OUTB接口发送至LT1010芯片进行二次升压。

进一步地，所述升压变压器单元包括第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十电容、第二电极管以及EE35变压器，所述EE35变压器包括一次侧和二次侧；

所述第十二电阻和第十三电阻并联后一端与所述OUTPUT接口连接，另一端与所述第十电容的一端连接，所述第十电容的另一端与所述EE35变压器的一次侧连接，所述第十四电阻和第十五电阻串联且两端与所述一次侧连接，所述第二电极管的一端连接于所述第十四电阻和第十五电阻之间，第二电极管的另一端与所述STC15W408单片机的P1.1/ADC 1接口连接；

经所述LT1010芯片进行二次升压的正弦波信号发送至所述EE35变压器进行再次升压之后从所述二次侧输出。

进一步地，所述倍压整流单元包括交流输入端、高压直流电场输出端以及倍压整流电路，所述交流输入端与所述EE35变压器的二次侧连接；

经所述EE35变压器再次进行升压的正弦波信号通过所述交流输入端进入所述倍压整流电路进行整流和增压，输出高压直流电场。

进一步地，所述电源模块包括LM7815芯片、LM7805芯片、第十一电容、第十二电容、第十三电容、第十四电容、第十五电容和第十六电容、所述LM7815芯片包括第一INT接口、第一OUT接口以及第三GND接口、所述LM7805芯片包括第二INT接口、第二OUT接口以及第四GND接口，所述第十一电容和第十二电容并联后与所述LM7815芯片的第一INT接口连接并引出第一电源输出端，所述第十三电容和第十四电容并联之后与所述LM7815芯片的第一OUT接口以及LM7805芯片的第二INT接口连接，所述第十五电容和第十六电容并联之后与所述LM7805芯片的第二OUT接口连接并引出第二电源输出端，所述第三GND接口和第四GND接口接地；

所述第一电源输出端与所述第五电阻、V+接口以及第三VCC接口连接，所述第二电源输出端与所述第一VCC接口、第二VCC接口、第一VDD接口以及第二VDD接口连接。

本实用新型提供的可调高压电场发生装置，至少包括如下有益效果：

(1)各个部件和芯片体积较小，因此能够有效减小整个装置的体积，结构简单、使用安全，有效降低生产成本；

(2)采用0-10V低电压控制高压电场，可调节正弦波参数，控制简单可靠；

(3)采用一款快速、单位增益缓冲器LT1010，能够把运放的输出能力提高一个数量级以上，这款易用型器件降低了快速放大器对容性负载的敏感性，并减少了精放大器中的热反馈，该缓冲器专为内置于反馈环路之中而设计，能够隔离几乎所有的电抗性负载，可以利用单个外部电阻器来改善速度，内部工作电流基本上不受电源电压范围的影响，另外，也可进行单电源操作；

(4)主供电部分采用5V和24V，低于人体安全电压36V，安全可靠。

附图说明

图1为本实用新型提供的可调高压电场发生装置一种实施例的结构示意图。

图2为本实用新型提供的可调高压电场发生装置中输入单元一种实施例的结构示意图。

图3为本实用新型提供的可调高压电场发生装置中控制单元一种实施例的结构示意图。

图4为实用新型提供的可调高压电场发生装置中信号发生单元一种实施例的结构示意图。

图5为实用新型提供的可调高压电场发生装置中放大电路一种实施例的结构示意图。

图6为实用新型提供的可调高压电场发生装置中升压变压器单元一种实施例的结构示意图。

图7为实用新型提供的可调高压电场发生装置中倍压整流单元一种实施例的结构示意图。

图8为实用新型提供的可调高压电场发生装置中电源模块一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参考图1，本实施例提供一种可调高压电场发生装置，包括输入单元101、控制单元102、信号发生单元103、升压单元104以及倍压整流单元105；

输入单元101、控制单元102、信号发生单元103、升压单元104以及倍压整流单元105依次连接；

输入单元101用于接收预设范围内的电压信号，控制单元102用于根据电压信号控制信号发生单元103产生相应的正弦波信号并调节所述正弦波的幅值和频率，升压单元104用于对正弦波信号进行升压处理，倍压整流单元105用于对升压处理后的正弦波信号进行成倍增压和整流处理，输出高压直流电场。

