CN102510238B - 用于重复频率高压脉冲电源的程控脉冲发生器 - Google Patents

Abstract

一种用于重复频率高压脉冲电源的程控脉冲发生器，包括ARM微处理器(3)、主电源(5)、辅助电源(4)和功率放大电路(6)。所述的主电源(5)的主电源主体结构电路实现从交流220V电压输入，经整流、滤波、脉冲变压再变压调节，输出1-15V电压的功能。所述的主电源(5)的主电源电压控制电路实现主电源的功率因数校正和稳压控制的功能。主电源(5)的5V和1-15V的电压输出端通过引线连接到ARM微处理器(3)的供电引脚和数据接收引脚处，从ARM微处理器的I/O输出引脚连接到功率放大电路(6)的输入端。所述的辅助电源(4)对所述的5V和15V电压进行稳压控制，为ARM微处理器(3)和IGBT的驱动器提供电源，功率放大电路(6)为开关器件的驱动器提供触发信号。

Description

用于重复频率高压脉冲电源的程控脉冲发生器

技术领域

本发明涉及一种脉冲发生器。

背景技术

高压脉冲电源是通过能量的低速储存和高速释放的一种电源装置，通过各种形式开关的开通和关断，输出一定宽度、幅值和频率的高压脉冲。目前高压脉冲电源主要应用在气体放电、介质绝缘老化、脉冲射流机理等基础研究领域，以及材料表面改性、废水/气处理、杀菌消毒等工业应用领域。实验研究中需要改变脉冲的脉宽、频率、幅值等参数来分析各电源参数变化对不同放电形式的影响，工业应用中需要改变脉宽、频率、幅值等参数来应对不同的处理对象。而基于磁脉冲压缩的高压脉冲电源提高工作频率，必须通过多台电源并联延时运行，此多路可延时输出的脉冲发生器可以满足要求；基于半导体开关串联、Marx发生器、电源模块级联的高压脉冲电源提高脉冲电压，必须通过多个开关严格同时触发，此多路输出的脉冲发生器可以提供严格同步的多路信号。

脉冲发生器已发展多年，其中基于分频器和晶体振荡器来控制电路以及利用LC振荡电路产生脉冲的方法发展最早，其缺点是不容易产生比较窄的、形状比较好的的脉冲信号，这些发生器产生的脉冲还会有拖尾或反冲，直接影响着功率开关元件的安全可靠触发；而直接依靠简单的分立元件组合来产生脉冲信号的脉冲发生器，脉冲频率和脉冲幅值等又不易调节，如专利CN200510089523.9的“可编程同步脉冲发生器”，可以在时钟同步器中运行，采用相位检测和验证电路系统来保证脉冲边沿；依靠可编程嵌入式芯片产生较高要求的脉冲信号已成为最优选择—基于FPGA编程器件的发生器。以日本熊本大学Masahiro Akiyama等为代表成功应用在了磁脉冲压缩电源，为IGBT提供高频触发信号（Masahiro Akiyama,et al.,High-performance pulsed-power generator controlled by FPGA,IEEE Transaction onplasma science,2010,38(10):2588-2592）；基于CPLD编程器件的发生器，以中山大学林文富为代表，利用可编程逻辑器件成功实现了纳秒级脉冲信号发生器（林文富，基于PLD的纳秒级脉冲发生器，现代电子技术，2007（13）：58-59+62）；基于DSP编程器件的发生器，多作为电机运行的控制系统，但其连接液晶显示屏等外围设备时需要驱动电路，如中国专利200620028188.1的“基于DSP的液晶显示屏控制电路”，提供了一种稳定可靠的液晶显示屏控制电路方案，但是附加的驱动电路使整机体积较大。CN101383566A基于ARM芯片的发生器，利用ARM微控制器和嵌入式操作系统组成的嵌入式控制器控制超声波电机，但是该控制器只可输出两相四路脉冲信号。综上所述，ARM芯片处理速度快，可重复编写修改程序，不需要专门的驱动电路设计，整机体积小，外围电路简单，可满足丰富的脉冲触发要求。

发明内容

本发明的目的是克服已有技术所存在的缺点，提出一种新的程控脉冲发生器。本发生器基于ARM微处理器，ARM微处理器选用型号为STM32F103VET6，输出脉冲频率可以以1Hz为步长，在1Hz-30kHz之间进行调节；脉冲宽度能够以0.1μs的步长在1μs-30μs之间调节；脉冲幅值能够以0.1V的步长在1-15V之间进行调节；而且具有多路输出接口，每路之间可以在0-1ms范围内进行延时调节，最多可提供十路同步或延时触发信号，提供给多个开关同步触发或按照一定频率延时触发。本发明精度高，参数调节范围广，触发可靠，体积小，便于整机集成。

