用于MFC的电压调节电路及数字式高压控制电路的制作方法

本发明涉及电压调节电路，尤其涉及用于mfc的电压调节电路及数字式高压控制电路。

背景技术：

1、在工业生产中，气体的输入量需要使用质量流量控制器（mfc）；mfc主要由两部分组成：用于限定流量的阀门，串联着用于测量和反馈的流量计。

2、压电阀是一种利用压电材料将机械能转化为电能或电能转化为机械能的装置；由于压电阀是利用压电效应控制流体的流动，相比起传统的机械阀门和电磁阀，具有响应速度更快的优势；在高速流量下工作时，压电阀可以实现迅速的开关动作，精度也更高。

3、压电阀使用的压电陶瓷类型不同， 驱动电压也各不相同；150v、200v、300v、400v等；即使对于同一种压电陶瓷，也有相当数量的客户在实际应用中，出于安全等角度的考虑，有改变驱动压电陶瓷电压的需求。

4、如果采用软件的方式在现有电路基础上控制输出电压，需要限制dac的输出值，既会降低输出电压分辨率，也会降低adc对输出电压采样的分辨率，导致电路的硬件性能的下降。

5、例如采用硬件的方式在图1的现有电路上控制输出电压，则既需要改变反馈回路的电阻比例，也需要改变adc采样电路对输出电压采样的量程电阻，才能保证输出电压和采样电压的分辨率不会下降。

6、现有电路不具备灵活调整参数的特性，只有将mfc寄送回到生产商，然后通过电阻的方式来解决问题，导致维护时间延长，维护成本增加。

技术实现思路

1、针对现有电路的不足，本发明解决现有mfc的pzt电压驱动电路无法实现电压可调的问题。

2、本发明所采用的技术方案是：用于mfc的电压调节电路包括：pid电路、升压扩源电路、电压采集电路和信号调理电路，电压采样电路和信号调理电路构成反馈回路，在信号调理电路中设置放大倍数的数字电位器，通过数字的方式改变反馈系数，从而调节输出电压值。

3、作为本发明的一种优选实施方式，pid电路包括：运放u22a、电阻r12、电阻r57和电容c32；升压扩源电路包括：电阻r54、电容c77和二极管d20、三极管q6、三极管q7和三极管q8、电阻r128；电压采集电路包括：二极管d21、电阻r129、电阻r133、电阻r135；信号调理电路包括：运放u22b、数字电位器u23和排阻ra2、电阻r11和电容c125；其中，电阻r57的一端与u21a的反向输入端连接，u22a的反向输入端和输出端并联电容c32，电容c77和二极管d20并联的共上端分别与电阻r54的一端和三极管q8的基极连接，电阻r54的另一端还与u22a输出端连接，三极管q8的集电极与电阻r128连接后与三极管q6的集电极连接，三极管q8的集电极还与三极管q6、q7的基极连接，三极管q6、q7的共发射极与电阻r129的一端连接，电阻r129的另一端分别与二极管d21的正极、电阻r135的一端、运放u22b的同向输入端连接，电阻r135的另一端与电阻r133连接，运放u22b的反向输入端和输出端并联电容c125，运放u22b的反向输入端和输出端还与数字电位器u23连接，运放u22b的输出端依次与电阻r11和电阻r12连接，电阻r12还与运放u22a的同向输入端连接，数字电位器u23还与排阻ra2连接。

4、作为本发明的一种优选实施方式，用于mfc的电压调节电路的数字式高压控制电路，包括：dac电路、电压调节电路、信号滤波电路和adc电路，dac电路与电压调节电路连接，电压调节电路与信号滤波电路连接，信号滤波电路与adc电路连接。