作为一种优选的实施方式，所述接收预设范围内的电压信号为0-10V。

进一步地，本实施例提供的装置还包括电源模块106，电源模块106用于为控制单元、信号发生单元以及升压单元供电。

进一步地，参考图2，输入单元101包括信号输入端1011、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1以及信号输出端1012，第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3串联，第一输入端1011与第一电阻R1连接，第三电阻R3接地，信号输出端连接于所述第二电阻和第三电阻之间，所述第一电容的一端与所述信号输出端连接，另一端接地；

信号输入端1011用于所述接收预设范围内的电压信号，信号输出端1012用于将所述电压信号发送至所述控制单元。

进一步地，参考图3，控制单元102包括STC15W408单片机、第二电容C2、第三电容C3以及第一二极管Q1，STC15W408单片机包括P1.2/ADC2接口、P1.3/MOSI接口、P1.4MISO接口、P1.5/SCLK接口、P5.4/RET接口、P5.5/CMP+接口、P1.1/ADC 1接口、P1.0/ADC0接口、P3.2/INT0接口、第一VCC接口以及第一GND接口；

P1.0/ADC0接口与信号输出端1012连接，第二电容C2与所述第一二极管Q1并联之后与P1.1/ADC 1接口连接，第三电容C3的一端与第一VCC接口连接，第三电容C3的另一端与第一GND接口均接地；

输入单元101输出的电压信号经所述P1.0/ADC0接口进入所述STC15W408单片机。

进一步地，参考图4，信号发生单元103包括AD9833芯片、X9C103S数字电位器、时钟芯片U、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第四电阻R4、第五电阻R5以及第六电阻R6；AD9833芯片包括COMP接口、第一VDD接口、CAP接口、DGND接口、MCLK接口、VOUT接口、AGND接口、FSYNC接口、SCLK接口以及SDATA接口，X9C103S数字电位器包括INC接口、UD接口、VH接口、VSS接口、第二VDD接口、CS接口、VL接口以及Vw接口；时钟芯片包括第二VCC接口、时钟信号输出接口OUT以及第二GND接口；

AD9833芯片的COMP接口与第四电容C4连接，第五电容C5和第六电容C6并联后与CAP接口连接，MCLK接口与时钟信号输出接口OUT连接，VOUT接口与X9C103S数字电位器的VH接口连接，FSYNC接口与STC15W408单片机的P1.2/ADC2接口连接，SCLK接口与所述STC15W408单片机的P1.5/SCLK接口连接，SDATA接口与STC15W408单片机的P1.3/MOSI接口连接，DGND接口、AGND接口以及第二GND接口接地；

X9C103S数字电位器的INC接口与STC15W408单片机的P5.4/RET接口连接，UD接口与与所述STC15W408单片机的P1.4MISO接口连接，VSS接口接地，CS接口与所述STC15W408单片机的P5.5/CMP+接口连接，VL接口接地，Vw接口与第七电容的一端连接，第七电容的另一端与所述第五电阻的一端连接，第六电阻的一端与第七电容连接，第六电阻的另一端接地；

STC15W408单片机的P1.0/ADC0接口接收所述预设范围内的电压信号后通过所述P1.2/ADC2接口、P1.3/MOSI接口以及P1.5/SCLK发送至所述AD9833芯片，AD9833芯片产生的正弦波通过VOUT接口发送至X9C103S数字电位器，STC15W408单片机还用于产生参数调节控制信号，参数调节控制信号通过所述P5.4/RET接口、P1.4MISO接口以及P5.5/CMP+接口发送至X9C103S数字电位器，用于控制所述正弦波的幅值和频率。

进一步地，升压单元104包括依次连接的放大电路1041和升压变压器单元1042，放大电路1041与信号发生单元103连接，升压变压器单元1042与倍压整流单元105连接。