本发明主要包括主电源、辅助电源、ARM微处理器、功率放大电路等。主电源5V电压和1-15V变化的电压输出端通过引线连接到ARM微处理器的供电引脚和数据接收引脚处，显示屏和键盘通过插针连接到ARM微处理器的功能引脚处，从ARM微处理器的10路I/O输出引脚的引线连接到10路功率放大电路的输入端，最终用引线将放大功率后的脉冲用引线引出。辅助电源采用NXP公司电源控制芯片SSL1523，主电源采用将APFC控制和反激电路控制集成到一起的TEA1750T控制芯片，它是典型的电流型PWM控制芯片，能够实现1-15V的输出电压调节。本发明采用了ST公司的ARM微处理器，型号为STM32F103VET6，产生10路脉冲信号。10路脉冲信号后各加一级做功率放大电路，用来产生有一定功率的脉冲，驱动负载开关器件。其中，主电源5V输出端口与ARM微处理器的5V供电端连接，主电源的1-15V变压输出端OUT+与功率放大电路的上位电压端连接，ARM微处理器的信号输出口与功率放大电路的脉冲信号输入端口连接。

本发明多功能脉冲发生器的工作原理说明如下：

调节脉宽、频率、多路延时等参数通过I/O端口将命令传递给ARM微处理器，ARM微处理器进行数据处理后产生多路脉冲信号，脉冲信号从ARM微处理器的I/O端口输出，脉冲信号经过功率放大电路进行功率放大，输出具有一定功率的脉冲，输出脉冲幅值调节由主电源来完成，输出的功率脉冲传递给开关器件的驱动器，开关器件的驱动器驱动开关器件按照脉冲信号提供的脉宽、频率等参数实现开断。

本发明采用的可编程芯片ARM微处理器具有更加强大的外设功能，优越的实时性能，整机体积更小等优点。DSP、FPGA、CPLD等芯片接口外接LCD显示屏和控制键盘时需要比较复杂的外设驱动电路，ARM微处理器的端口输出可以直接连接LCD显示屏，LCD控制器已被集成到微处理器内，不需要任何的外围电路设计。ARM微处理器更适于操作系统，各种接口齐备，下载程序方便，便于升级；整个控制系统集成度高，具有完善的外设接口，便于扩展。

附图说明

图1为脉冲发生器的系统框图，图中：1键盘，2显示屏，3ARM微处理器，4辅助电源，5主电源，6功率放大电路；

图2为主电源主体结构电路图，图中：7交流源处理单元，8整流滤波单元，9控制信号采集单元，10变压直流输出单元；

图3为主电源电压控制电路图，图中：11TEA1750A控制单元，12变伏稳压控制单元；

图4为辅助电源电路图，图中：13SSL1523控制单元，14恒伏稳压控制，15恒伏直流输出单元；

图5为ARM微处理器电路图；

图6为功率放大电路图；

图7为程序控制策略框图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

如图1所示，本发明主要包括主电源5、辅助电源4、ARM微处理器3和功率放大电路6。

本发明发生器的工作过程为：从键盘通过传输线将命令传递给ARM微处理器3，同时所设置的参数数据通过显示屏2显示给使用者，ARM微处理器3在指令下产生多路脉冲信号，最多可有十路脉冲信号输出，可以调节十路脉冲信号相互之间的延时，由ARM微处理器3输出的脉冲信号经过功率放大电路6进行功率放大，输出脉冲幅值调节由主电源5来完成，输出的功率脉冲通过缆线输送给负载半导体开关器件如IGBT的专用驱动器，所述的驱动器对开关器件进行触发。

所述的主电源5包括主电源主体结构电路和主电源电压控制电路两个部分。主电源主体结构电路实现从交流220V电压输入经整流、滤波、脉冲变压再变压调节，输出1-15V电压的功能。主电源电压控制电路实现主电源的功率因数校正和稳压控制功能。辅助电源4通过芯片SSL1523调制产生5V和15V电压以及实现对此5V和15V电压的稳压控制，为ARM微处理器3、显示屏2以及功率放大电路6供电。ARM微处理器3电路产生十路脉冲信号，通过外接设备进行脉宽、频率、脉冲个数等参数的调节。功率放大电路6对ARM微处理器3所产生的脉冲信号进行功率放大，以满足负载开关的驱动器所需要的脉冲功率。

所述的辅助电源4的5V电压端与ARM微处理器3的供电引脚连接，其15V电压端与IGBT驱动器供电端连接，IGBT驱动器是由IGBT驱动芯片、驱动辅助电源、驱动外围电路及接插件组成的板卡级电路产品，功能旨在按照触发脉冲信号的脉宽和频率参数，调制产生IGBT所需要的具有一定功率与上升沿的驱动信号，其中15V电压端直接接在驱动辅助电源的输入端，供IGBT驱动器用电。主电源5的1-15V变电压输出端通过引线连接到ARM微处理器3的数据接收引脚端。显示屏2和键盘1通过插针连接到ARM微处理器3的功能引脚处。从ARM微处理器3的十路I/O输出引脚的引线连接到功率放大电路6的输入端，最终将放大功率后的脉冲用引线引出。外接半导体开关器件的驱动器作为负载。

