一种多波形宽电压产生装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提出了一种多波形宽电压产生装置，包括微处理器控制单元、幅度调节、驱动单元、电压输出单元和信息收发单元，微处理器控制单元包括D/A转换模块，D/A转换模块用于输出电压信号模拟量，D/A转换模块输出端与幅度调节单元输入端相连，幅度调节单元输出端与驱动单元的输入端相连，驱动单元的输出端与电压输出单元输入端相连，电压输出单元输出端与负载相连，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。本实用新型的输出电压大功率、幅度调节范围大、输出电压波形可变。
【专利说明】一种多波形宽电压产生装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种电源装置，具体涉及一种多波形宽电压产生装置。
【背景技术】
[0002]不同波形和范围的电压在不同领域有不同的用途。低压一般在电子电路的常规实验、仪器研发、调试等应用非常普遍，用得比较多的波形主要是正弦、方波、三角波等；高压的应用也同样很广泛，如电除尘、电火花的产生、高压点火、X射线的产生、放电水处理等。
[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，脉冲高压和正弦高压较少。对于现有的脉冲高压和正弦高压来说，绝大多数是固定频率或输出功率小，输出幅度调节范围不大，在某些研究或实验(如不同电压下除尘效果的研究等)需大功率、幅度调节范围大、输出电压波形可变等情况现有高压发生装置就无法满足需要。
实用新型内容
[0004]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多波形宽电压产生装置。
[0005]本实用新型提供了一种多波形宽电压产生装置，包括微处理器控制单元、幅度调节、驱动单元、电压输出单元和信息收发单元，所述微处理器控制单元包括D/A转换模块，所述D/A转换模块用于输出电压信号模拟量，所述D/A转换模块输出端与幅度调节单元输入端相连，所述幅度调节单元输出端与驱动单元的输入端相连，所述驱动单元的输出端与电压输出单兀输入端相连，所述电压输出单兀输出端与负载相连，所述信息收发单兀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。
[0006]本实用新型的输出电压大功率、幅度调节范围大、输出电压波形可变。
[0007]在本实用新型的一个优选实施方式中，还包括滤波处理单元，所述滤波处理单元的输入端与D/A转换模块的输出端相连，所述滤波处理单元的输出端与幅度调节单元的输入端相连。通过滤波处理单元滤出杂波，使输出更准确。
[0008]在本实用新型的另一个优选实施方式中，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]在本实用新型的一个优选实施方式中，所述微处理器控制单元包括STM32F103RD和外围电路。
[0010]在本实用新型的另一个优选实施方式中，所述输出控制单元包括变压器和继电器阵列，所述变压器的一次侧由串联N个子绕组构成，所述每一个子绕组由单独的一个继电器控制是否通电。多绕组变压器实现输出多波形宽电压。
[0011]本实用新型选取32位微处理器STM32F103RD、多绕组变压器和液晶显示屏，使得该装置具有集成度高、性能稳定、显示直观，可调电压范围宽等优点。
[0012]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】
[0013]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:
[0014]图1是本实用新型的结构示意图；
[0015]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；
[0016]图3是本实用新型一种优选实施方式中电压输出单元的电路示意图。
【具体实施方式】
[0017]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。
[0018]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。