进一步地，参考图5，放大电路包括LM6132芯片、LT1010芯片、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第八电容C8以及第九电容C9；

LM6132芯片包括OUTA接口、-INA接口、+INA接口、-VCC接口、第三VCC接口、OUTB接口、-INB接口以及+INB接口，第七电阻R7、第八电阻R8以及第八电容C8串联并与OUTA接口连接，-INA接口连接于第七电阻R7和第八电阻R8之间，+INA接口与第七电容C7的另一端连接，-VCC接口接地，第九电阻R9、第十电阻R10以及第九电容C9串联并与OUTB接口连接，-INB接口连接与第九电阻R9和第十电阻R10之间，-VCC接口接地；

LT1010芯片包括INPUT接口、V+接口以及OUTPUT接口，INPUT接口与第十一电阻R11的一端连接，第十一电阻R11的另一端与OUTB接口连接；

经X9C103S数字电位器的Vw接口输出的正弦波信号通过+INA接口进入LM6132芯片进行一次升压，再经过OUTB接口发送至LT1010芯片进行二次升压。

进一步地，参考图6，升压变压器单元包括第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十电容C10、第二电极管Q2以及EE35变压器，EE35变压器包括一次侧和二次侧；

第十二电阻R12和第十三电阻R13并联后一端与OUTPUT接口连接，另一端与第十电容C10的一端连接，第十电容C10的另一端与EE35变压器的一次侧连接，第十四电阻R14和第十五电阻R15串联且两端与一次侧连接，第二电极管Q2的一端连接于第十四电阻R14和第十五电阻R15之间，第二电极管Q2的另一端与STC15W408单片机的P1.1/ADC 1接口连接；

经LT1010芯片进行二次升压的正弦波信号发送至EE35变压器进行再次升压之后从二次侧输出。

进一步地，参考图7，倍压整流单元105包括交流输入端1051、高压直流电场输出端1052以及倍压整流电路，交流输入端1051与EE35变压器的二次侧连接；

经EE35变压器再次进行升压的正弦波信号通过交流输入端1051进入倍压整流电路进行整流和增压，输出高压直流电场。倍压整流电路包括整流桥电路和多个高压电容。

进一步地，参考图8，电源模块106包括LM7815芯片、LM7805芯片、第十一电容C11、第十二电容C12、第十三电容C13、第十四电容C14、第十五电容C15和第十六电容C16、LM7815芯片包括第一INT接口、第一OUT接口以及第三GND接口、LM7805芯片包括第二INT接口、第二OUT接口以及第四GND接口，第十一电容C11和第十二电容C12并联后与LM7815芯片的第一INT接口连接并引出第一电源输出端1061，第十三电容C13和第十四电容C14并联之后与LM7815芯片的第一OUT接口以及LM7805芯片的第二INT接口连接，第十五电容C15和第十六电容C16并联之后与LM7805芯片的第二OUT接口连接并引出第二电源输出端1062，第三GND接口和第四GND接口接地；

第一电源输出端1061与第五电阻、V+接口以及第三VCC接口连接，第二电源输出端1062与第一VCC接口、第二VCC接口、第一VDD接口以及第二VDD接口连接。

第一电源输出端1061输出24V直流电压，第二电源输出端1062输出5V直流电压。

本实施例提供的可调高压电场发生装置，至少包括如下有益效果：

(1)各个部件和芯片体积较小，因此能够有效减小整个装置的体积，结构简单、使用安全，有效降低生产成本；

(2)采用0-10V低电压控制高压电场，可调节正弦波参数，控制简单可靠；

(3)采用一款快速、单位增益缓冲器LT1010，能够把运放的输出能力提高一个数量级以上，这款易用型器件降低了快速放大器对容性负载的敏感性，并减少了精放大器中的热反馈，该缓冲器专为内置于反馈环路之中而设计，能够隔离几乎所有的电抗性负载，可以利用单个外部电阻器来改善速度，内部工作电流基本上不受电源电压范围的影响，另外，也可进行单电源操作；

(4)主供电部分采用5V和24V，低于人体安全电压36V，安全可靠。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。