CN117555382B - 用于mfc的电压调节电路及数字式高压控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电压调节电路技术领域，尤其涉及用于MFC的电压调节电路及数字式高压控制电路，包括：PID电路、升压扩源电路、电压采集电路和信号调理电路，电压采样电路和信号调理电路构成反馈回路，在信号调理电路中设置放大倍数的数字电位器，通过数字的方式改变反馈系数，从而调节输出电压值。本发明解决现有MFC的PZT电压驱动电路无法实现电压可调的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电压调节电路技术领域，尤其涉及用于MFC的电压调节电路及数字式高压控制电路。
背景技术
在工业生产中，气体的输入量需要使用质量流量控制器（MFC）；MFC主要由两部分组成：用于限定流量的阀门，串联着用于测量和反馈的流量计。
压电阀是一种利用压电材料将机械能转化为电能或电能转化为机械能的装置；由于压电阀是利用压电效应控制流体的流动，相比起传统的机械阀门和电磁阀，具有响应速度更快的优势；在高速流量下工作时，压电阀可以实现迅速的开关动作，精度也更高。
压电阀使用的压电陶瓷类型不同， 驱动电压也各不相同；150V、200V、300V、400V等；即使对于同一种压电陶瓷，也有相当数量的客户在实际应用中，出于安全等角度的考虑，有改变驱动压电陶瓷电压的需求。
如果采用软件的方式在现有电路基础上控制输出电压，需要限制DAC的输出值，既会降低输出电压分辨率，也会降低ADC对输出电压采样的分辨率，导致电路的硬件性能的下降。
例如采用硬件的方式在图1的现有电路上控制输出电压，则既需要改变反馈回路的电阻比例，也需要改变ADC采样电路对输出电压采样的量程电阻，才能保证输出电压和采样电压的分辨率不会下降。
现有电路不具备灵活调整参数的特性，只有将MFC寄送回到生产商，然后通过电阻的方式来解决问题，导致维护时间延长，维护成本增加。
发明内容
针对现有电路的不足，本发明解决现有MFC的PZT电压驱动电路无法实现电压可调的问题。
本发明所采用的技术方案是：用于MFC的电压调节电路包括：PID电路、升压扩源电路、电压采集电路和信号调理电路，电压采样电路和信号调理电路构成反馈回路，在信号调理电路中设置放大倍数的数字电位器，通过数字的方式改变反馈系数，从而调节输出电压值。
作为本发明的一种优选实施方式，PID电路包括：运放U22A、电阻R12、电阻R57和电容C32；升压扩源电路包括：电阻R54、电容C77和二极管D20、三极管Q6、三极管Q7和三极管Q8、电阻R128；电压采集电路包括：二极管D21、电阻R129、电阻R133、电阻R135；信号调理电路包括：运放U22B、数字电位器U23和排阻RA2、电阻R11和电容C125；其中，电阻R57的一端与U21A的反向输入端连接，U22A的反向输入端和输出端并联电容C32，电容C77和二极管D20并联的共上端分别与电阻R54的一端和三极管Q8的基极连接，电阻R54的另一端还与U22A输出端连接，三极管Q8的集电极与电阻R128连接后与三极管Q6的集电极连接，三极管Q8的集电极还与三极管Q6、Q7的基极连接，三极管Q6、Q7的共发射极与电阻R129的一端连接，电阻R129的另一端分别与二极管D21的正极、电阻R135的一端、运放U22B的同向输入端连接，电阻R135的另一端与电阻R133连接，运放U22B的反向输入端和输出端并联电容C125，运放U22B的反向输入端和输出端还与数字电位器U23连接，运放U22B的输出端依次与电阻R11和电阻R12连接，电阻R12还与运放U22A的同向输入端连接，数字电位器U23还与排阻RA2连接。
作为本发明的一种优选实施方式，用于MFC的电压调节电路的数字式高压控制电路，包括：DAC电路、电压调节电路、信号滤波电路和ADC电路，DAC电路与电压调节电路连接，电压调节电路与信号滤波电路连接，信号滤波电路与ADC电路连接。
