大功率高壓產生裝置製造方法
2023-07-30 04:56:36 4
大功率高壓產生裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型提出了一種大功率高壓產生裝置，其包括微處理器控制單元、幅度調節單元和電壓輸出單元，微處理器控制單元包括A/D轉換模塊和D/A轉換模塊，D/A轉換模塊用於輸出電壓信號模擬量，D/A轉換模塊輸出端與幅度調節單元輸入端相連，幅度調節單元輸出端與電壓輸出單元輸入端相連，電壓輸出單元輸出端與負載相連。本實用新型的D/A轉換模塊用於輸出電壓信號模擬量，幅度調節單元調節電壓幅度，電壓輸出單元進行功率放大，得到大功率的電壓輸出，本實用新型能夠產生大功率、幅度可變的電壓波形。
【專利說明】大功率高壓產生裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種電源裝置，具體涉及一種大功率高壓產生裝置。
【背景技術】
[0002]高壓電的應用極其廣泛，目前在工業、醫學、環境以及日常生活中均有應用。例如工業上，在電除塵、高壓點火、高壓產生臭氧、電火花的產生、電弧焊接等領域有廣泛應用；在醫學上，可用於產生X射線以及高強度超聲波；在環境處理上，可用於放電進行水處理。
[0003]目前，市場上雖然已有各種各樣的高壓發生裝置，但其中絕大部分是直流高壓，脈衝高壓和正弦高壓較少。對於現有的脈衝高壓或正弦高壓發生裝置來說，絕大多數是固定頻率，並且存在輸出功率小、效率低等問題，對於某些研究或實驗(如不同電壓波形下除塵效果的研究等)需大功率、幅度可變、輸出電壓波形可變等現有設備就無法滿足需要。
實用新型內容
[0004]為了克服上述現有技術中存在的缺陷，本實用新型的目的是提供一種大功率高壓產生裝置。
[0005]本實用新型提供了一種大功率高壓產生裝置，其包括微處理器控制單元、幅度調節單元和電壓輸出單元，所述微處理器控制單元包括D/A轉換模塊，所述D/A轉換模塊用於輸出電壓信號模擬量，所述D/A轉換模塊輸出端與幅度調節單元輸入端相連，所述幅度調節單元輸出端與電壓輸出單元輸入端相連，所述電壓輸出單元輸出端與負載相連。
[0006]本實用新型的D/A轉換模塊用於輸出電壓信號模擬量，幅度調節單元調節電壓幅度，電壓輸出單元進行功率放大，得到大功率的電壓輸出，本實用新型能夠產生大功率、幅度可變的電壓波形。
[0007]在本實用新型的一種優選實施方式中，還包括濾波處理單元，所述濾波處理單元的輸入端與D/A轉換模塊的輸出端相連，所述濾波處理單元的輸出端與幅度調節單元的輸入端相連。通過濾波處理單元濾出雜波，使輸出更準確。
[0008]在本實用新型的另一種優選實施方式中，還包括藍牙無線收發單元，所述藍牙無線收發單元與微處理器的藍牙無線收發接口相連，實現外部設備與微處理器的通訊。
[0009]在本實用新型的一種優選實施方式中，還包括電壓採樣單元和顯示單元，所述微處理器控制單元包括A/D轉換模塊，所述電壓輸出單元輸出端與電壓採樣單元的輸入端相連，所述電壓採樣單元的輸出端與A/D轉換模塊的輸入端相連，所述A/D轉換模塊的輸出端與顯示單元相連，用於顯示輸出電壓信息。便於實時監控和調整。
[0010]在本實用新型的一種優選實施方式中，所述微處理器控制單元包括STM32F103RD和外圍電路，或者所述微處理器控制單元包括STM32F103RC和外圍電路。
[0011 ] 在本實用新型的一種優選實施方式中，還包括接口單元，所述接口單元連接在所述電壓輸出單元和所述負載之間。便於電壓輸出單元與負載之間連接。
[0012]在本實用新型的一種優選實施方式中，所述電壓輸出單元的信號輸入節點正端Signln+、負端SignIn-分別與幅度調節單元的對應節點相連,輸出節點Out、OutGND分別與輸出接口單元對應的節點相連，與外部負載相接；供電節點負端AV-、正端AV+、OutGND分別與供電單元中的模擬電源負極、正極、輸出電源模擬地相連。