[0019]本实用新型提供了一种多波形宽电压产生装置，包括微处理器控制单元、幅度调节、驱动单元、电压输出单元和信息收发单元，其中，微处理器控制单元包括D/A转换模块，D/A转换模块用于输出电压信号模拟量，D/A转换模块输出端与幅度调节单元输入端相连，幅度调节单元输出端与驱动单元的输入端相连，驱动单元的输出端与电压输出单元输入端相连，电压输出单兀输出端与负载相连，信息收发单兀与微处理器控制单兀相连，用于向微处理器控制单元输入需要脉冲的频率、幅度信息。
[0020]在本实施方式中，A/D转换模块和D/A转换模块为现有的A/D转换模块和D/A转换模块，幅度调节单元可以为任意现有的幅度调节单元，具体可以为但不限于电位计或者可调增益放大器，优选采用电位计，进行手动调节。
[0021]在本实施方式中，信息收发单元为蓝牙无线收发单元，该蓝牙无线收发单元与微处理器的蓝牙无线收发接口相连，实现外部设备与微处理器的通讯，通过外部设备控制D/A转换模块输出电压的频率和幅度，在本实施方式中，微处理器接收输入信息并控制输出波形的幅度和频率的方法采用现有方法，本实用新型没有进行任何改进，具体可以但不限于采用专利申请201310025582.4所公开的控制输出信号的频率和幅度信息的装置和方法，虽然专利申请201310025582.4只涉及三角波、正弦波的产生，但方波比正弦波更容易产生，本领域技术人员很容易在其基础上得到方波。另外，本实用新型可以采用专利申请201310043326.8中获得方波的方法和装置。
[0022]在本实施方式中，驱动单元可以采用互补的高压场管或开关三极管结构，具体可采用现有技术的结构。
[0023]在实施方式中，还包括滤波处理单元，滤波处理单元的输入端与D/A转换模块的输出端相连，滤波处理单元的输出端与幅度调节单元的输入端相连。通过滤波处理单元滤出杂波，使输出更准确。
[0024]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，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。
[0025]本实用新型的微处理器内带有12位D/A转换，获取所需波形信号，通过滤波处理单元滤出杂波，输出到可调放大器，经放大、驱动后输出到多绕组输入变压器，在微处理器的控制下，选择其中一绕组输入，通过变压器后得到相应电压和波形的输出，并送入到输出接口，实现与外部负载的连接，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。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。
[0026]该测量仪主要由微处理器控制单元、滤波处理单元、幅度调节单元、驱动单元、输出控制单元、输出接口单元、输出电压采样单元、触摸式LCD液晶显示单元、蓝牙无线收发单元和供电单元共十个单元组成，如图1所示。其中，微处理器控制单元主要实现各种控制、A/D转换和D/A转换；滤波处理单元主要滤除高频干扰，提高输出信号精度；幅度调节单元主要通过电位器调节信号的幅度；驱动单元主要实现功率放大，保证有足够的功率驱动变压器；输出控制单元主要由多组线圈和继电器构成，在微处理器的控制下，选择对应组的初级线圈输入；输出接口单元主要由输出端子构成，便于与外部负载连接；输出电压采样单元主要实现实时采集实际输出的电压，放大后送入微处理器，利用其内带的A/D转换实现实时电压的测量；触摸式LCD液晶显示单元主要实现各种信息的输入和各种输出信息的显示等；蓝牙无线收发单元要通过蓝牙模块与其它设备如手机等实现通讯，从而达到控制输出波形频率的目的；供电单元主要为各部分工作提供相应的工作电源电压。
[0027]利用微处理器通过触摸式IXD或蓝牙无线收发单元获取用户信息，控制自带的D/A转换器输出所需波形的模拟信号，依次通过滤波处理单元、幅度调节单元、驱动单元、输出控制单元、输出接口单元向外部负载提供特定波形的电压；同时通过输出电压采样单元获取实时输出电压信息，并经微处理器内带的A/D转换实现实时电压的测量。该装置，采用高性能集成芯片和微处理器，所以易于产品化，可广泛用于相关研究、测试及实验中，具有广阔的市场前景。
[0028]在本实施方式中，微处理器控制单元包括STM32F103RD和外围电路。如图2所示，微处理器控制单元主要由内带有A/D和D/A转换的32位微处理器STM32F103RD和相应的外围元件构成。其中STM32F103RD内带3个12位的A/D转换器、2道12位D/A转换器、384K字节闪存、最高工作频率可达72MHz。利用内带D/A转换产生任意波形的低频信号；利用内带A/D转换实现对输出电流的实时测量；内带的384K字节闪存可方便用于程序的存储。另夕卜，微处理器同时实现对通过触摸屏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，并控制LCD液晶实现各种相关信息的显示等。