图2所示为主电源5的主电源主体结构电路图。主电源5的主电源主体结构电路包括交流源处理单元7、整流滤波单元8、控制信号采集单元9和变压直流输出单元10。各单元之间连接关系及输入输出关系描述如下：所述的交流源处理单元7的输出通过整流桥BD1的第三和第四节点与整流滤波单元8连接，控制信号采集单元9从整流后的主干线上采集信号进行处理，场效应管Q1的栅极信号PFCdrv、源极信号PFCsen作为图3所示的主电源5的主电源电压控制电路的TEA1750A控制单元11中功率因数校正(PFC)的输入，同时TEA1750A控制单元11的PFCaux输出信号作为整流滤波单元8的校正反馈信号，TEA1750A控制单元11的PFCaux与第二十四电阻R13的一端连接，第二十四电阻R13的另一端与控制信号采集单元9中第一变压器L3的第八引脚连接。控制信号单元9从变压直流输出单元10的第二变压器T1原边采集信号FBdrv、FBsens、Vccp1作为图3所示主电源电压控制电路中TEA1750A控制单元11中反激变换的输入。变压直流输出单元10中的第十七电阻R38两端电压15IS和第十八电阻R42两端电压Vos作为图3所示主电源电压控制电路中变伏稳压控制单元12中电压比较电路的信号输入。第十八电阻R42上获得稳定的电压，通过滑动变阻器R45调节第九电容C31两端电压，输出端+OUT的电压也被稳定在一定值。经整流滤波单元8整流后主干路电压Vpfc作为图4所示辅助电源电路中SSL1523控制单元13的输入，通过芯片SSL1523对电压进行调制。

如图2所示，各单元内部器件连接方式如下：220V交流火线输入端接保险管F1一端，保险管F1另一端接第十二电容C1的一端，第十二电容C1的另一端与零线输入端连接。第十二电容C1的一端与共模抑制线圈LF1第四引脚连接，第十二电容C1的另一端与共模抑制线圈LF1的一端连接，共模抑制线圈LF1的第三引脚与均压电容CY1的一端连接，共模抑制线圈LF1的另一端与均压电容CY2的另一端连接，均压电容CY1的另一端与均压电容CY2的一端及地电位连接。均压电容CY2的另一端与滤波电感L1的一端连接，滤波电感L1的另一端与第一分压电阻R4的第二个引脚连接，第一分压电阻R4的一端与第二分压电阻R3的另一端连接，第一分压电阻R4的一端与滤波电感L1的另一端连接，第二分压电阻R3的一端与均压电容CY1的一端连接。整流桥BD1的第二引脚接地电位，整流桥BD1的第四引脚接第二分压电阻R3一端，整流桥BD1的第三引脚与滤波电感L1另一端连接，整流桥BD1的第一引脚与第一电阻电阻Ri1一端连接，第一电阻电阻Ri1的另一端与第一滤波电容Ci2的一端连接，第一滤波电容Ci2的另一端与地电位连接。第一变压器L3的第一引脚与第一滤波电容Ci2的一端连接，第一变压器L3的第十引脚与地点为连接，第一变压器L3的第四引脚与第一二极管D1的阳极连接，第一变压器L3的第八引脚与上拉第二电阻R13连接；第一二极管D1的阴极与第二滤波电容C8和第三滤波电容C11的一端连接，第二滤波电容C8的另一端和第三滤波C11的另一端与地电位连接，第一二极管D1的阳极同时与第一场效应管Q1的漏极连接，第一场效应管Q1的栅极和第三电阻R5和第四电阻R7的一端连接并且与第二二极管D2的阳极连接，第一场效应管Q1的源极与第五电阻R9和第六R19的一端连接。第三电阻R5、第六电阻R19、第二滤波电容C8和第三滤波电容C11的另一端分别与地电位连接。第三滤波电容C11的一端与分压第三分压电阻R20的一端和第八电阻R26的一端连接，第三分压电阻R20的另一端与第九电阻R21的一端连接，第九电阻R21的另一端与第四分压电阻R22的一端连接，第四分压电阻R22的另一端与地电位连接。第四分压电阻R22的一端与第一电容C3的一端连接，第一电容C3的另一端与地电位连接。第二电容C14的一端与第八电阻R26的一端和第二变压器T1的第2引脚连接，第二电容C14的另一端与第三二极管D4的阴极和第八电阻R26的另一端连接，第三二极管D4的阳极与第三电容C5的一端、第二场效应管Q2的漏极和第二变压器T1的第一引脚连接，第二场效应管Q2的栅极与第九电阻R6的一端、第十电阻R14的一端和第四二极管D5的阳极连接，第二场效应管Q2的源极与第十一电阻R31一端、第三电容C5的另一端、第四电容C9的一端和第十二电阻R16的一端连接，第十一电阻R31的另一端与地电位连接。第二变压器T1的第五引脚与开关JP1的一端连接；第二变压器T1的第十引脚与第十二电阻R34的一端、第五二极管D7的阳极连接；第二变压器T1的第六引脚与第十三电阻R38的一端、第十四电阻R77的另一端和零电位连接；第二变压器T1的第三引脚与第十五电阻R61的一端和第六二极管D3的阳极连接；第二变压器T1的第四引脚与第五电容C37的另一端、第六电容C36的另一端和低电位连接。第十五电阻R61的另一端与第五电容C37的一端连接。第六二极管D3的阴极与第六电容C36的一端、第一稳压管D6的阴极、第七电容电容C10的一端和第七二极管D19的阴极连接。第十二电阻R34的另一端与第八电容C20的一端连接。第八电容C20的另一端与第五二极管D7的阴极、第九电容C31的一端、第十六电阻R41的一端和输出端口高电位OUT+端连接。第九电容C31的另一端与第十七电阻R38的另一端、第十八电阻R42的另一端、输出口低电位OUT-端和零电位连接。第十六电阻R41的另一端与可变第十九电阻R45的一端连接，第十八电阻R42的一端与可变电阻R45的另一端连接，可变电阻R45的一端与其滑动端连接，第十八电阻R42的一端与第十九电阻R71的另一端连接。