[0013]在本實用新型的另一種優選實施方式中，所述電壓輸出單元型號為高壓大功率運放 PA89。
[0014]在本實用新型的一種優選實施方式中，所述電壓輸出單元信號輸入節SignalIn與幅度調節單元的對應節點相連；輸出節點SigalOut、AGND分別與輸出接口單元對應的節點相連，與外部負載相接；供電節點正端+AVHV、負端-AVHV、AGND分別與供電單元中的模擬電源負極、正極、輸出電源模擬地相連。
[0015]在本實用新型的另一種優選實施方式中，所述電壓輸出單元型號為高壓大功率運放 PA93。
[0016]本實用新型選取32位微處理器STM32F103RD或STM32F103RC、高頻率變壓器、液晶顯示屏、PA89或PA93，使得該裝置具有集成度高、性能穩定、體積小、顯示直觀等優點。
[0017]本實用新型採用高壓功率放大器PA89、PA93實現高精度、穩定的各種波形的輸出，且具有各種保護功能等。
[0018]本實用新型的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本實用新型的實踐了解到。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]本實用新型的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0020]圖1是本實用新型大功率高壓產生裝置的結構示意圖；
[0021]圖2是本實用新型一種優選實施方式中微處理器控制單元的電路示意圖；
[0022]圖3是本實用新型另一種優選實施方式中微處理器控制單元的電路示意圖；
[0023]圖4是本實用新型一種優選實施方式中電壓輸出單元的電路示意圖；
[0024]圖5是本實用新型另一種優選實施方式中電壓輸出單元的電路示意圖。
【具體實施方式】
[0025]下面詳細描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用於解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。
[0026]在本實用新型的描述中，除非另有規定和限定，需要說明的是，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是機械連接或電連接，也可以是兩個元件內部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語的具體含義。
[0027]本實用新型提供了一種大功率高壓產生裝置，其包括微處理器控制單元、幅度調節單元和電壓輸出單元，微處理器控制單元包括D/A轉換模塊，D/A轉換模塊用於輸出電壓信號模擬量，D/A轉換模塊輸出端與幅度調節單元輸入端相連，幅度調節單元輸出端與電壓輸出單兀輸入端相連，電壓輸出單兀輸出端與負載相連。
[0028]在本實施方式中，A/D轉換模塊和D/A轉換模塊為現有的A/D轉換模塊和D/A轉換模塊。
[0029]幅度調節單元可以為任意現有的幅度調節單元，具體可以為但不限於電位計或者可調增益放大器，優選採用電位計，在本實施方式中，採用手動調節方式。
[0030]在本實施方式中，該大功率高壓產生裝置還可以包括供電單元、濾波處理單元、輸出接口單元，電壓採樣單元、顯示單元和藍牙無線收發單元。如圖1所示，該電壓產生裝置由微處理器控制單元、濾波處理單元、幅度調節單元、電壓輸出單元、輸出接口單元、輸出電壓採樣單元、觸摸式LCD液晶顯示單元、藍牙無線收發單元和供電單元共九個單元組成。微處理器內帶的D/A轉換模塊，獲取波形信號，通過濾波處理單元濾出雜波，輸出到可調放大器，經放大輸出到高壓功率放大器放大後輸出，並送入輸出接口單元，實現與外部負載的連接，同時通過電阻分壓，跟隨輸入到微處理器控制內帶的A/D轉換模塊，實現對輸出電壓的實時測量，並通過顯示單元顯示。