CN100435243C - 数控高压电位器及其控制阻值的方法 - Google Patents

数控高压电位器及其控制阻值的方法 Download PDF

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Abstract

一种高压电位器数字控制阻值的方法，所要解决的技术问题是提供一种高、低压场合下都能使用的数字电位器，突破数字电位器只能在低压情况下使用的局限。包括以下步骤：设置顺序串联的N个电阻，N大于或等于6；所述每个电阻分别并联能够隔离电位的一个开关器件；对所述各开关器件的控制输入端实施整体的并行控制。与现有技术相比较，本发明具有以下技术效果：首次提供了可以使用于高压场合，并且使用的高压与电位器控制数据位数有关，以8位控制数据为例，其最高可以使用于直流880V情况下；通信协议可由用户自定义；分辨率可自由扩展等。

Description

数控高压电位器及其控制阻值的方法
技术领域
本发明涉及一种电位器，特别是涉及一种采用数字技术调节阻值的高压电位器。
背景技术
随着21世纪的来临，人类正在跨入信息时代，数字化技术的应用比比皆是。数字电位器的出现，从系统角度考虑更加方便了数字化技术的实现，它除了具备数字控制技术的所有优势外，和传统机械调节电位器相比，它还有以下优点：
1、无机械磨损；
2、无振动的敏感性、漂移小；
3、调节不需要机械工具，器件不需要调节孔；
4、电位器分辨率高，调节(响应)时间快。
正是基于上述优点，数字电位器正越来越多地使用于包括可编程电源、马达控制以及各种调频电路等多种应用数字化控制场合，关于它的研究也越来越受到包括XICOR(美国)、ANALOG DEVICES(美国)、MAXIM(美国)等各大IC厂商的重视，数字电位器的种类、调节方式等越来越多，极大地方便了用户的使用；但是迄今为止，由于现有的数字电位器采用的是半导体工艺，使得其所能承受的最大工作电压仅为30V，这无疑使得数字电位器的使用受到了局限，特别是在高压(大于30V时)时更是无法应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高、低压场合下都能使用的数字电位器，突破数字电位器只能在低压情况下使用的局限。
本发明通过采用以下技术方案来实现：
设计、使用一种高压电位器数字控制阻值的方法，包括以下步骤：
①设置顺序串联的N个电阻，N大于或等于6；
②所述每个电阻分别并联能够隔离电位的一个开关器件；
③对所述各开关器件用于控制其开关状态的控制输入端实施并行数字控制，即首先对输入的串口信号进行串/并转换、将得到的N位并口数据进行锁存，并在进行串/并转换的同时进行计数，当计数值达到2N时，计数器输出信号使所述锁存的N位并口数据输出，该锁存并口数据的输出作为所述开关器件的输入，用以控制该开关器件的通断。
本发明还可以通过采用以下技术方案来实现：
设计、制作一种数控高压电位器，包括N位数据串/并转换电路、N位数据锁存电路、计数器、开关控制网络和电阻并串联网络的N个顺序串联的电阻，所述电阻并串联网络的N个电阻分别与一个能够隔离电位的所述开关控制网络的开关器件并联，所述N大于或等于6；
所述N位数据串/并转换电路的输入端接控制所述数控高压电位器输出阻值的控制数据SDIN和时钟输入信号CLOCK，其数据输出端接到所述N位数据锁存电路的输入端；所述计数器的输入端也接到所述时钟信号CLOCK，计数器的输出端接到所述N位数据锁存电路的另一输入端；所述N位数据锁存路的输出作为所述开关控制网络的各开关器件的输入用以控制各开关器件的导通和关断，所述电阻并串联网络的输出即为数字控制高压电位器输出的电阻值。
同现有技术相比较，本发明具有以下技术效果：
本发明的最大优点是：
1.首次提供了可以使用于高电压场合，并且使用的高电压与电位器控制数据位数有关，以8位控制数据为例，其最高可以使用于直流880V情况下；
2.控制回路首次采用CPLD(复杂可编程逻辑器件)实现，充分利用了CPLD可编程的灵活性；
3.通信协议可由用户自定义；
4.分辨率可自由扩展。