作为本发明的一种优选实施方式，DAC电路包括：电阻R2、电容C23、电容C62、电压基准芯片U8、电容C63、电容C66、电容C95、电容C105、电容C67、电容C68、排阻RA1、DAC芯片U11、电阻R90、电阻R88、电容C69和电容C70；其中，电容C23和电容C62并联的共上端分别与电阻R12一端和电压基准芯片U8输入端连接，电容C63、电容C66、电容C95、电容C105并联的共上端分别与电压基准芯片U8的输出端和DAC芯片U11连接，DAC芯片U11还与排阻RA1连接，电容C67和电容C68的共上端与DAC芯片U11连接，DAC芯片U11的输出端与电阻R90的一端连接，电阻R90的另一端分别与电阻R88和电容C69连接，电阻R88的另一端与电容C70连接。
通过DAC电路实现数模转换，驱动后续电路产生高压输出信号。
作为本发明的一种优选实施方式，信号滤波电路包括：包括：电阻R136、电阻R137、电容C124、电阻R139、运放U21、电容C122、电阻R61、电阻R65和电容C35，电阻R136的一端分别与电阻R137的一端和电容C124的一端连接，电阻R137的另一端分别与运放U21B的同向输入端和电容C122连接，电容C124的另一端分别与电阻R139的一端和运放U21B的输出端连接，R139的另一端与运放U21B的反向输入端连接，运放U21B的输出端还与U21A的同向输入端连接，U21A的反向输入端与输出端并联电容C35，电容C35的两端分别与电阻R65和电阻R61的一端连接，电阻R65的另一端与电阻R61的另一端连接。
利用信号滤波电路滤除高压采样信号上的高频杂波，提高高压采样信号的纯净度。
作为本发明的一种优选实施方式，ADC电路包括：排阻RA5、排阻RA4、开关芯片U20、电阻R75、电阻R76、电阻R110、电阻R109、电容C93、电阻R105、电阻R108、电阻R104、二极管D24、运放U17、电阻R114、电阻R103、电容C92、电容C91、电容C85、电容C104、电容C94、ADC芯片U13、电阻R35、电容C75、电容C128、电阻R31、排阻RA3；其中，排阻RA5和排阻RA2并联的公共端与开关芯片U20的输入端连接，开关芯片U20的输出端与电阻R110的一端连接，电阻R110的另一端分别与电阻R75和运放U17B的同向输入端连接，电阻R109与电容C93并联后两端分别与运放U17B的反向输入端和输出端连接，运放U17B的反向输入端还与电阻R76连接，运放U17B的输出端还与电阻R105的一端连接，电阻R105的另一端分别与运放U17A的同向输入端、电阻R104和电阻R108的一端连接，电阻R104的一端还与二极管D24的引脚3连接，电阻R108的另一端与二极管D24的2引脚连接，运放U17A的反向输入端和运放U17A的输出端连接，U17A的输出端还与电阻R114的一端连接，电阻R114的另一端分别与电容C92和电容C91的一端连接，电容C92的另一端分别与电阻R103和ADC芯片U13的负输入端连接，电容C91的另一端与ADC芯片U13的正输入端连接，电容C104和电容C94并联公共一端与ADC芯片U13连接，ADC芯片U13还与电阻R35一端连接，电容C75和电容C128并联的共上端与电阻R35的另一端连接，电容C75和电容C128并联的共上端还与电阻R31连接后与ADC芯片U13的输出端连接，ADC芯片U13的输出端与排阻RA3连接。
ADC电路将模拟信号转换为数字信号，方便MCU进行数字信号处理。
作为本发明的一种优选实施方式，还包括限流电阻和PZT，电压调节连接的输出端分别与限流电阻和PZT连接。
本发明的有益效果：
1、通过数字的方式改变反馈系数，扩展PZT电压驱动电路的适应范围，可以满足市场上大多数PZT的驱动需求，并且大大减轻售后维护的工作量；
2、数字式高压控制电路实时检测输出电压的大小，验证操作的准确性；
3、数字式高压控制电路可以先对ADC进行校准，利用校准后的ADC对DAC的线性度进行校准；
4、采用有源滤波电路，有利于滤除输出高压的杂波，增强采样信号的强度。
附图说明
图1是现有的电压不可调电路图；
图2是用于MFC的电压调节电路及数字式高压控制电路逻辑框图；
图3是电压调节电路的实施例图之一；
图4是用于MFC的电压调节电路的数字式高压控制电路；