5、作为本发明的一种优选实施方式，dac电路包括：电阻r2、电容c23、电容c62、电压基准芯片u8、电容c63、电容c66、电容c95、电容c105、电容c67、电容c68、排阻ra1、dac芯片u11、电阻r90、电阻r88、电容c69和电容c70；其中，电容c23和电容c62并联的共上端分别与电阻r12一端和电压基准芯片u8输入端连接，电容c63、电容c66、电容c95、电容c105并联的共上端分别与电压基准芯片u8的输出端和dac芯片u11连接，dac芯片u11还与排阻ra1连接，电容c67和电容c68的共上端与dac芯片u11连接，dac芯片u11的输出端与电阻r90的一端连接，电阻r90的另一端分别与电阻r88和电容c69连接，电阻r88的另一端与电容c70连接。

6、通过dac电路实现数模转换，驱动后续电路产生高压输出信号。

7、作为本发明的一种优选实施方式，信号滤波电路包括：包括：电阻r136、电阻r137、电容c124、电阻r139、运放u21、电容c122、电阻r61、电阻r65和电容c35，电阻r136的一端分别与电阻r137的一端和电容c124的一端连接，电阻r137的另一端分别与运放u21b的同向输入端和电容c122连接，电容c124的另一端分别与电阻r139的一端和运放u21b的输出端连接，r139的另一端与运放u21b的反向输入端连接，运放u21b的输出端还与u21a的同向输入端连接，u21a的反向输入端与输出端并联电容c35，电容c35的两端分别与电阻r65和电阻r61的一端连接，电阻r65的另一端与电阻r61的另一端连接。

8、利用信号滤波电路滤除高压采样信号上的高频杂波，提高高压采样信号的纯净度。

9、作为本发明的一种优选实施方式，adc电路包括：排阻ra5、排阻ra4、开关芯片u20、电阻r75、电阻r76、电阻r110、电阻r109、电容c93、电阻r105、电阻r108、电阻r104、二极管d24、运放u17、电阻r114、电阻r103、电容c92、电容c91、电容c85、电容c104、电容c94、adc芯片u13、电阻r35、电容c75、电容c128、电阻r31、排阻ra3；其中，排阻ra5和排阻ra2并联的公共端与开关芯片u20的输入端连接，开关芯片u20的输出端与电阻r110的一端连接，电阻r110的另一端分别与电阻r75和运放u17b的同向输入端连接，电阻r109与电容c93并联后两端分别与运放u17b的反向输入端和输出端连接，运放u17b的反向输入端还与电阻r76连接，运放u17b的输出端还与电阻r105的一端连接，电阻r105的另一端分别与运放u17a的同向输入端、电阻r104和电阻r108的一端连接，电阻r104的一端还与二极管d24的引脚3连接，电阻r108的另一端与二极管d24的2引脚连接，运放u17a的反向输入端和运放u17a的输出端连接，u17a的输出端还与电阻r114的一端连接，电阻r114的另一端分别与电容c92和电容c91的一端连接，电容c92的另一端分别与电阻r103和adc芯片u13的负输入端连接，电容c91的另一端与adc芯片u13的正输入端连接，电容c104和电容c94并联公共一端与adc芯片u13连接，adc芯片u13还与电阻r35一端连接，电容c75和电容c128并联的共上端与电阻r35的另一端连接，电容c75和电容c128并联的共上端还与电阻r31连接后与adc芯片u13的输出端连接，adc芯片u13的输出端与排阻ra3连接。

10、adc电路将模拟信号转换为数字信号，方便mcu进行数字信号处理。

11、作为本发明的一种优选实施方式，还包括限流电阻和pzt，电压调节连接的输出端分别与限流电阻和pzt连接。

12、本发明的有益效果：

13、1、通过数字的方式改变反馈系数，扩展pzt电压驱动电路的适应范围，可以满足市场上大多数pzt的驱动需求，并且大大减轻售后维护的工作量；

14、2、数字式高压控制电路实时检测输出电压的大小，验证操作的准确性；

15、3、数字式高压控制电路可以先对adc进行校准，利用校准后的adc对dac的线性度进行校准；

16、4、采用有源滤波电路，有利于滤除输出高压的杂波，增强采样信号的强度。