高頻率高精度的交流高壓產(chǎn)生裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提出了一種高頻率高精度的交流高壓產(chǎn)生裝置，其包括信號產(chǎn)生單元、信號幅度調(diào)節(jié)單元、功率放大單元、升壓單元，所述信號產(chǎn)生單元的輸出端與信號幅度調(diào)節(jié)單元的輸入端相連，信號幅度調(diào)節(jié)單元的輸出端與功率放大單元的輸入端相連，功率放大單元的輸出端與升壓單元的輸入端相連，升壓單元的輸出端與負載相連。本實用新型能夠產(chǎn)生大功率、幅度可變、輸出電壓波形可變的交流高壓信號。
【專利說明】高頻率高精度的交流高壓產(chǎn)生裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種電源裝置，具體涉及一種高頻率高精度的交流高壓產(chǎn)生裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]高壓電的應(yīng)用極其廣泛，目前在工業(yè)、醫(yī)學(xué)、環(huán)境以及日常生活中均有應(yīng)用。例如工業(yè)上，在電除塵、高壓點火、負離子發(fā)生器、高壓產(chǎn)生臭氧、電火花的產(chǎn)生、電弧焊接等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用；在醫(yī)學(xué)上，可用于產(chǎn)生X射線以及高強度超聲波；在環(huán)境處理上，可用于放電進行水處理。
[0003]目前，市場上雖然已有各種各樣的高壓發(fā)生裝置，但其中絕大部分是直流高壓，脈沖高壓和正弦高壓較少。對于現(xiàn)有的脈沖高壓或正弦高壓發(fā)生裝置來說，其存在頻率精度不高，穩(wěn)定性差，頻率可調(diào)范圍窄的問題，對于某些研究或?qū)嶒?如不同電壓波形下除塵效果的研究等，以及不同頻率下正弦高壓除塵效果等的研究)需大功率、幅度可變、輸出電壓波形可變、高精度頻率等現(xiàn)有設(shè)備就無法滿足需要。
實用新型內(nèi)容
[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本實用新型的目的是提供一種聞頻率聞精度的交流高壓產(chǎn)生裝置。
[0005]本實用新型提供了一種高頻率高精度的交流高壓產(chǎn)生裝置，其包括信號產(chǎn)生單元、信號幅度調(diào)節(jié)單元、功率放大單元、升壓單元，所述信號產(chǎn)生單元的輸出端與信號幅度調(diào)節(jié)單元的輸入端相連，所述信號幅度調(diào)節(jié)單元的輸出端與功率放大單元的輸入端相連，所述功率放大單元的輸出端與升壓單元的輸入端相連，所述升壓單元的輸出端與負載相連。
[0006]本實用新型能夠產(chǎn)生大功率、幅度可變、輸出電壓波形可變的交流高壓信號。
[0007]在本實用新型的一種優(yōu)選實施方式中，信號產(chǎn)生單元能夠產(chǎn)生正弦波、方波、三角波中的一種或多種。從而實現(xiàn)輸出電壓波形可變。
[0008]在本實用新型的另一種優(yōu)選實施方式中，還包括微處理器控制單元，所述微處理控制單元的控制信號輸出端與信號產(chǎn)生單元的控制輸入端相連，用于向信號產(chǎn)生單元輸入電壓頻率信息。從而實現(xiàn)高精度頻率的控制。
[0009]在本實用新型的一種優(yōu)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信號產(chǎn)生單元的輸出端相連，所述濾波處理單元的輸出端與信號幅度調(diào)節(jié)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。
[0010]在本實用新型的另一種優(yōu)選實施方式中，還包括電壓采樣單元和輸入輸出顯示單元，所述輸入輸出顯示單元與微處理器控制單元相連，所述微處理器控制單元包括A/D轉(zhuǎn)換模塊，所述升壓單元輸出端與電壓采樣單元的輸入端相連，所述電壓采樣單元的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與輸入輸出顯示單元相連，用于向微處理器控制單元輸入電壓頻率信息并顯示輸出電壓信息。從而實現(xiàn)對輸出電壓頻率的精確控制以及對電壓的實時監(jiān)控和調(diào)整。
[0011]在本實用新型的一種優(yōu)選實施方式中，所述微處理器控制單元包括STM32F103RB和外圍電路。
[0012]在本實用新型的另一種優(yōu)選實施方式中，還包括接口單元，所述接口單元連接在所述升壓單元輸出端和所述負載之間。便于電壓輸出單元與負載之間連接。