图5是高压电源发生器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图2、4所示，用于MFC的电压调节电路，包括：电压调节电路3，电压调节电路3包括：PID电路31、升压扩源电路32、电压采集电路33和信号调理电路34，电压采样电路33和信号调理电路34构成反馈回路，在信号调理电路35中设置放大倍数的数字电位器，通过数字的方式改变反馈系数，从而调节输出电压值。
PID电路31包括：运放U22A、电阻R12、电阻R57和电容C32；升压扩源电路32包括：电阻R54、电容C77和二极管D20、三极管Q6、三极管Q7和三极管Q8；电压采集电路33包括：二极管D21、电阻R129、电阻R133、电阻R135；信号调理电路34包括：运放U22B、数字电位器U23和排阻RA2、电阻R11和电容C125；其中，
电阻R57的一端连接运放U22A的引脚2，运放U22的引脚2还连接运放U22的引脚1，电阻R12的一端连接运放U22的引脚3，运放U22A的引脚8连接+12V信号，运放U22A的引脚4连接-12V信号，运放U22A的引脚1连接电阻R54的一端，电阻R54的另一端连接三极管Q8的基极，电阻R54的另一端还连接电容C77的一端，电容C77的另一端连接信号地AGND，电阻R54的另一端还连接二极管D20的一端，二极管D20的另一端连接信号地AGND，高压信号VHIGH连接电阻R128的一端，电阻R128的另一端连接三极管Q8的集电极，三极管Q8的发射极连接信号地AGND，三极管Q8的集电极同时连接三极管Q6的基极，高压信号VHIGH同时连接三极管Q6的集电极，三极管Q6的发射极连接三极管Q7的发射极，三极管Q6的基极同时连接三极管Q7的基极，三极管Q7的集电极连接信号地AGND，三极管Q6的发射极与电阻R129的一端连接，电阻R129的另一端与二极管D21的一端连接，二极管D21的另一端连接+12V信号，电阻R129的另一端还连接电阻R135的一端，电阻R135的另一端连接电阻R133的一端，电阻R133的另一端连接信号地AGND，电阻R129的另一端还连接运放U22B的引脚5，运放U22B的引脚6连接电容C125的一端，电容C125的另一端连接运放U22B的引脚7，电阻R12的另一端连接电阻R11的一端，电阻R11的另一端连接运放U22的引脚7，运放U22的引脚7还连接数字电位器U23的引脚1，电容C125的另一端还连接数字电位器U23的引脚10，数字电位器U23的引脚2连接信号地AGND，数字电位器U23的引脚9连接+12V信号，数字电位器U23的引脚7连接排阻RA2的引脚6，排阻RA2的引脚3连接PA7_SPI1_MOSI，数字电位器U23的引脚6连接排阻RA2的引脚7，排阻RA2的引脚2连接PA5_SPI1_SCK，数字电位器U23的引脚5连接排阻RA2的引脚8，排阻RA2的引脚1连接PA6_SPI1_NSS，数字电位器U23的引脚4连接信号地AGND，数字电位器U23的引脚3连接-12V信号，电阻R12还连接电阻R136的一端。
如图3，电压调节电路3的另一种实施方式，包括：DAC电路的输出端连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接运放U1的反向输入端，电阻R4的另一端还连接电容C1的一端，电容C1的另一端连接运算放U1的输出端，运放U1的输出端连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极接信号地GND，三极管Q1的集电极连接电阻R3的一端，三极管Q1的集电极还与三极管Q2的基极连接，三极管Q1的集电极还与三极管Q3的基极连接，电阻R3的另一端连接电源VCC，三极管Q2的集电极也连接电源VCC，三极管Q2的发射极连接三极管Q3的发射极，三极管Q2的发射极连接电阻R2的一端，三极管Q3的集电极连接信号地GND，电阻R2的另一端连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接信号地GND，电阻R2的另一端还连接运放U2的同向输入端，运放U2的反向输入端连接数字电位器R6的一端，数字电位器R6的另一端连接数字电位器R7的一端，数字电位器R7的另一端连接信号地GND，数字电位器R6的另一端还连接运放U2的输出端，运放U2的输出端还连接运放U1的同向输入端。