图3为主电源5电压控制电路图。主电源5电压控制电路包括TEA1750A控制单元11和变伏稳压控制单元12。各单元之间连接关系及输入输出关系描述如下：变伏稳压控制单元12通过光电三极管U1的第四引脚将控制信号送给TEA1750A控制单元11的TEA1750A芯片的第三引脚控制信号FBctrl端。所述的TEA1750A控制单元11的FBaux输出信号作为图2所示主电源5的主体结构电路中整流滤波单元8的反激反馈信号，反馈到图2所示主电源5的主体结构电路第二变压器T1的第三引脚，进行反激控制。图2所示主电源5的主体结构电路中变压直流输出单元10中的第十七电阻R38两端电压15IS和第十八电阻R42两端电压Vos分别与变伏稳压控制单元12中的参考电压Vref进行比较，通过比较后的控制信号FBctrl反馈回TEA1750A控制单元11进行控制。

如图3所示，TEA1750A单元11的具体连接方式为：TEA175A的一端与第七电容C10的一端连接；TEA175A的第二引脚接地电位；TEA175A的第三引脚与第二十电阻R28的一端、第十电容C6的一端和光电三极管U1第四引脚连接；第四引脚与第二十一电阻R25的一端连接；TEA175A的第五引脚与第十一电容C7一端连接；TEA175A的第六引脚与第二十二电阻R27一端以及第十二电容C1一端连接；TEA175A的第七引脚与第十三电容C18一端、第十四电容C15一端和第二十三电阻R2一端连接；TEA175A的第八引脚与第二十四电阻R13另一端连接；TEA175A的第九引脚与第十五电容C3一端连接；TEA175A的第十引脚与第二十五电阻R23另一端连接；TEA175A的第十一引脚与第二十六电阻R11另一端连接；TEA175A的第十二引脚与第二十七电阻R8另一端连接；TEA175A的第十三引脚与第二十八电阻R15另一端连接；TEA175A的第十四引脚和第十五引脚置空；TEA175A的第十六引脚与第二十九电阻R24另一端连接。

如图3所示，TEA1750A控制单元11的外围电路连接如下：第一稳压管D6的阳极与第七电容C10另一端和地电位连接；第三十电阻R28另一端与第十六电容C13一端连接；第十电容C6另一端与第十六电容C13另一端和地电位连接；第二十一电阻R25另一端与第十二电阻电阻R16一端连接；第十一电容C7另一端与第十四电容C15另一端、第十三电容C18另一端和地电位连接；第二十二电阻R27另一端与第十六电容C16一端连接；第十七电容C12另一端与第十六电容C16另一端和地电位连接；第二十五电阻R23一端与第四电容C9另一端和第十二电阻R16另一端连接；第二十六电阻R11一端与第十八电容C2另一端和第五电阻R9另一端连接；第二十七电阻R8一端与第四电阻R7另一端和第二二极管D2阴极连接；第二十八电阻R15一端与第十电阻R14另一端和第四二极管D5阴极连接；第二十九电阻R24一端与开关JP1一端连接。