[0013]在本實用新型的一種優(yōu)選實施方式中，信號產(chǎn)生單元的節(jié)點UD、WCLK、Rest、D0—D7分別與微處理器控制單元中PC0、PC1、PC2、PB0—PB7相連；輸出節(jié)點Out與低通濾波器的對應(yīng)輸入節(jié)點相連；供電節(jié)點AV、DV、GND、AGND分別與供電單元中的模擬電源、數(shù)字電源、數(shù)字地、模擬地相連，為該單元提供工作電源。
[0014]在本實用新型的另一種優(yōu)選實施方式中，信號產(chǎn)生單元的節(jié)點SCLK、SDATA、FSYNC和Ctrll分別與微處理器控制單元中PC10-PC12、PA8相連；輸出節(jié)點Out與低通濾波器的對應(yīng)輸入節(jié)點相連；供電節(jié)點AV、DV、DGND、AGND分別與供電單元中的模擬電源、數(shù)字電源、數(shù)字地、模擬地相連，為該單元提供工作電源。
[0015]在本實用新型的一種優(yōu)選實施方式中，所述信號產(chǎn)生單兀型號為AD9850或AD9833,所述功率放大單元包括大功率運放LM12及外圍元件構(gòu)成
[0016]通過采用以上結(jié)構(gòu)，使得該裝置具有集成度高、性能穩(wěn)定、頻率精度高、顯示直觀等優(yōu)點。本實用新型能實現(xiàn)高頻率精度和寬頻率范圍的高壓正弦交流電壓，其頻率分辨率至少可達0.0291Hz。其采用多繞組升壓變壓器，能實現(xiàn)寬范圍的電壓輸出，且能提供大較大電流和功率，最高可達250W。
[0017]本實用新型的附加方面和優(yōu)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】
[0018]本實用新型的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)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:
[0019]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是本實用新型一種優(yōu)選實施方式中微處理器控制單元的電路示意圖；
[0021]圖3是本實用新型一種優(yōu)選實施方式中信號產(chǎn)生單元的電路示意圖；
[0022]圖4是本實用新型另一種優(yōu)選實施方式中信號產(chǎn)生單元的電路示意圖；
[0023]圖5是本實用新型一種優(yōu)選實施方式中功率放大單元的電路示意圖。

【具體實施方式】
[0024]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，僅用于解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。
[0025]在本實用新型的描述中，除非另有規(guī)定和限定，需要說明的是，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)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(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語的具體含義。
[0026]本實用新型提供了一種高頻率高精度的交流高壓產(chǎn)生裝置，其包括信號產(chǎn)生單元、信號幅度調(diào)節(jié)單元、功率放大單元、升壓單元，信號產(chǎn)生單元的輸出端與信號幅度調(diào)節(jié)單元的輸入端相連，信號幅度調(diào)節(jié)單元的輸出端與功率放大單元的輸入端相連，功率放大單元的輸出端與升壓單元的輸入端相連，升壓單元的輸出端與負載相連。
[0027]在本實施方式中，信號產(chǎn)生單元能夠產(chǎn)生正弦波、方波、三角波中的一種或多種。從而實現(xiàn)輸出電壓波形可變。具體信號產(chǎn)生單元型號可以為但不限于AD9102，AD9106,AD9915, AD9838, AD9850 或 AD9933，優(yōu)選為 AD9850 或 AD9833。
[0028]信號幅度調(diào)節(jié)單元可以為任意現(xiàn)有的幅度調(diào)節(jié)單元，具體可以為但不限于電位計或者可調(diào)增益放大器，優(yōu)選采用電位計，可以采用手動方式調(diào)節(jié)。
[0029]在本實施方式中，還包括微處理器控制單元，微處理控制單元的控制信號輸出端與信號產(chǎn)生單元的控制輸入端相連，用于向信號產(chǎn)生單元輸入電壓頻率、幅度信息。從而實現(xiàn)高精度頻率的控制。