根据瞬时极性法，判断此电路处于深度负反馈状态，运放U1的反向输入引脚6满足虚短条件；若Vi增加，运放U1的反向输入引脚6的电压Vn增加，运放U1的输出电压减小，Q1的集电极的电压增加，Vo的电压增加，运放U2的同向输入引脚10的电压增加，运放U2的输出引脚8的电压增加，即Vs电压增加，运放U1的同向输入引脚5的Vp电压增加；Vp电压增加到Vn的值之前（Vs<Vi），电容C1一直充电，导致运放U1引脚7的输出电压一直下降，直到Vn=Vp才会截至，此时运放U1引脚7的输出电压会稳定，Vo也会稳定；使整个电路进入稳态，可以用深度负反馈来计算，基于Vn=Vp，可得：
；
其中，Vo为电压调节电路输出电压，Vi为电压调节电路输入电压。
由于电容C1存在，以运放U1为核心先构成一个负反馈电路：反相积分电路，Uo1的输出变化速率变慢，类似于运放开环跟积分器的输出速率的差别；无电容C1的时候，U1的输出按照下式计算：
其中，和/>上升速率及运放的爬升速率，Av为运放开环放大倍数。
有电容C1的时候，Uo1的输出表达式则为：
其中，R4为电阻，C1为电容，Vo1运放U1的输出电压。
用于MFC的电压调节电路的数字式高压控制电路，包括：DAC电路2、电压调节电路3、信号滤波电路4和ADC电路5，DAC电路2与电压调节电路3连接，电压调节电路3与信号滤波电路4连接，信号滤波电路4与ADC电路5连接；其中，
如图4所示，DAC电路2包括：电阻R2、电容C23、电容C62、电压基准芯片U8、电容C63、电容C66、电容C95、电容C105、电容C67、电容C68、排阻RA1、DAC芯片U11、电阻R90、电阻R88、电容C69和电容C70；+12V供电连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接电容C23的一端，电阻R2的另一端连接电容C62的一端，电阻R2的另一端还连接芯片U8的引脚2，电容C23的另一端连接电容C62的另一端，电容C23的另一端还连接信号地AGND，电压基准芯片U8的引脚4连接信号地AGND，电压基准芯片U8的引脚6连接电容C63的一端，电容C63的一端还连接基准电压VREF5.00V，电压基准芯片U8的引脚6还连接电容C66的一端，电压基准芯片U8的引脚6同时连接电容C95的一端，电压基准芯片U8的引脚6还连接电容C105的一端，电容C63的另一端连接电容C66的另一端，电容C63的另一端还连接电容C95的另一端，电容C63的另一端还连接电容C105的另一端，电容C63的另一端还连接信号地AGND，电容C67的一端同时连接电容C68，电容C67的另一端还连接电容C68的另一端，电容C67的另一端同时连接信号地AGND，PB15_SPI2_MOSI连接排阻RA1的引脚3，PB13_SPI2_SCK连接排阻RA1的引脚2，PB14_SPI2_NSS连接排阻RA1的引脚1，排阻RA1的引脚6连接DAC芯片U11的引脚7，排阻RA1的引脚7连接DAC芯片U11的引脚6，排阻RA1的引脚8连接DAC芯片U11的引脚5，DAC芯片U11的引脚引脚1接基准电压VREF5.00V，DAC芯片U11的引脚2连接基准电压VREF5.00V，DAC芯片U11的引脚3连接电阻R90的一端，DAC芯片U11的引脚3还连接DAC芯片U11的引脚4，DAC芯片U11的引脚8连接信号地AGND，电阻R90的另一端连接信号DA，电阻R90的另一端连接电容C69的一端，电阻R90的另一端还连接电阻R88的一端，电容C69的另一端连接信号地AGND，电阻R88的另一端连接电阻R57的一端，电阻R88的另一端还连接电容C70的一端，电容C70的另一端连接信号地AGND。
信号滤波电路4包括：电阻R136、电阻R137、电容C124、电阻R139、运放U21、电容C122、电阻R61、电阻R65和电容C35；其中，
电阻R136的一端连接电阻R137的一端，电阻R136的另一端还连接电容C124的一端，电阻R137的另一端连接运放U21的引脚5，电阻R137的另一端还连接电容C122的一端，电容C122的另一端连接信号地AGND，电容C124的另一端连接电阻R139的一端，电阻R139的另一端连接运放U21的引脚6，运放U21的引脚8连接+12V信号，运放U21的引脚4连接-12V信号，运放U21的引脚1连接电阻R65的另一端，电阻R61的一端连接电容C35的一端，电容C35的另一端连接电阻R65的另一端，电阻R61的另一端还连接运放U21的引脚2。
