CN112600523A - 一种电压调整电路、电信号处理方法及微控制器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电压调整电路、电信号处理方法及微控制器，用以简化设备内高压的检测过程。该电压调整电路包括：感测装置，与设备的数字地及所述差分比例运算电路连接，用于感测所述设备内的高压以产生电信号；差分比例运算电路，与所述采集电路连接，用于调整所述电信号；采集电路，用于采集所述差分比例运算电路输出的电信号，并基于所述电信号所表征的电压值调整所述高压产生装置的输出电压。采用本申请所提供的方案，无需串联大体积万用表装置即可实现对高压的检测，简化了检测过程。其次，采集电路可以基于设备内的高压调整所述高压产生装置的输出电压，从而实现了设备内的高压场进行自适应调整。

Description

一种电压调整电路、电信号处理方法及微控制器

技术领域

本申请涉及电子技术领域，特别涉及一种电压调整电路、电信号处理方法及微控制器。

背景技术

负离子发生器是一种生成空气负离子的装置，根据负离子发生器工作原理，其会产生几千至上万伏的负高压，现有技术中，检测负离子发生器的负高压需要依靠外部装置，比如高压万用表或者具备高压棒探头的万用表装置，其依靠高耐压大阻值(1000MΩ以上)串联在负离子发生器的检测回路中做接触式测量，以得到负离子发生器中的负高压，这种万用表装置由于需要大电阻，体积也较大，无法集成到负离子发生器中。

可见，现有技术中，由于万用表装置体积较大，使用不便，且每次检测都需要万用表装置串联在负离子发生器的检测回路中，检测过程繁杂，因此，如何简化设备内高压的检测过程，是一亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种电压调整电路、电信号处理方法及微控制器，用以简化设备内高压的检测过程。

为了解决上述技术问题，本申请的实施例采用了如下技术方案：一种电压调整电路，与高压产生装置连接，所述高压产生装置用于为设备内的负载提供高压，该电压调整电路包括：感测装置、差分比例运算电路以及采集电路；

感测装置，与设备的数字地及所述差分比例运算电路连接，用于感测所述设备内的高压以产生电信号；

差分比例运算电路，与所述采集电路连接，用于调整所述电信号；

采集电路，用于采集所述差分比例运算电路输出的电信号，并基于所述电信号所表征的电压值调整所述高压产生装置的输出电压。

本申请的有益效果在于：感测装置与设备中的差分比例运算电路以及采集电路共同组成电压调整电路，并且，感测装置位于设备的高压电场中，即感测装置位于设备内，属于设备的一部分，相当于设备可以对自身的高压进行自测，无需串联大体积万用表装置即可实现对高压的检测，简化了检测过程。其次，采集电路可以基于设备内的高压调整所述高压产生装置的输出电压，从而实现了设备内的高压场进行自适应调整。

在一个实施例中，所述电压调整电路还包括：

稳压源，用于向所述差分比例运算电路提供预设电压值的基准电压。

在一个实施例中，所述差分比例运算电路包括：

运算放大器，所述运算放大器的同相输入端分别与所述稳压源和所述感测装置连接，用于将所述感测装置生成的电信号进行差分运算，将差分运算之后的电信号与所述稳压源提供的基准电压对应的电信号进行合并，合并之后输出给采集电路。

在一个实施例中，所述采集电路包括：

微控制器，所述微控制器的采集端与所述运算放大器的输出端连接，用于通过所述采集端采集所述运算放大器输出的电信号。

在一个实施例中，所述高压产生装置包括开关管，所述微控制器与开关管连接，所述微控制器还用于将采集到的电压值与预先存储的电压期望值进行比较，根据比较结果生成对应的脉宽调制信号，并将所述脉宽调制信号发送给所述开关管。

