CN204229152U - 基于电感的直流高压发生装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种基于电感的直流高压发生装置，其包括微处理器控制单元、脉冲控制电压变换单元、电感升压单元、低通滤波单元和无线收发单元，微处理器控制单元输出脉冲信号给脉冲控制电压变换单元，脉冲控制电压变换单元的输出端与电感升压单元输入端相连，电感升压单元输出端与负载相连，无线收发单元与微处理器控制单元相连，用于向微处理器控制单元输入需要脉冲的频率、幅度信息。本实用新型利用电感升压，体积小，并且输出的电压频率和幅度可调。

Description

基于电感的直流高压发生装置

技术领域

本实用新型涉及一种电源装置，具体涉及一种基于电感的直流高压发生装置。 

背景技术

高压产生装置广泛用于工业、农业、国防、科学研究等领。如在工业上，利用高压产生强电场电离物质、产生高压放电、高压电弧焊接等，再如放电水处理,空气净化等。在科学研究中利用高压加速电子的电子显微镜；利用高压加速电子产生X射线。 

在很多微型或小型设备中，需要小体积的高压装置，现有利用变压器和倍压整流方法的高压装置，体积相对偏大且产生的电压相对固定，进一步缩小体积和实现大的可调范围是本领域亟待解决的技术问题。 

实用新型内容

为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的是提供一种基于电感的直流高压发生装置。 

本实用新型提供了一种基于电感的直流高压发生装置，其包括微处理器控制单元、脉冲控制电压变换单元、电感升压单元、低通滤波单元和无线收发单元，所述微处理器控制单元输出脉冲信号给脉冲控制电压变换单元，脉冲控制 电压变换单元的输出端与电感升压单元输入端相连，电感升压单元输出端与负载相连，所述无线收发单元与微处理器控制单元相连，用于向微处理器控制单元输入需要脉冲的频率、幅度信息。 

本实用新型利用电感升压，体积小，并且输出的电压频率和幅度可调。 

在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括电压采样单元和显示单元，所述微处理器控制单元包括A/D转换模块，所述电压输出单元输出端与电压采样单元的输入端相连，所述电压采样单元的输出端与A/D转换模块的输入端相连，所述A/D转换模块的输出端与显示单元相连，用于显示输出电压信息。便于实时监控和调整。 

在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括接口单元，所述接口单元连接在所述输出脉冲控制单元与所述负载之间。便于输出脉冲控制单元与负载之间连接。 

在本实用新型的另一种优选实施方式中，所述微处理器控制单元包括STM32F103RB和外围电路。 

在本实用新型的一种优选实施方式中，所述电感升压单元包括N级串联的电感升压子单元，所述N为正整数。 

在本实用新型的另一种优选实施方式中，所述电感升压子单元包括电感、开关管、电容及电阻，电感的第一端与电源VCC相连，电感的第二端与开关管的源极相连，开关管的栅极经过电阻连接微处理器控制单元的脉冲宽度调制输入节点，开关管的漏极接地，电感的第二端连接二极管正极，二极管负极与地之间并联有电容并联整列，电容并联整列的输出节点PowerOut+、PowerOut-分别与输出接口单元中对应输入节点相连。 

本实用新型选取32位微处理器STM32F103RB、电感和高压开关管，使得 该装置具有集成度高、性能稳定、体积小等优点。本实用新型利用电感和高压开关管实现升压，相比变压器方法具有更小的体积。 

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。 

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中： 

图1是本实用新型基于电感的直流高压发生装置的结构示意图； 

图2是本实用新型一种优选实施方式中微处理器控制单元的电路示意图； 

图3是本实用新型一种优选实施方式中脉冲控制电压变换单元的电路示意图； 

图4是本实用新型电感升压单元的电路示意图。 

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。 

在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含 义。 

本实用新型提供了一种基于电感的直流高压发生装置，其包括微处理器控制单元、脉冲控制电压变换单元、电感升压单元、低通滤波单元和无线收发单元，微处理器控制单元输出脉冲信号给脉冲控制电压变换单元，脉冲控制电压变换单元的输出端与电感升压单元输入端相连，电感升压单元输出端与负载相连，无线收发单元与微处理器控制单元相连，用于向微处理器控制单元输入需要脉冲的频率、幅度信息。 