ADC电路5包括：排阻RA5、排阻RA4、开关芯片U20、电阻R75、电阻R76、电阻R110、电阻R109、电容C93、电阻R105、电阻R108、电阻R104、二极管D24、运放U17、电阻R114、电阻R103、电容C92、电容C91、电容C85、电容C104、电容C94、ADC芯片U13、电阻R35、电容C75、电容C128、电阻R31、排阻RA3；其中，
PC5_SW_EN连接排阻RA5的引脚8，PB0_SW_A0连接排阻RA5的引脚7，PB1_SW_A1连接排阻RA5的引脚6，PB2_SW_A2连接排阻RA5的引脚5，排阻RA5的引脚1连接排阻RA4的引脚4，排阻RA5的引脚2连接排阻RA4的引脚3，排阻RA5的引脚3连接排阻RA4的引脚2，排阻RA5的引脚4连接排阻RA4的引脚1，排阻RA4的引脚5连接排阻RA4的引脚6，排阻RA4的引脚5还连接排阻RA4的引脚7，排阻RA4的引脚5还连接排阻RA4的引脚7，排阻RA4的引脚5还连接排阻RA4的引脚8，排阻RA4的引脚5还连接D3.3V信号，排阻RA5的引脚1还连接开关芯片U20的引脚2，排阻RA5的引脚2还连接开关芯片U20的引脚5，排阻RA5的引脚3还连接开关芯片U20的引脚6，排阻RA5的引脚4同时连接开关芯片U20的引脚1，开关芯片U20的引脚9连接信号地AGND，开关芯片U20的引脚9同时连接开关芯片U20的引脚10，开关芯片U20的引脚11连接信号DA，开关芯片U20的引脚12连接电阻R61的一端，开关芯片U20的引脚12还连接电阻R65的一端，开关芯片U20的引脚7连接S4，开关芯片U20的引脚6连接S3，开关芯片U20的引脚5连接S2，开关芯片U20的引脚4连接S1，开关芯片U20的引脚13连接+12V信号，开关芯片U20的引脚14连接信号地AGND，开关芯片U20的引脚3连接-12V信号，开关芯片U20的引脚8连接电阻R110的一端，电阻R110的另一端连接运放U17的引脚5，电阻R110的另一端还连接电阻R75的一端，电阻R75的另一端连接信号地AGND，运放U17的引脚6连接电容C93的一端，运放U17的引脚6还连接电阻R109的一端，电阻R109的另一端还连接电阻R76的一端，电阻R76的另一端连接信号地AGND，电容C93的另一端连接运放U17的引脚7，电阻R109的另一端连接运放U17的引脚7，运放U17的引脚7还连接电阻R105的一端，电阻R105的另一端连接电阻R104的一端，电阻R104的另一端连接信号地AGND，电阻R105的另一端还连接电阻R108的一端，电阻R108的另一端连接基准电压VREF5.00V，电阻R105的另一端还连接二极管D24的引脚3，二极管D24的引脚1连接信号地AGND，二极管D24的引脚2连接基准电压VREF5.00V，电阻R105的另一端还连接运放U17的引脚3，运放U17的引脚2连接运放U17的引脚1，运放U17的引脚8连接+12V信号，运放U17的引脚4连接-12V信号，运放U17的引脚1还连接电阻R114的一端，电阻R114的另一端连接电容C92的一端，电容C92的另一端连接电阻R103的一端，电阻R103的另一端连接信号地AGND，电阻R114的另一端还连接电容C91的一端，电容C91的另一端连接电容C85的一端，电容C91的另一端还连接信号地AGND，电容C85的另一端连接电阻R103的一端，电阻R114的另一端还连接ADC芯片U13的引脚2，电阻R103的一端还连接ADC芯片U13的引脚3，ADC芯片U13的引脚1连接基准电压VREF5.00V，ADC芯片U13的引脚1还连接电容C94的一端，ADC芯片U13的引脚1还连接电容C104的一端，电容C104的另一端连接电容C94的另一端，电容C94的另一端还连接信号地AGND，ADC芯片U13的引脚4连接信号地AGND，ADC芯片U13的引脚8连接电阻R35的一端，电阻R35的另一端连接基准电压VREF5.00V，ADC芯片U13的引脚5连接排阻RA3的引脚1，ADC芯片U13的引脚6连接排阻RA3的引脚2，ADC芯片U13的引脚7连接排阻RA3的引脚3，排阻RA3的引脚6连接PB3_SPI3_SCK，排阻RA3的引脚7连接PB4_SPI3_MISO，排阻RA3的引脚8连接PB5_SPI3_NSS，ADC芯片U13的引脚6同时连接电阻R31的一端，电阻R31的另一端连接电容C128的一端，电阻R31的另一端还连接电容C75的一端，电容C75的另一端连接电容C128的另一端，电容C75的另一端还连接信号地GND，电阻R31的另一端还连接电阻R35的另一端。