附图说明
图1为本发明数控高压电位器的使用端口、串口控制数据和时钟信号的时序例图；
图2为所述数字控制高压电位器的系统原理框图；
图3为本发明实现数字控制高压电位器的数据串/并转换、数据锁存、计数器和控制信号输出的CPLD器件管脚引线图；
图4是本发明所用CPLD器件实现数字控制高压电位器的数据串/并转换电路、数据锁存电路、计数器和控制信号输出的原理图；
图5是本发明数控高压电位器中开关控制网络4与电阻并串联网络5并联连接的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图所示之最佳实施例作进一步详述。
一种高压电位器数字控制阻值的方法，包括以下步骤：
①设置顺序串联的N个电阻，N大于等于6；
②所述每个电阻分别并联能够隔离电位的一个开关器件；
③对所述各开关器件用于控制其开关状态的控制输入端实施并行数字控制，即首先对输入的串口信号进行串/并转换、将得到的N位并口数据进行锁存，并在进行串/并转换的同时进行计数，当计数值达到2N时，计数器输出信号使所述锁存的N位并口数据输出，该锁存并口数据的输出作为所述开关器件的输入，用以控制该开关器件的通断。
所述各电阻的阻值分别为R，21R，...，2N-1R。所述开关器件是光耦合器件，其中用光敏三极管作为开关部，用发光二极管作为控制部。如图2所示，所述并行控制是通过N位串/并转换电路1、N位数据锁存电路2和计数器3由输入串口信号实施的。
一种数控高压电位器，如图2所示，包括N位数据串/并转换电路1、N位数据锁存电路2、计数器3、开关控制网络4和电阻并串联网络5，所述开关电阻并串联网络5的的N个顺序串联的电阻分别与一个能够隔离电位的所述开关控制网络4的开关器件并联，所述N大于或等于6。
所述N位数据串/并转换电路1的两输入端连接控制所述数控高压电位器输出阻值的数据SDIN和时钟输入信号CLOCK，其数据输出端接到所述N位数据锁存电路2的输入端；所述计数器3的输入端也接到所述的时钟信号CLOCK，计数器3的输出端接到所述N位数据锁存电路2的另一输入端；所述N位数据锁存电路2的输出作为所述开关控制网络的各开关器件控制端Q的输入用以控制各开关器件的导通和关断，所述电阻并串联网络5的输出即为所述数控高压电位器输出的电阻值。在图2和图5所示的实施例中，所述开关控制网络4就是8个光耦合器OC1至OC8，它们的开关部就是各该光耦合器中的各光敏三极管，所述电阻并串联网络5的8个顺序串连的电阻R1至R8分别并联在一个光耦合器OC的光敏三极管集电极和发射极之间，各光耦合器OC的控制部，即发光二极管阳极经各自的限流电阻接控制电源VCC，它们的8条阴极输出线Q0至Q7连接数据锁存电路的并行输出端。所述电阻并串联网络5的8个顺序串联的电阻，其阻值分别为R，21R，...，27R。
如图1所示，使用本发明数控高压电位器时外部接口和其它IC厂商生产的数字电位器一样，共有7个接口，分别是控制数据输入端SDIN、控制数据时钟信号CLOCK、复位信号RESET、电源VCC(接5V直流电压)、电源地GND、输出电阻端口RA及RB；数控高压电位器与所述控制数据SDIN和控制数据时钟信号CLOCK的通讯协议可以如图1中控制数据和数据时钟图例所示，复位信号RESET、电源VCC和电源地GND与其它数字电位器用法相同，RA和RB之间的电阻值即为本发明数控高压电位器输出的电阻值。
如图2所示，N位数据串/并转换电路1的输入端接所述数控高压电位器输出阻值的控制数据SDIN和时钟输入信号CLOCK，其数据输出端接到N位数据锁存电路2的输入端作为N位数据锁存电路2的输入信号；同时计数器电路3的输入端也连接所述时钟信号CLOCK，所述计数器电路3的输出信号作为N位数据锁存电路2的输出控制信号；N位数据锁存电路2的输出作为开关控制网络4的输入用以控制N个开关器件的导通和关断，电阻并串联网络5的输出即为本发明数控高压电位器输出的电阻值。