如图3所示，变伏稳压控制单元12电路连接方式具体为：光电三极管U1第三引脚与地电位连接，光电三极管U1的第一引脚与第三十电阻R62另一端连接，光电三极管U1的第二引脚与第四二极管D5的阳极连接，也和第八二极管D16阳极连接；第四二极管D5和第八二极管D16并联。第三十电阻R62一端与Vcc连接。LM324的第一引脚与第十八电容C46一端连接，并和第十九电容C21一端连接；LM324的第二引脚与第三十一电阻R10另一端、第十九电容C21另一端、第二十电容C52一端，以及第十九电阻R71一端连接；LM324的第三引脚与第三十一电阻R79一端和第三十二电阻R63一端连接，LM324的第四引脚与第二十一电容C51一端和Vcc连接，LM324的第十一引脚与零电位连接，LM324的第五引脚与第三十三电阻R75一端和第三十四电阻R73一端连接，第六引脚与第三十五电阻R12另一端、第二十一电容C26另一端，以及第三十六电阻R70另一端连接，第七引脚与第八二极管D16的阴极、第二十二电容C47一端，以及第二十一电容C26一端连接；LM324的第十二引脚与第三十七电阻R83一端连接，LM324的第十三引脚与第三十八电阻R85一端、第三十九电阻R84一端、第四十电阻R18另一端，以及第二十三电容C27另一端连接；LM324的第十四引脚与第二十四电容C50一端、第二十三电容C27一端，以及第九二极管D20的阴极连接；LM324的第十引脚与第四十一电阻R76一端连接，并和第四十二电阻R74一端连接；LM324的第九引脚与第四十三电阻R17另一端、第二十六电容C30另一端，以及第四十四电阻R72一端连接；LM324的第八引脚和第二十五电容C48一端、第二十六电容C30一端，以及第十二极管D21的阴极连接。第三十一电阻R10一端与第十八电容C46另一端连接。第二十一电容C51另一端、第二十电容C52另一端和第三十二电阻R63一端与零电位连接。第二十二电容C47另一端与第三十五电阻R12一端连接。第三十四电阻R73另一端与第十四电阻R77一端、第二十三电容C53一端连接。第三十六电阻R70另一端和第二十三电容C53另一端连接。第十四电阻R77另一端与零电位连接。第二稳压管U4一端与第八引脚、第四十五电阻R80另一端、第二十七电容C54一端、第三十一电阻R79另一端，以及第三十三电阻R75另一端连接，LM324的第六引脚与第二十七电容C54另一端和零电位连接。第四十五电阻R80一端与Vcc连接。

图4为辅助电源4的电路原理图。辅助电源4包括SSL1523控制单元13，恒伏稳压控制单元14，恒伏直流输出单元15。各单元之间连接关系及输入输出关系描述如下：图2所示主电源5的主体结构电路中，整流滤波单元8滤波后主干路电压Vpfc与SSL1523控制单元13的DRAIN两个端子作为恒伏直流输出单元15第三变压器T2的一个输入原边，控制产生15V电压，SSL1523控制单元13的AUX端子作为第三变压器T2的另一输入原边，控制产生5V电压，对5V电压输出进行稳压反馈控制。恒伏直流输出单元15的第二十八电容C58电压和第四十六电阻R82电压作为反馈信号，输入到恒伏稳压控制单元14的比较器负端，与参考电压Vref进行比较，然后将比较获得的控制信号返回到SSL1523控制单元13的VCC段进行稳压控制。由于5V输出和15V输出同处第三变压器T2，5V稳压即可保证15V稳压输出。其中，图2所示主电源5主体结构电路中变压直流输出单元10的输出+OUT与功率放大电路6的1-15V端连接，恒伏直流输出单元15的5V输出端与ARM微处理器3电路中的所有5V供电端连接，ARM微处理器电路中的十路脉冲信号通过端子J7的1-10引脚与功率放大电路6的脉冲信号端连接，功率放大电路6的输出十路功率脉冲即为最终获得的具有一定功率的脉冲。

如图4所示，SSL1523控制单元13的电路连接具体为：SSL1523的第一引脚与第三稳压管Zs1的阴极、第七二极管D19的阳极、第二十九电容Cs4一端、第三十电容C17一端、第四十六电阻Rs9一端，以及光电三极管U2的第四引脚连接；SSL1523的第二引脚与地电位连接；SSL1523的第三引脚与第四十七电阻Rs6一端连接，并和第三十一电容Cs6一端连接，第四引脚与第三稳压管Zs1的阳极、第三十二电容Cs5一端、光电三极管U2的第三引脚，以及第四十八电阻Rs10一端连接；SSL1523的第五引脚与第四十九电阻Rs8一端连接；SSL1523的第六引脚与第五十电阻Rs7一端连接；SSL1523的第八引脚与第十二二极管D22的阳极连接，并和第三变压器T2第三引脚连接。第四十七电阻Rs6的另一端、第三十一电容Cs6另一端、第五十电阻Rs7另一端、第三十二电容Cs5另一端和地电位连接。第三变压器T2的第一引脚与第三滤波电容C11一端、第三十三电容C56一端、第五十一电阻R81一端，以及第五十二电阻R29一端连接；第三变压器T2的第五引脚与第四十九电阻Rs8另一端连接，并和第十三二极管Ds1的阳极连接；第三变压器T2的第六引脚与地电位连接；第三变压器T2的第七引脚与第四十六电阻R82一端连接，并和第五十电阻R78另一端连接；第三变压器T2的第八引脚与第十四二极管D8一端连接；第三变压器T2的第九引脚与第三十四电容C59另一端和零电位连接；第三变压器T2的第十引脚与第十四二极管D9阳极连接。