其中，Vd对应MFC下游压力传感器输出信号，Vt对应MFC阀体温度传感器输出信号，Vu对应MFC上游压力传感器输出信号，Vi对应MFC入口压力传感器输出信号。
电阻R2=10Ω，电容C23=22uF，电容C62=4.7uF，U8为电压基准芯片ADR435ARMZ，电容C63=1uF，电容C66=10nF，电容C95=10nF，电容C105=10uF，电容C67=10nF，电容C68=10uF，排阻RA1为1kΩ，U11为DAC芯片TPC116S1-VR，电阻R90=100Ω，电阻R88=100Ω，电容C69=22pF，电阻R57=100kΩ，电容C70=22pF，运放U22为精密运放AD8672ARMZ，电容C32=100pF，电阻R12=0Ω，电阻R54=100kΩ，电容C77为NC不贴，二极管D20为1N4148，三极管Q8为FMMT458TA，电阻R128=390kΩ，三极管Q6为FMMT458TA，三极管Q7为FMMT558TA，电阻R126=2.2kΩ，CN4为插件2PIN端子，电阻R129=510kΩ，电阻R135=12kΩ，电阻R133=7.5kΩ，二极管D21为1N4148，电阻R11=0Ω，电容C125=100pF， U23为数字电位器AD5290YRMZ50，排阻RA2=100Ω，排阻RA5=1kΩ，排阻RA4=10kΩ，电阻R136=39kΩ，电阻R137=39kΩ，电容C122=0.1uF，电容C124=0.1uF，电阻R139=1kΩ，运放U21为精密运放OP2177ARMZ，电容C35=10nF，电阻R61=1kΩ，电阻R65=200Ω，开关芯片U20为ADG1208YRUZ，电阻R76=1MΩ，电阻R109=22kΩ，电容C93=10pF，电阻R110=22kΩ，电阻R75=1MΩ，运放U17为AD8672ARMZ，电阻R105=20kΩ，电阻R108=100kΩ，电阻R104=27kΩ，二极管D24为BAV99，电阻R114=510Ω，电容C92=470pF，电容C91=220pF，电容C85=220pF，电阻R103=510Ω，U13为ADC芯片LTC1864CMS8，电容C104=10uF，电容C94=10nF，电阻R35=0Ω，电容C75=0.1uF，电容C128=10uF，电阻R31=10kΩ，排阻RA3=100Ω。
其中，ADC电路5的输出电压为DA，表达式如下：
；
其中，Vop为驱动压电陶瓷的电压。
基于数字电位器U23 的运算关系，可以用如下式子表达：
其中，代表接触电阻，Dx是数字电位器的设置量，Rab为数字电位器的总电阻值。
根据运放的虚短、虚断，可以得出引脚电压：
图4中，VS为来自数字电位器U23的输出电压，VM_OUT为VS电压的缓冲输出，VMEAS为运放U17的1号引脚的输出，VADC为U13的正输出引脚，占空比Q为实测电压VADC相对于基准电压VREF5.00V的比例。
表1 各个测试点电压的测试记录
数字式高压控制电路还包括：限流电阻6和PZT压电陶瓷片7，限流电阻6为电阻R126，电阻R126与三极管Q6的发射极连接，电阻R126的另一端连接信号Vout，电阻R126的另一端同时连接CN4的引脚2，CN4的引脚2连接信号GND_ISO，CN4连接 PZT压电陶瓷片7。
数字式高压控制电路还包括：控制器1，控制器1分别与DAC电路2、电压调节电路3和ADC电路5连接；PB15_SPI2_MOSI、PB13_SPI2_SCK、PB14_SPI2_NSS、PA7_SPI1_MOSI、PA5_SPI1_SCK、PA6_SPI1_NSS、PB3_SPI3_SCK、PB4_SPI3_MISO、PB5_SPI3_NSS、PC5_SW_EN、PB0_SW_A0、PB1_SW_A1连接控制器1，控制器1可以为MCU控制器；MCU负责PID运算，提供DAC输出信号量，获取高压实时输出值对应的数字量以及通道切换的功能。