N位数据串/并转换电路1将数字电位器输出阻值控制数据(N位)SDIN转换为N位并口数据，并且将得到的N位并口数据送到N位数据锁存电路2进行锁存；在N位数据串/并转换电路1进行数据转换的同时，计数器电路3对输入的时钟信号CLOCK进行计数，当计数器计数值计到2N时，计数器输出一使能信号控制N位数据锁存电路2将锁存的N位并口数据输出；此N位并口数据分别与所述开关控制网络4的N个开关器件的相对应，当数据位输出为高时，该位数据控制的开关不导通，当数据位输出为低时，该位数据控制的开关导通，此时所述电阻并串联网络5的N个顺序串联的电阻R1至RN输出即为数字控制高压电位器的输出电阻值，此值对应于所述输入数据SDIN呈线性关系变化，其电阻的精度由对应于控制数据最低位开关器件并联的电阻值R决定。
下面以实现256级数字控制高压电位器为例进行说明，由于要实现256级电阻可调，控制数据为8位，则上述的数据串/并转换电路1和数据锁存电路2都是8位，并且开关控制网络4的开关器件及与之并联的所述电阻并串联网络5的电阻也分别为8个。
上述8位数据串/并转换电路1、计数器电路3、8位数据锁存电路2和开关控制网络4的开关器件(8个串联的)由一块型号为X74-164的复杂可编程逻辑器件(CPLD)U1来实现，如图3所示。U1的脚21、32和41接VCC、脚10、23和31接GND、脚7和5分别接控制数据和时钟信号输入、脚24-29、34和35分别接控制数据输出Q0-Q7，脚39接RESET信号。
CPLD实现上述功能的原理电路如图4所示，8位数据串/并转换电路由芯片U2实现，8位数据锁存电路由芯片U4实现，计数器电路由芯片U3实现，控制数据SDIN、控制数据时钟信号CLOCK、复位信号RESET输入后各自先经过缓冲器IBUF缓冲，分别得到SDI、CLK和RSET信号，RSET再经过一级缓冲且取反后得到CLR；U2输入端A、输入端B、CK和CLR分别接SDI、VCC、CLK和CLR，U2的输出端QA-QH将分别得到将串口数据SDI转换成的并口数据QA的QA7-QA0；此8位数字信号分别接至锁存器U4的输入端D7-D0将该数据锁存；在数据SDI进行串/并转换和进行锁存的同时，计数器芯片U3对CLK信号进行计数，当计数值等于256时，U3的输出端Q0输出高电平，此高电平和RSET信号相或运算使OUT-CTL信号为高；这样OUT-CTL就会控制锁存器U4将锁存的数据QA从U4的Q7-Q0端输出，得到并口形式的数据QB，QB经过缓冲后得到数据QP，QP输出即为控制前面所述的8个开关器件的控制数据，它以并口Q7-Q0形式输出。
所述开关控制网络4的各开关器件，即OC1至OC8，其中各光敏三极管与所述电阻并串联网络5的电阻R1至R8的并串联连接关系如图5所示，开关控制采用光藕OC上的发光二极管实现，开关本身借助光藕上的三极管实现。光藕OC1至OC8中各发光的二极管阴极分别接CPLD的输出Q0至Q7，各发光二极管的阳极分别通过一电阻和VCC相接；光藕OC1至OC8的各该光敏三极管的集电极和发射极分别并联电阻R1至R8，该R1至R8电阻的取值分别为R、21R、...、27R，R的值即为电位器的分辨率；8个光藕和电阻分别并联后再串联，得到OC1的集电极即为数字控制高压电位器的RA端，OC8的发射极即为数字控制高压电位器的RB端，RA和RB之间的电阻即是数字控制高压电位器输出电阻。对于不同精度要求的数字控制高压电位器，可以选择不同的R值。由于光藕的耐压高，因此本发明可以使用于高电压情况下，特别地，可以选择更高耐压的光藕，本发明可以使用的电压范围更宽。
本发明采用CPLD对控制数据进行处理，而且外围开关控制及开关与电阻并联网络结构简单，可以方便地对电位器调整级数进行扩展，同时只须改变外围的电阻值，就可以改变数字电位器的分辨率。
本发明具有可以使用于高电压场合下这一其它数字电位器不可比拟的优点，它特别适合用于电力电子电路，其调整级数和电阻精度均可灵活变更。
本发明实施例使用的电子元器件的型号规格如下表：
  名称   符号   型号
  CPLD   U1   XC9536
  数据串并转换电路芯片   U2   X74-164
  计数器   U3   CB2RE
  数据锁存电路芯片   U4   FD8
  光耦合器   H11L1

