一种方波脉冲发生器及产生方波脉冲的方法与流程

1.本发明涉及脉冲技术领域，尤其是涉及一种方波脉冲发生器及产生方波脉冲的方法。


背景技术：

2.在现有电子行业中，为了测试电子产品的性能，往往使用方波脉冲发生器来评定电子产品在经受来自高能量瞬变脉冲干扰时的性能，对方波脉冲发生器的要求也越来越高，要求方波脉冲发生器具有以下特性：产生的方波上升沿和下降沿快、电压高、频率高、占空比可调、具有扫频功能。
3.现有技术中，采用的方波脉冲发生器原理图如图1所示，通过一个半导体开关进行对直流稳压源进行开关动作来产生方波脉冲输出。但是，产生的方波的电压受直流稳压源的输出范围限制，且体积较大，不方便集成到仪器内部；输出的方波的上升沿慢(大概在20μs左右)，占空比的误差大，频率不稳且没有扫频功能。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种方波脉冲发生器及产生方波脉冲的方法，使用线性高压直流稳压电源，体积小，而且可以根据需要对输出电压的范围进行调整，进而得到电压不同的方波脉冲；使用pwm信号来做开关控制信号，可以通过改变pwm信号的频率、占位比很方便的对开关进行调节，从而得到频率、占位比不同的方波脉冲；通过设置主开关和辅助开关，可以保证方波脉冲的低电平达到0v；主开关和辅助开关采用igbt，可以将方波脉冲的上升沿和下降沿提快到8μs。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.一种方波脉冲发生器，包括高压直流稳压电源、充电电阻r0、储能电容c，高压直流稳压电源、充电电阻r0和储能电容c依次串联构成回路，所述高压直流稳压电源为输出电压可调的线性高压直流稳压电源；
7.所述方波脉冲发生器还包括主开关s1、第一电阻r1、辅助开关s2、第二电阻r2和cpu主控器：
8.主开关s1、第一电阻r1和辅助开关s2依次串联，且构成的回路并联在储能电容c的两端，第二电阻r2并联在辅助开关s2的两端，且第二电阻r2的两端为输出端；
9.cpu主控器分别与线性高压直流稳压电源、主开关s1和辅助开关s2连接，用于调节线性高压直流稳压电源的输出电压、发送第一pwm信号控制主开关s1的状态为导通或断开、发送第二pwm信号控制辅助开关s2的状态为导通或断开；
10.所述第一pwm信号和第二pwm信号被配置为：在方波脉冲发生器工作时，第一pwm信号和第二pwm信号频率相同、相位相反；
11.所述主开关s1和辅助开关s2被配置为：在方波脉冲发生器停止工作时，主开关s1断开，辅助开关s2导通。
12.进一步的，所述方波脉冲发生器还包括采集监控电路，所述采集监控电路分别储能电容c和cpu主控器连接，用于检测储能电容c两端的电压值并将检测的电压值发送至cpu主控器。
13.更进一步的，所述采集监控电路包括电压采集电路和a/d转换电路，所述电压采集电路并联在储能电容c的两端，用于采集储能电容c两端的电压值，所述a/d转换电路分别与电压采集电路和cpu主控器连接，用于将电压采集电路采集的电压值转换为数字信号量并发送至cpu主控器。
14.进一步的，所述主开关s1和辅助开关s2为igbt。
15.进一步的，所述方波脉冲发生器还包括输入模块，输入模块与cpu主控器连接，用于输入控制命令，所述控制命令包括线性高压直流稳压电源的输出电压、第一pwm信号和第二pwm信号的占空比、第一pwm信号和第二pwm信号的频率。
16.更进一步的，所述输入模块为键盘。
17.更进一步的，所述方波脉冲发生器还包括显示模块，显示模块与cpu主控器连接，用于显示方波脉冲发生器的工作参数，所述工作参数包括：线性高压直流稳压电源的输出电压、第一pwm信号和第二pwm信号的占空比、第一pwm信号和第二pwm信号的频率。
18.更进一步的，所述显示模块为液晶显示屏。
19.一种产生方波脉冲的方法，基于如上所述的方波脉冲发生器，包括以下步骤：