在一个实施例中，所述高压产生装置和所述电压调整电路设置于所述设备中，所述感测装置为所述设备的金属外壳。

本申请还提供一种电信号处理方法，其特征在于，包括：

获取用于表征设备内高压场电压值的电信号；

将所述电信号所表征的电压值与预存储的电压期望值进行比较；

根据比较结果确定对应的调整参数；

输出所述调整参数以对所述设备内高压场电压值进行调整。

在一个实施例中，所述获取用于表征设备内高压场电压值的电信号，包括：

获取与用于感测设备内高压场电压值的感测装置连接的差分比例运算电路输出的电信号；

根据所述差分放大电路输出的电信号所表征的电压值及预设算法计算用于表征设备内高压场电压值的电信号所表征的电压值。

在一个实施例中，所述根据比较结果确定对应的调整参数，包括：

根据所述比较结果确定输出的脉宽调制信号的占空比，所述脉宽调制信号用于对流向设备内高压电厂的电压值进行调制；

所述输出所述调整参数以对所述设备内高压场电压值进行调整，包括：

将输出的脉宽调制信号的占空比调整为根据所述比较结果确定的占空比。

本申请还提供一种微控制器，包括：

获取模块，用于获取用于表征设备内高压场电压值的电信号；

比较模块，用于将所述电信号所表征的电压值与预存储的电压期望值进行比较；

确定模块，用于根据比较结果确定对应的调整参数；

调整模块，用于输出所述调整参数以对所述设备内高压场电压值进行调整。

在一个实施例中，所述获取模块，包括：

获取子模块，用于获取与用于感测设备内高压场电压值的感测装置连接的差分比例运算电路输出的电信号；

计算子模块，用于根据所述差分放大电路输出的电信号所表征的电压值及预设算法计算用于表征设备内高压场电压值的电信号。

在一个实施例中，所述确定模块，包括：

确定子模块，用于根据所述比较结果确定输出的脉宽调制信号的占空比，所述脉宽调制信号用于对流向设备内高压电厂的电压值进行调制；

所述调整模块，包括：

调整子模块，用于将输出的脉宽调制信号的占空比调整为根据所述比较结果确定的占空比。

附图说明

图1为本申请一实施例中一种电压调整电路的结构示意图；

图2为本申请一实施例中，包括感测装置、差分比例运算电路和稳压源的电路结构示意图；

图3为本申请一实施例中一种电信号处理方法的流程图；

图4为本申请另一实施例中一种电信号处理方法的流程图；

图5为本申请一实施例中一种微控制器的框图；

图6为本申请另一实施例中一种微控制器的框图。

具体实施方式

此处参考附图描述本申请的各种方案以及特征。

应理解的是，可以对此处申请的实施例做出各种修改。因此，上述说明书不应该视为限制，而仅是作为实施例的范例。本领域的技术人员将想到在本申请的范围和精神内的其他修改。

包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本申请的实施例，并且与上面给出的对本申请的大致描述以及下面给出的对实施例的详细描述一起用于解释本申请的原理。

通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本申请的这些和其它特性将会变得显而易见。

还应当理解，尽管已经参照一些具体实例对本申请进行了描述，但本领域技术人员能够确定地实现本申请的很多其它等效形式。

当结合附图时，鉴于以下详细说明，本申请的上述和其他方面、特征和优势将变得更为显而易见。

此后参照附图描述本申请的具体实施例；然而，应当理解，所申请的实施例仅仅是本申请的实例，其可采用多种方式实施。熟知和/或重复的功能和结构并未详细描述以避免不必要或多余的细节使得本申请模糊不清。因此，本文所申请的具体的结构性和功能性细节并非意在限定，而是仅仅作为权利要求的基础和代表性基础用于教导本领域技术人员以实质上任意合适的详细结构多样地使用本申请。

本说明书可使用词组“在一种实施例中”、“在另一个实施例中”、“在又一实施例中”或“在其他实施例中”，其均可指代根据本申请的相同或不同实施例中的一个或多个。

图1为本申请实施例的一种电压调整电路的结构示意图，该电压调整电路与高压产生装置连接，高压产生装置用于为设备内的负载提供高压，该电压调整电路包括：感测装置、差分比例运算电路以及采集电路；