另一方面在微處理器的控制下，利用藍牙無線收發模塊實現與手機、電腦等訊，以到達輸出波形、頻率等的控制，在本實施方式中，微處理器接收輸入信息並控制輸出波形的形狀和頻率的方法採用現有方法，本實用新型沒有進行任何改進，具體可以但不限於採用專利申請201310025582.4所公開的控制輸出信號的頻率和幅度信息的裝置和方法，雖然專利申請201310025582.4隻涉及三角波、正弦波的產生，但方波比正弦波更容易產生，本領域技術人員很容易在其基礎上得到方波。另外，本實用新型可以採用專利申請201310043326.8中獲得方波的方法和裝置。
[0031]在本實施方式中，供電單元、濾波處理單元、輸出接口單元，顯示單元和藍牙無線收發單元均可以採用現有的常規結構，本實用新型不再進行贅述。
[0032]微處理器控制單元主要實現A/D轉換和D/A轉換；濾波處理單元主要濾除高頻幹擾，提高輸出信號精度。幅度調節單元主要通過電位器調節信號的幅度。電壓輸出單元主要實現將電壓放大和功率放大。輸出接口單元主要由輸出端子構成，便於與外部負載連接。輸出電壓採樣單元主要實現實時採集實際輸出的電壓，放大後送入微處理器，利用其內帶的A/D轉換實現實時電壓的測量；顯示單元為觸摸式LCD液晶顯示單元，主要實現各種信息的輸入和各種輸出信息的顯不等。在本實施方式中，微處理器控制單兀的D/A轉換模塊輸出固定頻率的波形，在本發明另外的優選實施方式中，微處理器控制單元還具有處理模塊，其藍牙無線收發單元與其它設備如手機等實現通訊，從而對D/A轉換模塊輸出的波形進行控制，從而達到控制輸出波形頻率的目的，具體的變頻方法可以採用現有方法。供電單元主要為各部分工作提供相應的工作電源電壓，同時給電壓輸出單元提供一個高壓直流正負電源，最高可達正負600V。
[0033]在本實用新型的一個更加優選的實施方式中，微處理器通過觸摸式IXD或藍牙無線收發單元獲取用戶信息，控制自帶的D/A轉換器輸出所需波形的模擬信號，依次通過濾波處理單元、幅度調節單元、電壓輸出單元、輸出接口單元向外部負載提供特定波形的高壓電壓信號；同時通過輸出電壓採樣單元獲取實時輸出電壓信息，並經微處理器內帶的A/D轉換實現實時電壓的測量。該裝置，採用高性能集成晶片、微處理器和高壓大功率運放，所以易於小型化、產品化，可廣泛用於相關研究、測試及實驗中，具有廣闊的市場前景。具體微處理器控制D/A轉換器輸出所需波形的模擬信號的方法可以採用現有方法，例如像波形發生器中產生正弦波、方波、三角波的方法。
[0034]在本實施方式中，微處理器控制單元的電路如圖2所示，微處理器控制單元主要由內帶有A/D和D/A轉換的32位微處理器STM32F103RD和相應的外圍元件構成。其中STM32F103RD內帶3個12位的A/D轉換器、2道12位D/A轉換器、384K字節快閃記憶體、最高工作頻率可達72MHz。利用內帶的A/D轉換實現對輸出電流的實時測量，內帶的384K字節快閃記憶體可方便用於程序的存儲。另外，微處理器同時實現對通過觸控螢幕輸入的信息進行分析，並向其它部分發送相應的數據或控制信號，並控制LCD液晶實現各種相關信息的顯示等。節點AmpVoltageMeasure與輸出電流採樣單元的輸出節點相連，通過微處理器內帶A/D轉換實現輸出電流的測量；節點SignDA、Filter_CLK分別與濾波處理單元的模擬輸入、濾波時鐘輸入相連，其中節點SignDA為微處理器內帶D/A轉換經簡單濾波後的模擬信號輸出節點；節點BlueRX、BlueTX分別與藍牙無線收發單元中的對應節點相連，實現與外部設備的通訊。
[0035]節點DDO-DD7、LCD_D1、LCD_RW、LCD_E、LCD_CSA、LCD_CSB、LCD_REST、LCD_LAMP、