[0029]节点AmpVoltageMeasure与输出电流采样单元的输出节点相连，通过微处理器内带A/D转换实现输出电流的测量；节点SignDA、Filter_CLK分别与滤波处理单元的模拟输入、滤波时钟输入相连，其中节点SignDA为微处理器内带D/A转换经简单滤波后的模拟信号输出节点；节点BlueRX、BlueTX分别与蓝牙无线收发单元中的对应节点相连，实现与外部设备的通讯；节点 DDO-DD7、LCD_D1、LCD_RW、LCD_E、LCD_CSA、LCD_CSB、LCD_REST、
LCD_LAMP、LCD_TCS、LCD_TDOUT、LCD_TDIN、LCD_TCLK、LCD_TBUSY、LCD_TPENIRQ 分别与触摸式IXD液晶显示单元中对应节点相连；节点Ctrll-Ctrl8分别与输出控制单元中对应的节点相连，用于控制继电器选择信号输入变压器的初级线圈；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，实现各种信息的声音提示；供电节点AV3.3V、DV3.3V、DGND、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。
[0030]在本实施方式中，输出控制单元包括变压器和继电器阵列，所述变压器的一次侧由串联N个子绕组构成，所述每一个子绕组由单独的一个继电器控制是否通电。多绕组变压器实现输出多波形宽电压。如图3所示，该输出控制单元由继电器、多绕组变压器及外围元件构成，主要是实现驱动信号输入变压器的初级线圈，从而选择从变压器输出信号的幅度范围。输入节点Ctrll-Ctrl8分别与微处理器单元中对应的节点相连，控制继电器的是否接通，进而控制通过变压器的输出幅度范围；若幅度调节单元能调节的最大幅度为最小幅度的4倍，同时变压器的输入绕组也是按每四倍递增，则能调节的幅度的最大和最小之比可达48倍即总体的最大和最小的倍数可达65536倍，且从最大到最小之间是连续可调的。信号输入节Signlnput与驱动单元对应的输出节点相连；输出节点0utl、0ut2分别与输出接口单元对应的节点相连，与外部负载相接；供电节点DV+5V、AGND、GND分别与供电单元中的数字电源+5V、输出电源的模拟、数字地相连，为该单元提供工作电源。
[0031]本实用新型选取32位微处理器STM32F103RD、多绕组变压器和液晶显示屏，使得该装置具有集成度高、性能稳定、显示直观，可调电压范围宽等优点。
[0032]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。
[0033]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】
1.一种多波形宽电压产生装置，其特征在于，包括微处理器控制单元、幅度调节、驱动单元、电压输出单元和信息收发单元，所述微处理器控制单元包括D/A转换模块，所述D/A转换模块用于输出电压信号模拟量，所述D/A转换模块输出端与幅度调节单元输入端相连，所述幅度调节单元输出端与驱动单元的输入端相连，所述驱动单元的输出端与电压输出单元输入端相连，所述电压输出单元输出端与负载相连，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所述的多波形宽电压产生装置，其特征在于，还包括滤波处理单元，所述滤波处理单元的输入端与D/A转换模块的输出端相连，所述滤波处理单元的输出端与幅度调节单元的输入端相连。
3.如权利要求1所述的多波形宽电压产生装置，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。
4.如权利要求1所述的多波形宽电压产生装置，其特征在于，所述微处理器控制单元包括STM32F103RD和外围电路。
5.如权利要求1所述的多波形宽电压产生装置，其特征在于，所述输出控制单元包括变压器和继电器阵列，所述变压器的一次侧由串联N个子绕组构成，所述每一个子绕组由单独的一个继电器控制是否通电。
【文档编号】H03K3/02GK204231310SQ201420606301
【公开日】2015年3月25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