感测装置，与设备的数字地及差分比例运算电路连接，用于感测设备内的高压以产生电信号；

差分比例运算电路，与采集电路连接，用于调整电信号；

采集电路，用于采集差分比例运算电路输出的电信号，并基于电信号所表征的电压值调整高压产生装置的输出电压。

现有技术中，在检测设备高压时，通常需要依靠外部装置，比如高压万用表或者具备高压棒探头的万用表装置，其依靠高耐压大阻值(1000MΩ以上)串联在负离子发生器的检测回路中做接触式测量，以得到负离子发生器中的高压。然而，由于万用表装置体积较大，使用不便，且每次检测都需要万用表装置串联在负离子发生器的检测回路中，检测过程繁杂。

有鉴于此，本申请中，旨在提供一种电压调整电路，用于使检测装置变为设备中的一部分，而不是外部装置，使得设备具备高压自测功能，从而在检测时无需每次都对设备与外部装置进行线路串联，简化了用户的操作过程。本申请提供的电压调整电路具备感测设备内高压以及根据设备内当前的高压值对设备内高压制进行调整的功能，具体的，该电压调整电路与高压产生装置连接，高压产生装置用于为设备内的负载提供高压，该电压调整电路包括：感测装置、差分比例运算电路以及采集电路；

其中，感测装置，与设备的数字地及差分比例运算电路连接，用于感测设备内的高压以产生电信号；图2是由感测装置和差分比例运算电路所构成的电路，如图1或图2所示，感测装置通过感应电阻接数字地，感应电阻即为图1中的Rs，或图2中的R7。而图2中的数字地即为图1中Rs感应电阻所连接的GND。通过数字地与与感测装置形成电势差，使得感测装置能够感测到设备内的高压。

差分比例运算电路，与采集电路连接，用于调整电信号；具体的，差分比例运算电路由图1中的R1、R2、R3、R4和运算放大器构成，该运算放大器即为图2中的运算放大器U1。

采集电路，用于采集差分比例运算电路输出的电信号，并基于电信号所表征的电压值调整高压产生装置的输出电压。具体的，采集电路包括微控制器，该微控制中可以输出脉宽调制信号，通过调整脉宽调制信号的占空比来调整高压产生装置的输出电压。

本申请的有益效果在于：感测装置与设备中的差分比例运算电路以及采集电路共同组成电压调整电路，并且，感测装置位于设备的高压电场中，即感测装置位于设备内，属于设备的一部分，相当于设备可以对自身的高压进行自测，无需串联大体积万用表装置即可实现对高压的检测，简化了检测过程。其次，采集电路可以基于设备内的高压调整高压产生装置的输出电压，从而实现了设备内的高压场进行自适应调整。此外，上述实现方式中的电路精简，不需要专门的传感器，特别适用集成到小体积的便携式装备内部。

在一个实施例中，电压调整电路还包括：

稳压源，用于向差分比例运算电路提供预设电压值的基准电压。

本实施例中，电压调整电路还包括稳压源，该稳压源即为图1中的2.5V参考电压。图1中，电池V2提供5V的电压，经过R8和R9构成的分压电路，为运算放大器U2的同相输入端提供2.5V的电压，因此，运算放大器U2输出端输出的2.5V电压即为图2中的2.5V的参考电压，即稳压源，因此，其能够为运算放大器U1的同相输入端提供2.5V的基准电压，即为差分比例运算电路提供2.5V的基准电压。

在一个实施例中，差分比例运算电路包括：

运算放大器，运算放大器的同相输入端分别与稳压源和感测装置连接，用于将感测装置生成的电信号进行差分运算，将差分运算之后的电信号与稳压源提供的基准电压对应的电信号进行合并，合并之后输出给采集电路。