如图4所示，恒伏直流输出单元15的电路连接具体为：第二十九电容Cs4另一端和第三十电容C17另一端与地电位连接。第四十六电阻Rs9另一端与第十三二极管Ds1的阴极连接。第十二二极管D22的阴极与第三十三电容C56另一端、第五十一电阻R81另一端，以及第五十二电阻R29另一端连接。第三十四电容C59一端和第十四二极管D9的阴极和输出端+15Vcc连接。其中滤波电感L6的一端与第三十五电容C57一端连接，并和第十四二极管D8的阴极连接；另一端与第二十八电容C58一端连接，并和输出端+5V连接。第二十八电容C58另一端与第三十五电容C57另一端、第四十六电阻R82另一端，以及零电位连接。

如图4所示，恒伏稳压控制单元14的电路具体为：光电三极管U2的第一引脚与第五十三电阻R65另一端连接，光电三极管U2的第二引脚与第九二极管D20的阳极连接，并和第十二极管D21的阳极连接。第四十八电阻Rs10的一端与地电位连接，第四十八电阻Rs10的另一端与第三十二电容Cs5另一端连接。第五十三电阻R65的一端与电源端+15Vcc连接。第四十电阻R18的一端和第二十四电容C50的另一端连接。第四十三电阻R17的一端与第二十五电容C48另一端连接。第三十七电阻R83的另一端、第四十一电阻R76的另一端与第二十七电容C54的一端连接。第三十八电阻R85的另一端与输出口+5V连接。第三十九电阻R84的另一端与零电位连接。第五十电阻R78的一端与第四十二电阻R74另一端的和第三十六电容C55一端连接。第三十六电容C55另一端与第四十四电阻R72和零电位连接。

如图5所示为ARM微处理器电路图。图中各器件连接方式为：芯片STM32F103VET6的外围电路中，STM32F103VET6的第20、19、74、99、49、27、10引脚分别与3.3V供电端和第三十七电容C08一端连接；STM32F103VET6的第6、100、50、28、11、22、21引脚分别与地电位连接；STM32F103VET6的第037引脚与第五十四电阻R011另一端连接，STM32F103VET6的第12引脚与第五十五电阻R030一端、晶振Y1一端，以及第三十八电容C01另一端连接；STM32F103VET6的第13引脚与第五十五电阻R030另一端、晶振Y1另一端和第三十九电容C02另一端连接；STM32F103VET6的第14引脚与第五十六电阻R026另一端连接，并和第四十电容C07另一端连接；STM32F103VET6的第94引脚与第五十七电阻R025另一端连接；STM32F103VET6的第31引脚与第五十八电阻R01另一端连接；STM32F103VET6的第35引脚与第五十九电阻R02另一端连接；STM32F103VET6的第36引脚与第六十电阻R03另一端连接；STM32F103VET6的第92引脚与第六十一电阻R04另一端连接；STM32F103VET6的第93引脚与第六十二电阻R05另一端连接；STM32F103VET6的第95引脚与第六十三电阻R06另一端连接；STM32F103VET6的第23引脚与第六十四电阻R07另一端连接；STM32F103VET6的第24引脚与第六十五电阻R08另一端连接；STM32F103VET6的第25引脚与第六十六电阻R09另一端连接；STM32F103VET6的第26引脚与第六十七电阻R010另一端连接；STM32F103VET6的第97、98、1、2、3、4、5、38引脚分别与键盘（KEY）J1的1～8引脚连接；STM32F103VET6的第68引脚与第六十八电阻R027一端连接；STM32F103VET6的第69引脚与第六十九电阻R028一端连接；STM32F103VET6的第31、35、36、92、93、95、23、24、25、26引脚为脉冲信号输出端，分别与功率放大电路6的脉冲信号输入端连接；STM32F103VET6的第59引脚与第七十电阻R012另一端连接；STM32F103VET6的第58引脚与第七十一电阻R013另一端连接；STM32F103VET6的第88、87、86、85、84、83、82、81引脚分别与第七十二电阻R014、第七十三R015、第七十四R016、第七十五R017、第七十六R018、第七十七R019、第七十八R020、第七十九R021的一端连接；STM32F103VET6的第15引脚与第四十一电容C012一端和第八十电阻R031一端连接；STM32F103VET6的第55、56、57引脚分别与第八十一电阻R022、第八十二R023、第八十三R024另一端连接。