20.a1：设定线性高压直流稳压电源的输出电压，线性高压直流稳压电源通过充电电阻r0给储能电容c充电，直至储能电容c两端的电压值等于线性高压直流稳压电源的输出电压；
21.a2：cpu主控器按照设定的占空比和频率生成第一pwm信号和第二pwm信号，第一pwm信号和第二pwm信号频率相同、相位相反，并将第一pwm信号发送至主开关s1、将第二pwm信号发送至辅助开关s2；
22.a3：主开关s1导通、辅助开关s2断开时，第二电阻r2两端的输出为高电平；主开关s1断开、辅助开关s2导通时，第二电阻r2两端的输出为低电平；
23.a4：重复步骤a2，在第二电阻r2的两端输出电压可调、频率可调、占空比可调的方波脉冲。
24.进一步的，还包括步骤a5，具体为：
25.设定扫频范围，cpu主控器生成频率在扫频范围内连续变化的第一pwm信号和第二pwm信号，第一pwm信号和第二pwm信号频率相同、相位相反，并将第一pwm信号发送至主开关s1、将第二pwm信号发送至辅助开关s2。
26.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
27.(1)使用线性高压直流稳压电源，体积小，而且可以根据需要对输出电压的范围进行调整，进而得到电压不同的方波脉冲；使用pwm信号来做开关控制信号，可以通过改变pwm信号的频率、占位比很方便的对开关进行调节，从而得到频率、占位比不同的方波脉冲。
28.(2)通过设置主开关和辅助开关，可以保证方波脉冲的低电平达到0v；主开关和辅助开关采用igbt，可以将方波脉冲的上升沿和下降沿提快到8μs。
29.(3)通过采集监控电路实时检测储能电容的电压值，再通过cpu主控模块进行电压修正，能够避免出现电压不稳的问题。
附图说明
30.图1为现有的方波脉冲发生器的原理图；
31.图2为实施例中方波脉冲发生器的简化电路图；
具体实施方式
32.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
33.实施例1：
34.一种方波脉冲发生器，简化电路图如图2所示，包括高压直流稳压电源、充电电阻r0、储能电容c，高压直流稳压电源、充电电阻r0和储能电容c依次串联构成回路，高压直流稳压电源为输出电压可调的线性高压直流稳压电源。
35.线性高压直流稳压电源的体积小，而且可以根据需要对输出电压的范围进行调整，进而得到电压不同的方波脉冲。
36.方波脉冲发生器还包括主开关s1、第一电阻r1、辅助开关s2、第二电阻r2和cpu主控器：
37.主开关s1、第一电阻r1和辅助开关s2依次串联，且构成的回路并联在储能电容c的两端，第二电阻r2并联在辅助开关s2的两端，且第二电阻r2的两端为输出端；
38.cpu主控器分别与线性高压直流稳压电源、主开关s1和辅助开关s2连接，用于调节线性高压直流稳压电源的输出电压、发送第一pwm信号控制主开关s1的状态为导通或断开、发送第二pwm信号控制辅助开关s2的状态为导通或断开；
39.第一pwm信号和第二pwm信号被配置为：在方波脉冲发生器工作时，第一pwm信号和第二pwm信号频率相同、相位相反；
40.使用pwm信号来做开关控制信号，可以通过改变pwm信号的频率、占位比很方便的调节主开关s1和辅助开关s2的开关，从而得到频率、占位比不同的方波脉冲。
41.主开关s1和辅助开关s2被配置为：在方波脉冲发生器停止工作时，主开关s1断开，辅助开关s2导通。
42.通过增加辅助开关s2，可以保证方波脉冲的低电平达到0v。
43.进一步的，方波脉冲发生器还包括采集监控电路，采集监控电路分别储能电容c和cpu主控器连接，用于检测储能电容c两端的电压值并将检测的电压值发送至cpu主控器。
44.更进一步的，采集监控电路包括电压采集电路和a/d转换电路，电压采集电路并联在储能电容c的两端，用于采集储能电容c两端的电压值，a/d转换电路分别与电压采集电路和cpu主控器连接，用于将电压采集电路采集的电压值转换为数字信号量并发送至cpu主控器。