LCD_TCS、LCD_TD0UT、LCD_TDIN、LCD_TCLK、LCD_TBUSY、LCD_TPENIRQ 分別與觸摸式 LCD 液晶顯示單元中對應節點相連。接口 PSerial與外部串口相連，用於微處理器的編程。蜂鳴器BUZZ在微處理器的控制下，實現各種信息的聲音提示。供電節點AV3.3V、DV3.3V、DGND、AGND分別與供電單元中的模擬電源3.3V、數字電源3.3V、數字地、模擬地相連，為該單元提供工作電源。
[0036]在本實用新型的另一種優選實施方式中，微處理器控制單元的電路如圖3所示，微處理器控制單元主要由內帶有A/D和D/A轉換的32位微處理器STM32F103RC和相應的外圍元件構成。其中STM32F103RC內帶3個12位的A/D轉換器、2道12位D/A轉換器、256K字節快閃記憶體、最高工作頻率可達72MHz。利用內帶的D/A轉換產生任意波形的低頻信號；利用內帶A/D轉換實現對輸出電流的實時測量；內帶的256K字節快閃記憶體可方便用於程序的存儲。另外，微處理器同時實現對通過觸控螢幕輸入的信息進行分析，並向其它部分發送相應的數據或控制信號，並控制IXD液晶實現各種相關信息的顯示等。節點AmpVoltageMeasure與輸出電流採樣單元的輸出節點相連，通過微處理器內帶A/D轉換實現輸出電流的測量；節點SignDA、Filter_CLK分別與濾波處理單元的模擬輸入、濾波時鐘輸入相連，其中節點SignDA為微處理器內帶D/A轉換經簡單濾波後的模擬信號輸出節點；節點BlueRX、BlueTX分別與藍牙無線收發單元中的對應節點相連，實現與外部設備的通訊；節點DDO——DD7、LCD_D1、LCD_RW、LCD_E、LCD_CSA、LCD_CSB、LCD_REST、LCD_LAMP、LCD_TCS、LCD_TD0UT、LCD—TDIN、LCD_TCLK、LCD_TBUSY、LCD_TPENIRQ分別與觸摸式LCD液晶顯示單元中對應節點相連；接口 PSerial與外部串口相連，用於微處理器的編程；蜂鳴器BUZZ在微處理器的控制下，實現各種信息的聲音提示；供電節點AV3.3V、DV3.3V、DGND, AGND分別與供電單元中的模擬電源3.3V、數字電源3.3V、數字地、模擬地相連，為該單元提供工作電源。
[0037]在本實施方式中，如圖4所示，電壓輸出單元由高壓大功率運放PA89及外圍元件構成，主要是實現電壓幅度放大和功率放大，提供一個大高壓大功率的驅動能力。集成運放PA89具有±75V到±600V的寬電壓供電範圍，輸出信號的峰峰值可達1140V，持續輸出電流可達75mA，頻率帶寬可達10MHz。為了提高抗幹擾能力，信號採用的是差分輸入，其中信號輸入節點SignIn+、SignIn-分別與幅度調節單元的對應節點相連；輸出節點0ut、0utGND分別與輸出接口單元對應的節點相連，與外部負載相接；供電節點AV-600V、AV+600V、OutGND分別與供電單元中的模擬電源-600V、+600V、輸出電源模擬地相連，為該單元提供工作電源。
[0038]信號輸入節點SignIn+經過電阻R803和電阻R804分壓後輸入PA89的IN+節點，信號輸入節點SignIn-經過電阻R805輸入PA89的IN-節點，PA89的IN-節點與Out節點之間連接有並聯的電容C804和電阻R806。
[0039]在另一種優選實施方式中，如圖5所示，電壓輸出單元由高壓大功率運放PA93及外圍元件構成，主要是實現電壓幅度放大和功率放大，提供一個大高壓大功率的驅動能力。集成運放PA93具有±40V到±225V的寬電壓供電範圍，輸出信號的峰峰值可達440V，持續輸出電流最小可達8A，峰值電流可達14A，頻率帶寬可達12MHz。信號輸入節SignalIn與幅度調節單元的對應節點相連；輸出節點SigalOut、AGND分別與輸出接口單元對應的節點相連，與外部負載相接；供電節點+AVHV、-AVHV、AGND分別與供電單元中的模擬電源-225V、+225V、輸出電源模擬地相連，為該單元提供工作電源。