本实施例中，如图2所示，差分比例运算电路中的运算放大器U1的同相输入端分别与稳压源和感测装置连接，用于将感测装置生成的电信号进行差分运算。具体的，为了保证运放两个输入端对地的电阻平衡，同时为了避免降低共模抑制比，通常要求，因此，通常要求R1＝R2，R3＝R4。通过图2不难看出，差分运算放大电路的放大倍数为R3/R1或R4/R2，即差分运算放大电路的放大倍数为1/10，假设金属片感测到的电信号所表征的电压为2V，经过差分运算之后，该电信号所表征的电压为0.2V，将差分运算之后的电信号与稳压源提供的基准电压对应的电信号进行合并，由于稳压源提供的基准电压为2.5V，因此，将差分运算之后的电信号与稳压源提供的基准电压对应的电信号进行合并的电信号所表征的电压为2.7V，将表征2.7V的电信号输出给采集电路。

在一个实施例中，采集电路包括：

微控制器，微控制器的采集端与运算放大器的输出端连接，用于通过采集端采集运算放大器输出的电信号。

本实施例中，微控制器的采集端即为图1或图2中所示的ADC采集端，该采集端与运算放大器的输出端连接，用于通过ADC采集端采集运算放大器输出的电信号。采集之后，通过微控制器中的预设算法计算感测装置产生的电信号所表征的电压值，即感测装置实际感测到的设备内的高压值。具体的，假设ADC采集端采集到的运算放大器输出的电信号所表征的电压值为2.7V，那么，2.7V减去稳压源提供的2.5V电压，剩余0.2V，而由于0.2V是经过差分比例运算电路进行差分运算后的电信号所表征的电压，而差分比例运算电路的缩放比例为1/10，因此，将0.2V除以差分比例运算电路的缩放比例得到的电压值2V即为感测装置产生的电信号所表征的电压值，也即感测装置实际感测到的设备内的高压值。该微控制器可以与外部显示装置连接，在计算出感测装置实际感测到的设备内的高压值之后，可以将该高压值发送给外部显示装置进行显示。

在一个实施例中，高压产生装置包括开关管，微控制器与开关管连接，微控制器还用于将采集到的电压值与预先存储的电压期望值进行比较，根据比较结果生成对应的脉宽调制信号，并将脉宽调制信号发送给开关管。

本实施例中，如图1所示，高压产生装置由图1所示的5V供电电源、开关管Q1构成，微控制器也与开关管连接，该微控制器还用于将采集到的电压值与预先存储的电压期望值进行比较，根据比较结果生成对应的脉宽调制信号，并将脉宽调制信号发送给开关管。

具体的，微控制器中存储的电压期望值可以是对ADC采集端采集到的电压的期望值，也可以是感测装置实际感测到的设备内高压的期望值。

如果微控制器中存储的电压期望值是指对ADC采集端采集到的电压的期望值，那么，上述采集到的电压值则是指ADC采集端采集到的电压值。如果微控制器中存储的电压期望值是指感测装置实际感测到的设备内高压的期望值，那么，上述采集到的电压值则是指感测装置感测到的设备内高压值。

举例而言，假设微控制器中存储的电压期望值是指感测装置实际感测到的设备内高压的期望值，该电压期望值为3V，而感测装置感测到的设备内高压值为2V，则需要通过调整微控制器输出的脉宽调制信号的占空比，调高高压产生装置产生的电压，使得图1中所提供的高压更大，以增大设备内高压值。

在一个实施例中，高压产生装置和电压调整电路设置于设备中，感测装置为设备的金属外壳。

本实施例中，高压产生装置和电压调整电路设置于设备中，从而使得高压产生装置和电压调整电路作为设备中的一部分，由于电压调整电路可以实现设备内高压的检测和调整功能，因此，本申请中，可以使设备实现高压值的自测功能，还能够使设备对设备内高压进行自适应调整，以使设备内高压值调整至电压期望值。其次，本申请中的感测装置可以是设备的金属外壳，巧妙地利用了设备本身的组件，作为感测装置，无需额外设置感测装置，节省了材料，减少了电路所占空间。