其他外围电路连接为：第五十四电阻R011一端与地电位连接，第三十八电容C01和第三十九电容C02的一端分别与地电位连接，第四十电容C07一端与地电位连接，第五十六电阻R026一端与3.3V电位端连接。下载程序时第五十七电阻R025一端与3.3V电位端连接，触发工作时候第五十七电阻R025一端与地电位连接。第五十八电阻R01、第五十九电阻R02、第六十电阻R03、第六十一电阻R04、第六十二电阻R05、第六十三电阻R06、第六十四电阻R07、第六十五电阻R08、第六十六电阻R09、第三十一电阻R10一端分别与5V电位端连接，第六十八电阻R027另一端与转换器UART-TTL第2引脚连接，第六十八电阻R028另一端与转换器UART-TTL第3引脚连接，转换器UART-TTL第1引脚与5V电位端连接、第4引脚与地电位连接，第七十二电阻R014、第七十三电阻R015、第七十四电阻R016、第七十五电阻R017、第七十六电阻R018、第七十七电阻R019、第七十八电阻R020、第七十九电阻R021、第八十一电阻R22、第八十二电阻R23、第八十三电阻R24的另一端分别于5V电位端连接，第八十电阻R031另一端与第八十四电阻R033一端和第八十五电阻R032一端连接，第八十四电阻R033另一端与第四十一电容C012另一端和地电位连接，第八十五电阻R032另一端与脉冲信号输出端第13引脚连接。由芯片LM1117完成电压5V到电压3.3V的转换，其连接方式为：LM1117的第1引脚与第四十二电容C05另一端、第四十三电容C03另一端，以及地电位连接；LM1117的第2引脚与第4引脚、第四十四电容C06一端、第四十五电容C04一端，以及3.3V电位端连接；：LM1117的第3引脚与第四十二电容C05一端、第四十三电容C03一端和5V电位端连接,第四十四电容C06另一端与第四十五电容C04另一端和地电位连接。

图6所示为功率放大电路6。由于ARM微处理器3的I/O输出的TTL脉冲信号电流很小，所以十路信号要分别经过功率放大电路进行功率放大，先经过两级电流放大，然后采用一级OCL功率放大电路，其中功率脉冲电压由1-15V变幅电压决定，脉冲频率和脉宽由ARM微处理器3输出的脉冲信号决定。功率放大电路共有十路，其中单路功率放大电路的具体电路连接如下：第三十六电阻R70的一端与3.3V脉冲信号连接，第三十六电阻R70的另一端与三极管Q5的基极连接。三极管Q5的集电极与三极管Q6的基极和第八十六电阻R71另一端连接；三极管Q5的发射极与三极管Q6的发射极、三极管Q9的集电极、第三十三电阻R75另一端，以及地电位连接。三极管Q6的集电极与第三十四电阻R73一端连接，并和第四十四电阻R72另一端连接。三极管Q9的基极与第三十四电阻R73的另一端连接，并和三极管Q7的基极连接。三极管Q7的集电极与第四十四电阻R72的一端、第八十六电阻R71的一端，以及输出端口高电位OUT+连接；三极管Q7的发射极与三极管Q9的发射极连接，并和第四十二电阻R74一端连接。第四十二电阻R74另一端与第三十三电阻R75一端连接，并和功率脉冲输出端连接。

图7所示为程序控制总框图。系统上电后，程序自动进行数据初始化，使用者即可以通过键盘1调节参数，系统读取所修改参数进行计算，等待启动命令。主程序通过硬件电路接收主电源6传送来的1-15V电压进行A/D转换，然后显示在显示屏2上；系统读取用户所设置的脉宽和频率参数，基于晶振频率进行计算，把数据传送到寄存器中；输出脉冲个数和工作时间会有一个求最大的计算，实际输出脉冲个数是所设置的脉冲个数和脉冲频率乘以脉冲时间两者较大的个数，将脉冲个数存于计数器中。各路延时策略采用“顺序延时”方式，设置每路延时都是相对于上一路脉冲而言，即本路所延时时间为前几路延时时间之和，对于提高负载频率的应用中，可以设置十路总延时时间为一个脉冲周期，负载并联运行时可以整体提高10倍的工作频率。待计数器计数结束，脉冲停止输出，发生器停机。

本发明的程控脉冲发生器可以为多个开关器件同步或是延时触发提供脉冲信号，尤其使磁脉冲高压脉冲电源并联运行提高频率和基于IGBT串联的高压脉冲电源提高同步触发性能成为可能。该发明成本低，程序修改下载简单，成品体积小，便于集成到负载设备当中，满足各种需要提供脉冲信号设备关于频率、脉宽、幅值、尤其是多路延时可调等参数的需求。