[0040]需要說明的是，雖然本實用新型實施例中採用的微處理器為STM32F103RD或STM32F103RC，採用的電壓輸出單元為PA89或PA93，但是這不應理解為對本實用新型的限制，任何按照本實用新型技術方案，能夠實現本實用新型有益效果的處理器和電壓輸出單元的晶片均在本實用新型的保護範圍之內。
[0041]在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「一些實施例」、「示例」、「具體示例」、或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本實用新型的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。
[0042]儘管已經示出和描述了本實用新型的實施例，本領域的普通技術人員可以理解:在不脫離本實用新型的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本實用新型的範圍由權利要求及其等同物限定。
【權利要求】
1.一種大功率高壓產生裝置，其特徵在於，包括微處理器控制單元、幅度調節單元和電壓輸出單元，所述微處理器控制單元包括D/A轉換模塊，所述D/A轉換模塊用於輸出電壓信號模擬量，所述D/A轉換模塊輸出端與幅度調節單元輸入端相連，所述幅度調節單元輸出端與電壓輸出單兀輸入端相連，所述電壓輸出單兀輸出端與負載相連。
2.如權利要求1所述的大功率高壓產生裝置，其特徵在於，還包括濾波處理單元，所述濾波處理單元的輸入端與D/A轉換模塊的輸出端相連，所述濾波處理單元的輸出端與幅度調節單元的輸入端相連。
3.如權利要求1所述的大功率高壓產生裝置，其特徵在於，還包括藍牙無線收發單元，所述藍牙無線收發單元與微處理器的藍牙無線收發接口相連，實現外部設備與微處理器的通訊。
4.如權利要求1所述的大功率高壓產生裝置，其特徵在於，還包括電壓採樣單元和顯示單元，所述微處理器控制單元包括A/D轉換模塊，所述電壓輸出單元輸出端與電壓採樣單元的輸入端相連，所述電壓採樣單元的輸出端與A/D轉換模塊的輸入端相連，所述A/D轉換模塊的輸出端與顯示單元相連，用於顯示輸出電壓信息。
5.如權利要求1所述的大功率高壓產生裝置，其特徵在於，所述微處理器控制單元包括STM32F103RD和外圍電路，或者所述微處理器控制單元包括STM32F103RC和外圍電路。
6.如權利要求1所述的大功率高壓產生裝置，其特徵在於，還包括接口單元，所述接口單元連接在所述電壓輸出單元和所述負載之間。
7.如權利要求1或6所述的大功率高壓產生裝置，其特徵在於，所述電壓輸出單元的信號輸入節點正端Signln+、負端SignIn-分別與幅度調節單元的對應節點相連，輸出節點Ou t、Ou tGND分別與輸出接口單元對應的節點相連，與外部負載相接；供電節點負端AV-、正端AV+、OutGND分別與供電單元中的模擬電源負極、正極、輸出電源模擬地相連。
8.如權利要求7所述的大功率高壓產生裝置，其特徵在於，所述電壓輸出單元型號為高壓大功率運放PA89。
9.如權利要求1或6所述的大功率高壓產生裝置，其特徵在於，所述電壓輸出單元信號輸入節SignalIn與幅度調節單元的對應節點相連；輸出節點SigalOut、AGND分別與輸出接口單元對應的節點相連，與外部負載相接；供電節點正端+AVHV、負端-AVHV、AGND分別與供電單元中的模擬電源負極、正極、輸出電源模擬地相連。
10.如權利要求9所述的大功率高壓產生裝置，其特徵在於，所述電壓輸出單元型號為高壓大功率運放PA93。
【文檔編號】G05B19/042GK204229153SQ201420607116
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月20日 優先權日:2014年10月20日
【發明者】阮海生, 陳龍聰 申請人:成都代代吉前瞻科技股份有限公司