[0030]在本實施方式中，還可以包括濾波處理單元，濾波處理單元的輸入端與信號產(chǎn)生單元的輸出端相連，濾波處理單元的輸出端與信號幅度調(diào)節(jié)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。
[0031]在本實施方式中，還包括電壓采樣單元和輸入輸出顯示單元，輸入輸出顯示單元與微處理器控制單元相連，微處理器控制單元包括A/D轉(zhuǎn)換模塊，升壓單元輸出端與電壓采樣單元的輸入端相連，電壓采樣單元的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連，A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與輸入輸出顯示單元相連，用于向微處理器控制單元輸入電壓頻率信息并顯示輸出電壓信息。從而實現(xiàn)對輸出電壓頻率的精確控制以及對電壓的實時監(jiān)控和調(diào)整。
[0032]在本實用新型的一種優(yōu)選實施方式中，利用32位微處理器根據(jù)用戶通過觸摸屏輸入頻率信息，控制AD9850產(chǎn)生高頻率精度正弦波信號，經(jīng)濾波和放大后送入到功率放大實現(xiàn)功率，驅(qū)動升壓變壓器的輸入線圈，經(jīng)壓變壓器升后輸出高壓正弦信號，再經(jīng)低通濾波后輸出。另一方面，高壓輸出通過電阻分壓和隔離放大器后，再通過運放放大和跟隨后輸入到微處理器的A/D轉(zhuǎn)換輸入端，通過32位微處理器STM32F103RB內(nèi)帶的A/D轉(zhuǎn)器換實現(xiàn)對輸出電壓的實時測量，并通過觸摸式LCD液晶顯示出頻率、輸出幅度等相關(guān)信息。
[0033]如圖1所示，該高壓產(chǎn)生裝置由微處理器控制單元、信號產(chǎn)生單元、低通濾波單元、信號幅度調(diào)節(jié)單元、功率放大單元、升壓單元、輸出接口單元、輸出電壓采樣單元、觸摸式LCD液晶顯示單元和供電單元共九個單元組成。其中，微處理器控制單元主要實現(xiàn)各種控制、通過A/D轉(zhuǎn)換測量輸出信號的幅值并顯示；信號產(chǎn)生單元主要由AD9833在微處理器的控制下產(chǎn)生所需的波形信號；低通濾波單元主要是由電阻和電容構(gòu)成的二階低通濾波器，濾出高頻干擾；信號幅度調(diào)節(jié)單元主要由電位器及運放構(gòu)成，實現(xiàn)信號的幅度調(diào)節(jié)；功率放大單元主要由LM12功率放大運放構(gòu)成；升壓單元主要由多繞組升壓變壓器構(gòu)成，實現(xiàn)將低壓信號變?yōu)楦邏盒盘?；輸出接口單元主要由各種輸出端子構(gòu)成，方便與外部負載相接；輸出電壓采樣單元主要由分壓電阻和線性光耦、集成運放構(gòu)成，其輸出送入微處理器的A/D輸出端，實現(xiàn)輸出信號幅值的測量；觸摸式LCD液晶顯示單元主要實現(xiàn)各種信息的輸入和各種輸出信息的顯示等；供電單元主要為各部分工作提供相應(yīng)的工作電源電壓。
[0034]整體工作主要通過觸摸式IXD獲取用戶信息，32位微處理器STM32F103RB控制信號產(chǎn)生單元輸出所需頻率的正弦信號，再依次通過濾波處理單元、信號幅度調(diào)節(jié)單元、輸出接口單元向外部負載提供所需正弦交流電壓信號；另一方面，經(jīng)輸出電壓采樣單元獲取實時輸出電壓信息，并利用微處理器內(nèi)帶的A/D轉(zhuǎn)換實現(xiàn)實時電壓幅值的測量。該裝置，采用高性能集成芯片和高性價比微處理器，所以易于產(chǎn)品化，可廣泛用于電子電路相關(guān)實驗、各種相關(guān)設(shè)備的研發(fā)和調(diào)試等，具有頻率精度聞，輸出頻率范圍廣等優(yōu)點，因此具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0035]如圖2所示，微處理器控制單元主要由32位微處理器STM32F103RB和相應(yīng)的外圍元件構(gòu)成。其中STM32F103RB內(nèi)帶2個12位的A/D轉(zhuǎn)換器、20K字節(jié)的RAM、128K字節(jié)閃存，其最高工作頻率可達72MHz。利用其內(nèi)帶A/D轉(zhuǎn)換實現(xiàn)對輸出正弦高壓的實時測量；內(nèi)帶的128K字節(jié)閃存主要用于存儲程序和各種參數(shù)。另外，微處理器同時對觸摸屏輸入的信息進行分析，并向其它部分發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)或控制信號，控制LCD液晶實現(xiàn)各種信息的顯不等。