45.通过采集监控电路实时检测储能电容c的电压值，再通过cpu主控模块进行电压修正，如可以采用闭环控制的原理进行电压修正，能够避免出现电压不稳的问题。
46.进一步的，主开关s1和辅助开关s2为igbt。采用igbt来做主开关s1和辅助开关s2，方波脉冲的上升沿和下降沿可以提快到8μs左右。
47.进一步的，方波脉冲发生器还包括输入模块，输入模块与cpu主控器连接，用于输
入控制命令，控制命令包括线性高压直流稳压电源的输出电压、第一pwm信号和第二pwm信号的占空比、第一pwm信号和第二pwm信号的频率。
48.更进一步的，输入模块为键盘。
49.更进一步的，方波脉冲发生器还包括显示模块，显示模块与cpu主控器连接，用于显示方波脉冲发生器的工作参数，工作参数包括：线性高压直流稳压电源的输出电压、第一pwm信号和第二pwm信号的占空比、第一pwm信号和第二pwm信号的频率。
50.更进一步的，显示模块为液晶显示屏。
51.在其他实施方式中，也可以使用触摸屏，将显示模块和输入模块集成为一体。
52.一种产生方波脉冲的方法，包括以下步骤：
53.a1：设定线性高压直流稳压电源的输出电压，线性高压直流稳压电源通过充电电阻r0给储能电容c充电，直至储能电容c两端的电压值等于线性高压直流稳压电源的输出电压；
54.a2：cpu主控器按照设定的占空比和频率生成第一pwm信号和第二pwm信号，第一pwm信号和第二pwm信号频率相同、相位相反，并将第一pwm信号发送至主开关s1、将第二pwm信号发送至辅助开关s2；
55.a3：主开关s1导通、辅助开关s2断开时，第二电阻r2两端的输出为高电平；主开关s1断开、辅助开关s2导通时，第二电阻r2两端的输出为低电平；
56.a4：重复步骤a2，在第二电阻r2的两端输出电压可调、频率可调、占空比可调的方波脉冲。
57.进一步的，还包括步骤a5，具体为：
58.设定扫频范围，cpu主控器生成频率在扫频范围内连续变化的第一pwm信号和第二pwm信号，第一pwm信号和第二pwm信号频率相同、相位相反，并将第一pwm信号发送至主开关s1、将第二pwm信号发送至辅助开关s2。
59.在使用本技术提供的方波脉冲发生器生成方波脉冲时，可以根据需要，先设定方波脉冲的电压u，之后，cpu主控器将线性高压直流稳压电源的输出电压调节为与方波脉冲的电压u相配合的电压值，这样，就可以生成电压可调的方波脉冲了。
60.对于方波脉冲的频率，根据设定的值，如本实施例中设定方波脉冲的频率为30hz，则cpu主控器生成频率为30hz的第一pwm信号和第二pwm信号，第一pwm信号和第二pwm信号的相位相反。这样，在一个周期内，第一pwm信号的前半周期为高电平，后半周期为低电平，第二pwm信号的前半周期低电平，后半周期为高电平；前半周期，主开关s1导通，辅助开关s2断开，第二电阻r2两端的输出为高电平，也就是方波脉冲的高电平；后半周期，主开关s1断开，辅助开关s2导通，第二电阻r2两端的输出为低电平，也就是方波脉冲的低电平。下一个周期，重复上述过程，产生的方波脉冲通过out+和out-输出。这样，就可以生成频率可调的方波脉冲了。
61.对于方波脉冲的占空比，即一个周期内高电平所占的比例，可以调节为30％、50％、70％等，本实施例中，方波脉冲的占空比被设定为60％，则cpu主控器生成第一pwm信号和第二pwm信号时，只需要调整第一pwm信号的占空比为60％，第二pwm信号的占空比40％即可，这样，一个周期内，主开关s1导通的时长占比为60％，即方波脉冲高电平的时长占比为60％；辅助开关s2导通的时长占比为40％，即方波脉冲低电平的时长占比为40％，方波脉
冲的占空比就是60％了。这样，就可以生成占空比可调的方波脉冲了。
62.对于扫频功能，如本实施例中，扫频范围为20hz～300hz，只需设定第一pwm信号和第二pwm信号的频率自20hz逐渐增加至300hz，或自300hz逐渐减少至20hz即可。
63.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。