Claims (8)

1.一种高压电位器数字控制阻值的方法，其特征在于：包括以下步骤：
①设置顺序串联的N个电阻，N大于或等于6；
②所述每个电阻分别并联能够隔离电位的一个开关器件；
③对所述各开关器件用于控制其开关状态的控制输入端实施并行数字控制，即首先对输入的串口信号进行串/并转换、将得到的N位并口数据进行锁存，并在进行串/并转换的同时进行计数，当计数值达到2N时，计数器输出信号使所述锁存的N位并口数据输出，该锁存并口数据的输出作为所述开关器件的控制输入，用以控制该开关器件的通断。
2.如权利要求1所述的高压电位器数字控制阻值的方法，其特征在于：所述各电阻的阻值分别为R，21R，...，2N-1R。
3.如权利要求1所述的高压电位器数字控制阻值的方法，其特征在于：所述开关器件是光耦合器件，其中用光敏三极管作为开关部，用发光二极管作为控制部，所述发光二极管阳极经各自的限流电阻接正电源，阴极引出线即为所述控制输入端。
4.如权利要求1所述的高压电位器数字控制阻值的方法，其特征在于：所述N等于8。
5.一种数控高压电位器，其特征在于：
包括N位数据串/并转换电路(1)、N位数据锁存电路(2)、计数器(3)、开关控制网络(4)和电阻并串连网络(5)，所述电阻并串连网络(5)的N个顺序串连的电阻分别与所述开关控制网络(4)的一个能够隔离电位的开关器件并联，所述N大于或等于6；
所述N位数据串/并转换电路(1)的两输入端连接控制所述数控高压电位器输出阻值的控制数据SDIN和时钟输入信号CLOCK，其数据输出端接到所述N位数据锁存电路(2)的输入端；所述计数器(3)的输入端也接到所述时钟信号CLOCK，计数器(3)的输出端接到所述N位数据锁存电路(2)的另一输入端；所述N位数据锁存电路(2)的输出作为所述开关控制网络(4)的各开关器件控制端Q的输入用以控制各开关器件的导通和关断，所述电阻并串连网络(5)的输出即为所述数控高压电位器输出的电阻值。
6.如权利要求5所述的数控高压电位器，其特征在于：所述开关控制网络(4)是N个光耦合器OC1至OCN，所述电阻并串连网络(5)之N个顺序串连的电阻分别并联在一个光耦合器OC的光敏三极管集电极和发射极之间，所述各光耦合器OC的发光二极管阳极经各自的限流电阻接控制电源Vcc，它们的阴极输出线Q0至Q(N-1)连接数据锁存电路的并行输出端。
7.如权利要求5所述的数控高压电位器，其特征在于：所述电阻并串连网络(5)之N个顺序串联的电阻，其阻值分别为R，21R，...，2N-1R。
8.如权利要求5或6所述的数控高压电位器，其特征在于：所述电阻和光耦合器的个数N等于8。
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