CN103869862A

CN103869862A - 一种用于超声检测仪器脉冲激励电路供电的宽范围输出稳压电源方案

Info

Publication number: CN103869862A
Application number: CN201410095589.8A
Authority: CN
Inventors: 肖定国; 徐春广; 邵甲蒙; 任慧玲; 周世圆; 王巨琛
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2014-03-14
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2014-06-18

Abstract

本发明的目的是研制一种广泛适用于不同的超声检测对超声收发系统的需求的宽范围数字可调输出电压的稳压电源方案，输出电压可实现20V～500V连续可调。电源方案包括了数字信号控制器、D/A转换器、PWM控制器、升压拓扑电路和反馈信号引出电路。输出稳压电压由全数字化控制，使用了新的参考电压值来实现较大范围的输出电压设置，拓展了开关电源的使用空间，满足超声检测仪器激励脉冲电路供电要求。

Description

一种用于超声检测仪器脉冲激励电路供电的宽范围输出稳压电源方案

一、技术领域：

本发明涉及一种新型高性能连续可调的宽范围输出稳压电源方案，可用于超声检测仪器脉冲激励电路的高压供电电源，适用于台式或板卡式超声收发仪器，使仪器产生的激励超声换能器的脉冲的电压幅值在较宽范围内连续可调，以满足不同条件下的超声检测需求。

二、背景技术：

超声检测作为无损检测领域的重要方法，因其具有灵敏度高、穿透性强、指向性好、成本低廉、对人体无害等优点而广泛用于工业和医疗等领域。

超声检测技术应用十分广泛，就使得超声激励也需要满足不同检测情形下的检测要求。一些材料，比如复合材料，超声在其中传播过程中会因为材料对超声能量的大量的吸收而急剧的衰减掉，这就使可检测的厚度范围大大缩小。需要通过提升激励脉冲的能量来增大超声换能器所产生的超声波的能量来扩大可检测厚度，因为脉冲宽度受限于换能器的中心频率而不可随意调节，故最有效的方法则是提升激励脉冲的幅值，即提高超声检测仪器脉冲产生电路的电源幅值，一般可以达到500V左右。然而在另一些情况下，比如检测金属材料时，因为金属材料对超声波能量的吸收较少，使得换能器接收到的回波峰值很大，实测可以达到峰峰值30V的信号，使接收放大器严重饱和。需要降低激励电压来使仪器正常工作，激励电压可能只需要十几到几十伏的级别。这就要求超声激励电路有较宽的可调且稳定的供电电源。

三、发明内容：

本发明的目的是研制一种广泛适用于不同超声检测仪器激励脉冲电路的宽范围可数字控制输出电压的稳压电源方案，输出电压可实现20V～500V连续可调。

本发明的目的是这样实现的：

用于超声检测的新型宽输出稳压电源方案包括了数字信号控制器、D/A转换器、PWM控制器、升压拓扑电路和反馈信号引出电路，如图2所示。

数字信号控制器产生数字控制信号，经由数模转换器得到模拟控制电压。该控制电压经与PWM控制器的参考电压的引脚相连，作为其新的参考电压，并防止了因与控制器内部的参考电压的差值可能造成的功耗或损害。脉冲宽度调制控制器组合升压拓扑电路实现升压功能，得到负电压。反馈信号引出电路建立了输出负电压与反馈电压间的关系，且保证了反馈电压为正值。反馈电压与新产生的参考电压由PWM控制器处理，以稳定输出的电压值，同时也实现了输出电压的可调。

本发明的有益效果是：采用本发明方法实现的稳压电源，由全数字化控制，可实现较大范围的输出电压设置，满足超声检测仪器激励脉冲电路供电要求。

四、附图说明：

附图1为该电源方案的原理框图。

附图2为该电源方案的硬件电路图。

五、具体实施方式：

下面对本发明的具体电路方案进行详细说明：

宽范围输出稳压电源电路主要包含脉宽调制器、升压拓扑电路、反馈电压引出电路和D/A转换电路。它们之间的连接方式如附图2所示。

该电源方案中，脉宽调制器的调制脉冲的频率由电阻R3确定；调制器的脉冲输出通过P型MOSFETQ1和N型MOSFETQ2被反相，脉宽调制器输出为高电平时，Q2导通而Q1截止，则并联的P型MOSFETQ3、Q4的栅极电压低于源极而导通，同样也分析调制器输出为低时Q3、Q4截止。

Q3、Q4导通时，12V电源通过R5和Q3、Q4对电感L1进行能量存储，流经电感L1的电流增大；而当Q3、Q4截止时，存储在电感L1里的能量则会通过二极管D1和电阻R5流向储能电容C4，对电容C4充电，同时为负载进行供电。电流感应电阻R5以及电阻R4和滤波电容C3构成的限流功能限制了流经电感L1和Q3、Q4的最大电流。

反馈电压引出电路则包括NPN型三极管Q5、PNP型三极管Q4、电阻R6、R7、R8、R9、R10和电容C2。反馈电压引出电路中，流过电阻R8的电流完全由输出电压和R8的阻值决定，而流经R7的电流几乎与之相等。所以Q6的基极处的电压是12V减去在R7上的压降的电压值，进而Q6形成了一个受基极电压和R9的阻值决定的电流源。该电流源产生的电流流经R10即产生和负高压幅值成线性关系的正的反馈电压。反馈电压通过电阻R6连接至PWM控制器的FB引脚，COMP引脚与FB引脚通过0.1nF的电感相连接。

数字信号控制器和D/A转换器得到了新的参考电压值。本宽输出稳压电源中数字信号控制器采用FPGA实现。在电源电压为+5V时，D/A转换器的输出可以在0V～5V之间。PWM控制器中VREF引脚内部设有4V稳压参考电压，为了当新的参考电压与内部参考电压存在压差时依然可以正常工作且不会造成大的功耗，采用50欧姆电阻R1与之相连。这样也可以保障VREF引脚处真实的电压值与新参考电压的吻合。

该新型宽输出稳压电源经过实验验证，可以输出20V～500V连续可调的稳定电压，用于超声检测时电源的效率在85%以上。

Claims

1.一种用于超声检测的新型宽输出稳压电源方案，其特征在于：由数字信号控制器、D/A转换器、PWM控制器、升压拓扑电路和反馈信号引出电路组成。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：通过数字信号控制器和D/A转换器产生数字可控的电压作为PWM控制器的新的参考电压值，实现了宽范围可调电压功能，新参考电压与PWM控制器原参考电源通过50Ω电阻连接，保证了系统的安全性。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：升压拓扑电路开关MOSFET使用双管并联，提高了允许通过的电流值，增大了稳压电源的可输出功率值，适和于超声检测变负载的情形。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：反馈信号引出电路将负输出电压与正参考电压之间建立了线性关系，实现了输出电压值的可控性。