在本实施方式中，低通滤波单元可以为现有的任意低通滤波器，无线收发单元可以采用蓝牙无线收发装置。 

无线收发单元与微处理器控制单元相连，用于向微处理器控制单元输入需要的频率、幅度信息，微处理器控制单元输出相应频率和幅度的脉冲信号，该方法为现有方法，具体微处理器控制单元可采用专利申请201310043326.8中公开的方法和装置控制输出信号的频率和幅度信息。 

在本实施方式中，无线收发单元具体可以为蓝牙无线收发装置，可以采用手机或电脑等实现数据的输入，具体技术均采用现有技术，在此不作赘述。 

在本实施方式中，还包括电压采样单元和显示单元，微处理器控制单元包括A/D转换模块，电压输出单元输出端与电压采样单元的输入端相连，电压采样单元的输出端与A/D转换模块的输入端相连，A/D转换模块的输出端与显示单元相连，用于显示输出电压信息。便于实时监控和调整。 

在本实施方式中，A/D转换模块可采用现有的A/D转换模块，电压采样单元可采用现有的分压电阻和线性光耦、集成运放构成的结构。 

在本实施方式中，还包括接口单元，接口单元连接在所述输出脉冲控制单元与负载之间。便于输出脉冲控制单元与负载之间连接。 

本实用新型采用32位微处理器STM32F103RB根据用户输入的信息确定输出脉冲调制PWM的脉冲控制电感的通断，利用电感的特性实现升压，通过整流滤波后，输出所需的高压直流电压。同时，输出通过电阻分压，跟随输入到32位微处理器控制内带的12位A/D转换，实现对输出电压的实时测量，并与预期值进行比较，微处理器自动修正脉冲宽度，直到达到预期的输出高压。另一方面在微处理器的控制下,利用无线收发模块实现与手机、电脑等讯,以达到对输出电压的控制。 

该装置主要由微处理器控制单元、脉冲控制电压变换单元、电感升压单元、整流滤波单元、输出接口单元、输出电压采样单元、无线收发单元和供电单元共八个单元组成，如图1所示。其中,微处理器控制单元主要实现各种控制、通过A/D转换测量输出信号的幅值；脉冲控制电压变换单元主要由斯密特触发器和其它元件构成，实现将微处理器的3.3V脉冲信号转换为前后沿很陡的脉冲信号，输入到驱动单元；电感升压单元主要由大功率场管或开关三极管和电感构成，实现升压；低通滤波单元主要由电感和电容组成，实现将脉冲电压滤波后转换为高压直流电压，其大小可通过微处理器调节脉冲的占空比来实现；出接口单元主要由各种输出端子构成，方便与外部负载相接；输出电压采样单元主要由分压电阻和线性光耦、集成运放构成，其输出送入微处理器的A/D输出端，实现输出信号幅值的测量；无线收发单元主要实现输出直流电压的输入和其它参数的设置；供电单元主要为各部分工作提供相应的工作电源电压。 

通过无线模块获取用户需输出的直流高压值等信息，32位微处理器STM32F103RB控制输出对应宽度的PWM信号，控制后级开关管的通断，利用电感升压，再经滤波后获得所需直流高压电压；另外一方面，通过输出电压采样单元获取实时输出的电压幅度，微处理器再根据实际电压幅值和预期幅值情况 自动调脉冲宽度，使其输出为所需的高压直流电压。该装置，采用微处理器控制，具有自动控制功能，可广泛用于各种科研和实验中小电流高压的场合，有着广阔的应用前景。 

在本实施方式中，微处理器控制单元包括STM32F103RB和外围电路。如图2所示，微处理器控制单元由内带有12位A/D转换的32位微处理器STM32F103RB和相应的外围元件构成。其中STM32F103RB内带2个12位的A/D转换器、128K字节闪存和20K字节的RAM、最高工作频率可达72MHz。另外，还具有3个16位定时器，每一个定时器有四个脉冲宽度调制(PWM)，且每一个定时器还具有一个16位的预分频器，所以总体上每一个定时器作为PWM的方式可以看为32位的高精度调制，利用这一点可以很好地调自动调节输出脉冲所需的幅值。利用内带A/D转换实现对输出电压幅值的实时测量；内带的128K字节闪存主要用于程序的存储和设置参数的存储。另外，微处理器接收触摸屏输入的信息，并向其它部分发送相应的数据或控制信号，控制LCD液晶实现各种相关信息的显示等。 