而需要说明的是，上述方案是一种循环执行的方案，一个完整的周期是从感测装置采集到电信号a开始，经过差分比例运算电路稳压源信号合并，从而输出合并后的信号b，ADC采集电路采集到信号b之后，将采集到的电压值与预先存储的电压期望值进行比较，并根据比较结果输出脉宽调制信号，对高压产生装置所产生的高压进行调整，将调整之后的高压输出到设备中，使得设备内的高压值发生变化，一个完整的周期结束，下一个周期也是从感测装置采集到电信号a1开始，此时采集到的电信号a1则是表征由上一个周期中将调整之后的高压输出到设备中使得设备内的高压值发生变化之后的高压值，然后继续进行后续的合并、采集，以此类推。可见，本申请中，通过设置微控制器，使得电路形成闭环检测和调整，其目的是为了使采集到的信号所表征的电压值不断地趋近于电压期望值，从而在检测设备内高压值的基础上，通过不断地调整使设备内高压值不断地趋近于期望的电压值。

可以理解的是，当一个周期中采集到的电压值与预先存储的电压期望值相同时，则该周期中，微控制器不对脉宽调制信号进行调整。

图3为本申请实施例的一种电信号处理方法的流程图，该方法可用于上述微控制器，具体可实施为如下步骤S31-S34：

在步骤S31中，获取用于表征设备内高压场电压值的电信号；

在步骤S32中，将电信号所表征的电压值与预存储的电压期望值进行比较；

在步骤S33中，根据比较结果确定对应的调整参数；

在步骤S34中，输出调整参数以对设备内高压场电压值进行调整。

本实施例的执行主体可以是图1所示的微控制器，获取用于表征设备内高压场电压值的电信号；在本实施例中，预存储的电压期望值为用于表征设备内高压场电压值的电信号所表征的电压值的期望值。由于微控制器通过ADC采集端口采集运算放大器输出的电压信号，而运算放大器输出的电压信号做表征的电压既包含基准电压，也包含差分运算后的高压场的电压值。因此，需要基于ADC采集端口采集的电压信号进一步进行计算以得到用于表征设备内高压场电压值的电信号，然后计算出用于表征设备内高压场电压值的电信号所表征的电压值，再与期望值进行比较。

根据比较结果确定对应的调整参数；输出调整参数以对设备内高压场电压值进行调整。

需要说明的是，在计算出用于表征设备内高压场电压值的电信号所表征的电压值之后，还可以将用于表征设备内高压场电压值的电信号所表征的电压值发送至外部显示装置，以通过外部显示装置显示设备内高压场的电压值。

在一个实施例中，上述步骤S31可被实施为如下步骤S41-S42：

在步骤S41中，获取与用于感测设备内高压场电压值的感测装置连接的差分比例运算电路输出的电信号；

在步骤S42中，根据差分放大电路输出的电信号所表征的电压值及预设算法计算用于表征设备内高压场电压值的电信号所表征的电压值。

预存储的电压期望值为用于表征设备内高压场电压值的电信号所表征的电压值的期望值。由于微控制器通过ADC采集端口采集运算放大器输出的电压信号，而运算放大器输出的电压信号做表征的电压既包含基准电压，也包含差分运算后的高压场的电压值。因此，需要基于ADC采集端口采集的电压信号进一步进行计算以得到用于表征设备内高压场电压值的电信号，然后计算出用于表征设备内高压场电压值的电信号所表征的电压值。

在一个实施例中，上述步骤S33可被实施为如下步骤A1：

在步骤A1中，根据比较结果确定输出的脉宽调制信号的占空比，脉宽调制信号用于对流向设备内高压电厂的电压值进行调制；

上述步骤S34可被实施为如下步骤A2：

在步骤A2中，将输出的脉宽调制信号的占空比调整为根据比较结果确定的占空比。

举例而言，预存储的电压期望值为3V，而感测装置感测到的设备内高压值为2V，则需要通过调整微控制器输出的脉宽调制信号的占空比，调高高压产生装置产生的电压，使得图1中所提供的高压值更大，以增大设备内高压值。