[0036]節(jié)點AMPSell、AMPSel2、AMPSe13與輸出電壓采樣單元的輸出節(jié)點相連，控制選擇合適的放大倍數(shù)，通過節(jié)點OutVoltageAmp輸入微處理器內(nèi)帶A/D轉(zhuǎn)換實現(xiàn)輸出電壓的實時測量，輸入節(jié)點OutVoltageAmp與輸出電壓采樣單元的輸出節(jié)點相連；節(jié)點UD、WCLK、Rest、DO—D7分別與微處理器控制單元中PCO、PCU PC2、PBO-PB7相連；節(jié)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(yīng)節(jié)點相連；蜂鳴器BUZZ在微處理器的控制下，實現(xiàn)有按鍵按下時發(fā)出提示音；端口 PSerial與外部串口相連，用于微處理器的編程和串口通訊；供電節(jié)點AV3.3、DV3.3、DV+5V、GND、AGND分別與供電單元中的模擬電源3.3V、數(shù)字電源3.3V、、數(shù)字電源5.0V、數(shù)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3所示，信號產(chǎn)生單元主要由AD9850、有源晶振及其它外圍元件構(gòu)成，在微處理器控制單元的控制下產(chǎn)生所需的頻率的正弦信號。AD9850采用數(shù)字合成技術(shù)(DDS)產(chǎn)生高精度數(shù)控頻率的正弦信號，具有32位的頻率分辨率，最高頻率可達62.5MHZ。如果采用12MHz晶振，其頻率分辨率可達0.0028Hz。其中，信號產(chǎn)生單元的節(jié)點UD、WCLK、Rest、D0—D7分別與微處理器控制單元中PCO、PC1、PC2、PBO — PB7相連；輸出節(jié)點AD98500ut與低通濾波器的對應(yīng)輸入節(jié)點相連；供電節(jié)點AV5.0、DV5.0、GND、AGND分別與供電單元中的模擬電源5.0V、數(shù)字電源5.0V、數(shù)字地、模擬地相連，為該單元提供工作電源。
[0038]如圖4所示，在本實用新型另外的優(yōu)選實施方式中，利用32位微處理器控制AD9833產(chǎn)生方波、三角波和正弦波三種信號中的一種信號。信號產(chǎn)生單元主要由AD9833、有源晶振及其它外圍元件構(gòu)成，在微處理器控制單元的控制下產(chǎn)生所需的正弦、三角和矩形波信號。其中，節(jié)點SCLK、SDATA, FSYNC和Ctrll分別與微處理器控制單元中的對應(yīng)節(jié)點相連；輸出節(jié)點AD98330ut與低通濾波器的對應(yīng)輸入節(jié)點相連；供電節(jié)點AV5.0、DV5.0、DGND, AGND分別與供電單元中的模擬電源5.0V、數(shù)字電源5.0V、數(shù)字地、模擬地相連，為該單元提供工作電源。
[0039]如圖5所示，本實用新型的功率放大單元由兩片大功率運放LM12及外圍元件構(gòu)成，主要是實現(xiàn)將功率放大，能提供一個大的功率驅(qū)動升壓單元中的升壓變壓器。集成運放LM12具有在電源為±30V時，輸出電流為±10A，同時電壓可達±25V，峰值耗散功率可達800W ;且在跟隨的情況下，可達700KHz的頻率帶寬。輸入節(jié)點Signln+、Signln-與信號幅度調(diào)節(jié)單元中對應(yīng)輸出節(jié)點相連；輸出節(jié)點Out+、Out-分別與升壓單元中對應(yīng)節(jié)點相連；供電節(jié)點AV+30V、AV+30V、AGND分別與供電單元中的模擬電源正30V、負30V、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采用的微處理器為STM32F103RB，采用的信號產(chǎn)生單元為AD9850或AD9833，但是這不應(yīng)理解為對本實用新型的限制，任何按照本實用新型技術(shù)方案，能夠?qū)崿F(xiàn)本實用新型有益效果的處理器和信號產(chǎn)生單元的芯片均在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
[0041]在本說明書的描述中，參考術(shù)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(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于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(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、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(jié)合。