在本实施方式中，如图3所示，脉冲控制电压变换单元包括光耦，光耦的脉冲宽度调制输入节点通过第一电阻与微处理器控制单元中脉冲宽度调制输出节点相连；输出节点通过第二电阻与驱动单元中的对应输入节点相连；电源输入节点PowerVCC、DV+3.3V、CtrlGND分别供电单元的对应节点相连。输入和输出具有相互隔离作用，以减小前后级之间的相互影响，提供抗干扰能力。 

在本实施方式中，电感升压单元包括N级串联的电感升压子单元，N为正整数。电感升压子单元如图4所示，包括电感、开关管、电容及电阻，电感的第一端与电源VCC相连，电感的第二端与开关管的源极相连，开关管的栅极经过电阻连接微处理器控制单元的脉冲宽度调制输入节点，开关管的漏极接地， 电感的第二端连接二极管正极，二极管负极与地之间并联有电容并联整列，电容并联整列的输出节点PowerOut+、PowerOut-分别与输出接口单元中对应输入节点相连。图4中电感升压单元由四级串联的电感升压子单元构成，通过微处理器控制每一个开关管的导通时间，控制向对应电感的储能大小来控制最后的输出直流高压值。脉冲宽度调制输入节点PWM_IN1-PWM_IN4分别与脉冲控制电压变换单元中对应的输出节点相连；输出节点PowerOut+、PowerOut-分别与输出接口单元中对应输入节点相连；电源输入节点VCC、GND分别供电单元的对应节点相连。 

需要说明的是，虽然本实用新型实施例中采用的微处理器为STM32F103RB，但是这不应理解为对本实用新型的限制，任何按照本实用新型技术方案，能够实现本实用新型有益效果的处理器的芯片均在本实用新型的保护范围之内。 

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。 

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。 

Claims (6)

1.一种基于电感的直流高压发生装置，其特征在于，包括微处理器控制单元、脉冲控制电压变换单元、电感升压单元、低通滤波单元和无线收发单元，所述微处理器控制单元输出脉冲信号给脉冲控制电压变换单元，脉冲控制电压变换单元的输出端与电感升压单元输入端相连，电感升压单元输出端与负载相连，所述无线收发单元与微处理器控制单元相连，用于向微处理器控制单元输入需要脉冲的频率、幅度信息。 

2.如权利要求1所述的基于电感的直流高压发生装置，其特征在于，还包括电压采样单元和显示单元，所述微处理器控制单元包括A/D转换模块，所述电压输出单元输出端与电压采样单元的输入端相连，所述电压采样单元的输出端与A/D转换模块的输入端相连，所述A/D转换模块的输出端与显示单元相连，用于显示输出电压信息。 

3.如权利要求1所述的基于电感的直流高压发生装置，其特征在于，还包括接口单元，所述接口单元连接在所述输出脉冲控制单元与所述负载之间。 

4.如权利要求1所述的基于电感的直流高压发生装置，其特征在于，所述微处理器控制单元包括STM32F103RB和外围电路。 

5.如权利要求1所述的基于电感的直流高压发生装置，其特征在于，所述电感升压单元包括N级串联的电感升压子单元，所述N为正整数。 

6.如权利要求5所述的基于电感的直流高压发生装置，其特征在于，所述电感升压子单元包括电感、开关管、电容及电阻，电感的第一端与电源VCC相连，电感的第二端与开关管的源极相连，开关管的栅极经过电阻连接微处理器控制单元的脉冲宽度调制输入节点，开关管的漏极接地，电感的第二端连接 二极管正极，二极管负极与地之间并联有电容并联整列，电容并联整列的输出节点PowerOut+、PowerOut-分别与输出接口单元中对应输入节点相连。