图5为本申请实施例的一种微控制器的框图，如图5所示，该微控制器可包括以下模块：

获取模块51，用于获取用于表征设备内高压场电压值的电信号；

比较模块52，用于将电信号所表征的电压值与预存储的电压期望值进行比较；

确定模块53，用于根据比较结果确定对应的调整参数；

调整模块54，用于输出调整参数以对设备内高压场电压值进行调整。

在一个实施例中，如图6所示，获取模块51，包括：

获取子模块61，用于获取与用于感测设备内高压场电压值的感测装置连接的差分比例运算电路输出的电信号；

计算子模块62，用于根据差分放大电路输出的电信号所表征的电压值及预设算法计算用于表征设备内高压场电压值的电信号。

在一个实施例中，确定模块，包括：

确定子模块，用于根据比较结果确定输出的脉宽调制信号的占空比，脉宽调制信号用于对流向设备内高压电厂的电压值进行调制；

调整模块，包括：

调整子模块，用于将输出的脉宽调制信号的占空比调整为根据比较结果确定的占空比。

以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电压调整电路，其特征在于，与高压产生装置连接，所述高压产生装置用于为设备内的负载提供高压，该电压调整电路包括：感测装置、差分比例运算电路以及采集电路；

感测装置，与设备的数字地及所述差分比例运算电路连接，用于感测所述设备内的高压以产生电信号；

差分比例运算电路，与所述采集电路连接，用于调整所述电信号；

采集电路，用于采集所述差分比例运算电路输出的电信号，并基于所述电信号所表征的电压值调整所述高压产生装置的输出电压。

2.如权利要求1所述的电压调整电路，其特征在于，所述电压调整电路还包括：

稳压源，用于向所述差分比例运算电路提供预设电压值的基准电压。

3.如权利要求2所述的电压调整电路，其特征在于，所述差分比例运算电路包括：

运算放大器，所述运算放大器的同相输入端分别与所述稳压源和所述感测装置连接，用于将所述感测装置生成的电信号进行差分运算，将差分运算之后的电信号与所述稳压源提供的基准电压对应的电信号进行合并，合并之后输出给采集电路。

4.如权利要求3所述的电压调整电路，其特征在于，所述采集电路包括：

微控制器，所述微控制器的采集端与所述运算放大器的输出端连接，用于通过所述采集端采集所述运算放大器输出的电信号。

5.如权利要求4所述的电压调整电路，其特征在于，所述高压产生装置包括开关管，所述微控制器与开关管连接，所述微控制器还用于将采集到的电压值与预先存储的电压期望值进行比较，根据比较结果生成对应的脉宽调制信号，并将所述脉宽调制信号发送给所述开关管。

6.如权利要求1-5任一项所述的电压调整电路，其特征在于，所述高压产生装置和所述电压调整电路设置于所述设备中，所述感测装置为所述设备的金属外壳。

7.一种电信号处理方法，其特征在于，包括：

获取用于表征设备内高压场电压值的电信号；

将所述电信号所表征的电压值与预存储的电压期望值进行比较；

根据比较结果确定对应的调整参数；

输出所述调整参数以对所述设备内高压场电压值进行调整。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述获取用于表征设备内高压场电压值的电信号，包括：

获取与用于感测设备内高压场电压值的感测装置连接的差分比例运算电路输出的电信号；

根据所述差分放大电路输出的电信号所表征的电压值及预设算法计算用于表征设备内高压场电压值的电信号。

9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述根据比较结果确定对应的调整参数，包括：

根据所述比较结果确定输出的脉宽调制信号的占空比，所述脉宽调制信号用于对流向设备内高压电厂的电压值进行调制；

所述输出所述调整参数以对所述设备内高压场电压值进行调整，包括：

将输出的脉宽调制信号的占空比调整为根据所述比较结果确定的占空比。

10.一种微控制器，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取用于表征设备内高压场电压值的电信号；

比较模块，用于将所述电信号所表征的电压值与预存储的电压期望值进行比较；

确定模块，用于根据比较结果确定对应的调整参数；

调整模块，用于输出所述调整参数以对所述设备内高压场电压值进行调整。

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