如图5所示，高压电源发生器用于产生150V的VHIGH，并为数字式高压控制电路提供150V的高电压，包括：D14V供电、电阻R97、电阻R47、功率电感L4、电容C17、电容C18、电容C88、电阻R19、电阻R20、电阻R125、电容C106、开关稳压芯片U19、磁芯电感T1、二极管D15、电容C110、电容C96、电阻R124、电阻R115、电容C87、电阻R89组成；
D14V供电输入连接R47的一端，电阻R47的另一端连接信号地GND，电阻R47的另一端还连接功率电感L4的一端，D14V供电输入同时连接电阻R97的一端，电阻R97的另一端连接电容C17的一端，电容C17的另一端连接功率电感的L4的另一端，电阻R97的另一端还连接电容C18的一端，电容C18的另一端连接功率电感的L4的另一端，电阻R97的另一端还连接电容C88的一端，电容C88的另一端连接功率电感的L4的另一端，电阻R97的另一端还连接电阻R19的一端，电阻R19的另一端还连接电阻R20的一端，电阻R19的另一端与开关稳压芯片U19的引脚1连接，电阻R20的另一端连接功率电感L4的另一端，电阻R125的一端连接开关稳压芯片U19的引脚7，开关稳压芯片U19的引脚7同时连接开关稳压芯片U19的引脚12，电阻R125的一端连接功率电感L4的另一端，电阻R125的另一端连接开关稳压芯片U19的引脚10，电容C106的一端连接功率电感L4的另一端，电容C106的另一端连接开关稳压芯片U19的引脚11，开关稳压芯片U19的引脚17连接功率电感的L4的另一端，磁芯电感T1的引脚2连接二极管D15的正极，磁芯电感T1的引脚2还连接开关稳压芯片U19的引脚16，开关稳压芯片U19的引脚16同时连接开关稳压芯片U19的引脚14，二极管D15的负极连接电容C110的一端，二极管D15的负极还连接电阻R124的一端，电阻R124的另一端连接电容C110的另一端，电阻R124的另一端还连接开关稳压芯片U19的引脚9，电阻R124的另一端还连接电阻R115的一端，电阻R115的另一端连接电容C96的一端，电容C96的另一端连接开关稳压芯片U19的引脚5，电阻R115的另一端同时连接功率电感的L4的另一端，电阻R115的另一端还连接GND_ISO，二极管D15的负极连接VH，VH同时连接电容C87的一端，电容C87的另一端连接GND_ISO，VH还连接电阻R89的一端，电阻R89的另一端输出高压VHIGH；其中，电阻R97=2.4Ω，电阻R47=220kΩ，电容C17=22uF，电容C18=22uF，电容C88=0.1uF，功率电感L4=22uH，电阻R19=1MΩ，电阻R20=300kΩ，电阻R125=154kΩ，电容C106=0.22uF，功率电感T1=330uH，芯片U19为DC-DC电源芯片LT8331EMSE，二极管D15为BAV21W，电容C110=4.7pF，电阻R124=1.6MΩ，电阻R115=16kΩ，电容C87=1uF，电阻R89=100Ω。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (3)
1.用于MFC的电压调节电路，其特征在于，包括：电压调节电路，电压调节电路包括：PID电路、升压扩源电路、电压采集电路和信号调理电路，电压采样电路和信号调理电路构成反馈回路，在信号调理电路中设置放大倍数的数字电位器，通过数字的方式改变反馈系数，从而调节输出电压值；
PID电路包括：运放U22A、电阻R12、电阻R57和电容C32；升压扩源电路包括：电阻R54、电容C77和二极管D20、三极管Q6、三极管Q7和三极管Q8、电阻R128；电压采集电路包括：二极管D21、电阻R129、电阻R133、电阻R135；信号调理电路包括：运放U22B、数字电位器U23和排阻RA2、电阻R11和电容C125；其中，电阻R57的一端与U21A的反向输入端连接，U22A的反向输入端和输出端并联电容C32，电容C77和二极管D20并联的共上端分别与电阻R54的一端和三极管Q8的基极连接，电阻R54的另一端还与U22A输出端连接，三极管Q8的集电极与电阻R128连接后与三极管Q6的集电极连接，三极管Q8的集电极还与三极管Q6、Q7的基极连接，三极管Q6、Q7的共发射极与电阻R129的一端连接，电阻R129的另一端分别与二极管D21的正极、电阻R135的一端、运放U22B的同向输入端连接，电阻R135的另一端与电阻R133连接，运放U22B的反向输入端和输出端并联电容C125，运放U22B的反向输入端和输出端还与数字电位器U23连接，运放U22B的输出端依次与电阻R11和电阻R12连接，电阻R12还与运放U22A的同向输入端连接，数字电位器U23还与排阻RA2连接。