Claims (3)

1.一种用于重复频率高压脉冲电源的程控脉冲发生器，所述的程控脉冲发生器包括ARM微处理器（3）、主电源（5）、辅助电源（4）和功率放大电路（6）；所述的主电源（5）包括主电源主体结构电路和主电源电压控制电路；所述的主电源主体结构电路实现从交流220V电压输入，经整流、滤波、脉冲变压再变压调节，输出1-15V电压的功能；所述的主电源电压控制电路实现主电源的功率因数校正和稳压控制的功能；主电源（5）的5V和1-15V的电压输出端通过引线连接到ARM微处理器（3）的供电引脚和数据接收引脚处，从ARM微处理器的I/O输出引脚连接到功率放大电路（6）的输入端；所述的辅助电源（4）调制产生5V和15V电压，以及对所述的5V和15V电压进行稳压控制，为ARM微处理器（3）和IGBT的驱动器提供电源，功率放大电路（6）产生的功率脉冲为开关器件的驱动器提供触发信号，其特征在于，所述的主电源（5）的主体结构电路包括交流源处理单元（7）、整流滤波单元（8）、控制信号采集单元（9）和变压直流输出单元（10）；交流源处理单元（7）的输出通过整流桥DB1的第三和第四节点与整流滤波单元（8）连接；控制信号采集单元（9）从整流后的主干线上采集信号进行处理，通过场效应管Q1的栅极信号PFCdrv、源极信号PFCsen作为主电源电压控制电路中TEA1750A控制单元(11)中功率因数校正的输入，同时TEA1750A控制单元（11）的PFCaux输出信号作为整流滤波单元（8）的校正反馈信号，TEA1750A控制单元（11）的PFCaux输出信号与第二十四电阻（R13）的一端连接，第二十四电阻（R13）的另一端与控制信号采集单元（9）中第一变压器（L3）的第八引脚连接；控制信号采集单元（9）从变压直流输出单元（10）的第二变压器（T1）的原边采集信号FBdrv、FBsens、Vccp1，所述的采集信号FBdrv、FBsens、Vccp1作为主电源电压控制电路中TEA1750A控制单元（11）的反激变换的输入；变压直流输出单元（10）中的第十七电阻（R38）两端电压15IS和第十八电阻（R42）两端电压Vos作为主电源电压控制电路的变伏稳压控制单元（12）电压比较电路的信号输入，分别与变伏稳压控制单元（12）中的参考电压Vref进行比较，通过比较后的控制信号FBctrl反馈回TEA1750A控制单元（11）进行控制，第十八电阻（R42）上获得稳定的电压，通过滑动变阻器（R45）调节第九电容（C31）两端电压，稳定输出端+OUT的电压。

2.按照权利要求1所述的用于重复频率高压脉冲电源的程控脉冲发生器，其特征在于，所述的主电源（5）的主电源电压控制电路包括TEA1750A控制单元（11）和变伏稳压控制单元（12）；变伏稳压控制单元（12）通过光电三极管U1的第四引脚将控制信号送至TEA1750A控制单元（11）的TEA1750A芯片的第三引脚控制信号FBctrl端；所述的TEA1750A控制单元（11）的FBaux输出信号作为主电源（5）的主体结构电路中整流滤波单元（8）的反激反馈信号，反馈到所述的主体结构电路第二变压器T1的第三引脚，进行反激控制；主电源（5）的主体结构电路中变压直流输出单元（10）中的第十七电阻（R38）两端电压15IS和第十八电阻（R42）两端电压Vos分别与变伏稳压控制单元（12）中的参考电压Vref进行比较，通过比较后的控制信号FBctrl反馈回TEA1750A控制单元（11）进行控制。

3.按照权利要求1所述的用于重复频率高压脉冲电源的程控脉冲发生器，其特征在于，所述的辅助电源（4）包括SSL1523控制单元（13），恒伏稳压控制单元（14）和恒伏直流输出单元（15）；所述的整流滤波单元（8）滤波后主干路电压Vpfc与SSL1523控制单元（13）的DRAIN两个端子作为恒伏直流输出单元（15）第三变压器（T2）的一个输入原边，控制产生15V电压，SSL1523控制单元（13）的AUX端子作为第三变压器（T2）的另一输入原边，控制产生5V电压，对5V电压输出进行稳压反馈控制；恒伏直流输出单元（15）的第二十八电容（C58）的电压和第四十六电阻（R82）的电压为反馈信号，输入到恒伏稳压控制单元（14）的比较器负端，与参考电压Vref进行比较，然后将比较获得的控制信号返回到SSL1523控制单元（13）的VCC段进行稳压控制。

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