[0042]盡管已經(jīng)示出和描述了本實用新型的實施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)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，本實用新型的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
【權(quán)利要求】
1.一種高頻率高精度的交流高壓產(chǎn)生裝置，其特征在于，包括信號產(chǎn)生單元、信號幅度調(diào)節(jié)單元、功率放大單元、升壓單元，所述信號產(chǎn)生單元的輸出端與信號幅度調(diào)節(jié)單元的輸入端相連，所述信號幅度調(diào)節(jié)單元的輸出端與功率放大單元的輸入端相連，所述功率放大單元的輸出端與升壓單元的輸入端相連，所述升壓單元的輸出端與負載相連。
2.如權(quán)利要求1所述的高頻率高精度的交流高壓產(chǎn)生裝置，其特征在于，信號產(chǎn)生單元能夠產(chǎn)生正弦波、方波、三角波中的一種或多種。
3.如權(quán)利要求1所述的高頻率高精度的交流高壓產(chǎn)生裝置，其特征在于，還包括微處理器控制單元，所述微處理控制單元的控制信號輸出端與信號產(chǎn)生單元的控制輸入端相連，用于向信號產(chǎn)生單元輸入電壓頻率、幅度信息。
4.如權(quán)利要求1所述的高頻率高精度的交流高壓產(chǎn)生裝置，其特征在于，還包括濾波處理單元，所述濾波處理單元的輸入端與信號產(chǎn)生單元的輸出端相連，所述濾波處理單元的輸出端與信號幅度調(diào)節(jié)單元的輸入端相連。
5.如權(quán)利要求1所述的高頻率高精度的交流高壓產(chǎn)生裝置，其特征在于，還包括電壓采樣單元和輸入輸出顯示單元，所述輸入輸出顯示單元與微處理器控制單元相連，所述微處理器控制單元包括A/D轉(zhuǎn)換模塊，所述升壓單元輸出端與電壓采樣單元的輸入端相連，所述電壓采樣單元的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與輸入輸出顯示單元相連，用于向微處理器控制單元輸入電壓頻率信息并顯示輸出電壓信肩、O
6.如權(quán)利要求3所述的高頻率高精度的交流高壓產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述微處理器控制單元包括STM32F103RB和外圍電路。
7.如權(quán)利要求1所述的高頻率高精度的交流高壓產(chǎn)生裝置，其特征在于，還包括接口單元，所述接口單元連接在所述升壓單元輸出端和所述負載之間。
8.如權(quán)利要求1所述的高頻率高精度的交流高壓產(chǎn)生裝置，其特征在于，信號產(chǎn)生單元的節(jié)點UD、WCLK、Rest、DO — D7分別與微處理器控制單元中PCO、PC1、PC2、PBO-PB7相連；輸出節(jié)點Out與低通濾波器的對應(yīng)輸入節(jié)點相連；供電節(jié)點AV、DV、GND、AGND分別與供電單元中的模擬電源、數(shù)字電源、數(shù)字地、模擬地相連，為該單元提供工作電源。
9.如權(quán)利要求1所述的高頻率高精度的交流高壓產(chǎn)生裝置，其特征在于，信號產(chǎn)生單元的節(jié)點SCLK、SDATA, FSYNC和Ctrll分別與微處理器控制單元中PC10-PC12、PA8相連；輸出節(jié)點Out與低通濾波器的對應(yīng)輸入節(jié)點相連；供電節(jié)點AV、DV、DGND、AGND分別與供電單元中的模擬電源、數(shù)字電源、數(shù)字地、模擬地相連，為該單元提供工作電源。
10.如權(quán)利要求1所述的高頻率高精度的交流高壓產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述信號產(chǎn)生單元型號為AD9850或AD9833，所述功率放大單元包括大功率運放LM12及外圍元件。
【文檔編號】G05F1/12GK204229278SQ201420605830
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月20日
【發(fā)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