2.数字式高压控制电路，其特征在于，包括：DAC电路、电压调节电路、信号滤波电路和ADC电路，DAC电路与电压调节电路连接，电压调节电路与信号滤波电路连接，信号滤波电路与ADC电路连接；
DAC电路包括：电阻R2、电容C23、电容C62、电压基准芯片U8、电容C63、电容C66、电容C95、电容C105、电容C67、电容C68、排阻RA1、DAC芯片U11、电阻R90、电阻R88、电容C69和电容C70；其中，电容C23和电容C62并联的共上端分别与电阻R12一端和电压基准芯片U8输入端连接，电容C63、电容C66、电容C95、电容C105并联的共上端分别与电压基准芯片U8的输出端和DAC芯片U11连接，DAC芯片U11还与排阻RA1连接，电容C67和电容C68的共上端与DAC芯片U11连接，DAC芯片U11的输出端与电阻R90的一端连接，电阻R90的另一端分别与电阻R88和电容C69连接，电阻R88的另一端与电容C70连接；
信号滤波电路包括：包括：电阻R136、电阻R137、电容C124、电阻R139、运放U21、电容C122、电阻R61、电阻R65和电容C35，电阻R136的一端分别与电阻R137的一端和电容C124的一端连接，电阻R137的另一端分别与运放U21B的同向输入端和电容C122连接，电容C124的另一端分别与电阻R139的一端和运放U21B的输出端连接，R139的另一端与运放U21B的反向输入端连接，运放U21B的输出端还与U21A的同向输入端连接，U21A的反向输入端与输出端并联电容C35，电容C35的两端分别与电阻R65和电阻R61的一端连接，电阻R65的另一端与电阻R61的另一端连接；
ADC电路包括：排阻RA5、排阻RA4、开关芯片U20、电阻R75、电阻R76、电阻R110、电阻R109、电容C93、电阻R105、电阻R108、电阻R104、二极管D24、运放U17、电阻R114、电阻R103、电容C92、电容C91、电容C85、电容C104、电容C94、ADC芯片U13、电阻R35、电容C75、电容C128、电阻R31、排阻RA3；其中，排阻RA5和排阻RA2并联的公共端与开关芯片U20的输入端连接，开关芯片U20的输出端与电阻R110的一端连接，电阻R110的另一端分别与电阻R75和运放U17B的同向输入端连接，电阻R109与电容C93并联后两端分别与运放U17B的反向输入端和输出端连接，运放U17B的反向输入端还与电阻R76连接，运放U17B的输出端还与电阻R105的一端连接，电阻R105的另一端分别与运放U17A的同向输入端、电阻R104和电阻R108的一端连接，电阻R104的一端还与二极管D24的引脚3连接，电阻R108的另一端与二极管D24的2引脚连接，运放U17A的反向输入端与运放U17A的输出端连接，U17A的输出端还与电阻R114的一端连接，电阻R114的另一端分别与电容C92和电容C91的一端连接，电容C92的另一端分别与电阻R103和ADC芯片U13的负输入端连接，电容C91的另一端与ADC芯片U13的正输入端连接，电容C104和电容C94并联公共一端与ADC芯片U13连接，ADC芯片U13还与电阻R35一端连接，电容C75和电容C128并联的共上端与电阻R35的另一端连接，电容C75和电容C128并联的共上端还与电阻R31连接后与ADC芯片U13的输出端连接，ADC芯片U13的输出端与排阻RA3连接。
3.根据权利要求2所述的数字式高压控制电路，其特征在于，还包括限流电阻和PZT，电压调节连接的输出端分别与限流电阻和PZT连接。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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