CN204229153U

CN204229153U - 大功率高压产生装置

Info

Publication number: CN204229153U
Application number: CN201420607116.7U
Authority: CN
Inventors: 阮海生; 陈龙聪
Original assignee: CHENGDU DAIDAIJI PROSPECTIVE TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: CHENGDU DAIDAIJI PROSPECTIVE TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-10-20
Filing date: 2014-10-20
Publication date: 2015-03-25
Anticipated expiration: 2024-10-20

Abstract

本实用新型提出了一种大功率高压产生装置，其包括微处理器控制单元、幅度调节单元和电压输出单元，微处理器控制单元包括A/D转换模块和D/A转换模块，D/A转换模块用于输出电压信号模拟量，D/A转换模块输出端与幅度调节单元输入端相连，幅度调节单元输出端与电压输出单元输入端相连，电压输出单元输出端与负载相连。本实用新型的D/A转换模块用于输出电压信号模拟量，幅度调节单元调节电压幅度，电压输出单元进行功率放大，得到大功率的电压输出，本实用新型能够产生大功率、幅度可变的电压波形。

Description

大功率高压产生装置

技术领域

本实用新型涉及一种电源装置，具体涉及一种大功率高压产生装置。

背景技术

高压电的应用极其广泛，目前在工业、医学、环境以及日常生活中均有应用。例如工业上，在电除尘、高压点火、高压产生臭氧、电火花的产生、电弧焊接等领域有广泛应用；在医学上，可用于产生X射线以及高强度超声波；在环境处理上，可用于放电进行水处理。

目前，市场上虽然已有各种各样的高压发生装置，但其中绝大部分是直流高压，脉冲高压和正弦高压较少。对于现有的脉冲高压或正弦高压发生装置来说，绝大多数是固定频率，并且存在输出功率小、效率低等问题，对于某些研究或实验(如不同电压波形下除尘效果的研究等)需大功率、幅度可变、输出电压波形可变等现有设备就无法满足需要。

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大功率高压产生装置。

本实用新型提供了一种大功率高压产生装置，其包括微处理器控制单元、幅度调节单元和电压输出单元，所述微处理器控制单元包括D/A转换模块，所述D/A转换模块用于输出电压信号模拟量，所述D/A转换模块输出端与幅度调节单元输入端相连，所述幅度调节单元输出端与电压输出单元输入端相连，所述电压输出单元输出端与负载相连。

本实用新型的D/A转换模块用于输出电压信号模拟量，幅度调节单元调节电压幅度，电压输出单元进行功率放大，得到大功率的电压输出，本实用新型能够产生大功率、幅度可变的电压波形。

在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括滤波处理单元，所述滤波处理单元的输入端与D/A转换模块的输出端相连，所述滤波处理单元的输出端与幅度调节单元的输入端相连。通过滤波处理单元滤出杂波，使输出更准确。

在本实用新型的另一种优选实施方式中，还包括蓝牙无线收发单元，所述蓝牙无线收发单元与微处理器的蓝牙无线收发接口相连，实现外部设备与微处理器的通讯。

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，所述微处理器控制单元包括STM32F103RD和外围电路，或者所述微处理器控制单元包括STM32F103RC和外围电路。

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电压输出单元和所述负载之间。便于电压输出单元与负载之间连接。

在本实用新型的一种优选实施方式中，所述电压输出单元的信号输入节点正端SignIn+、负端SignIn-分别与幅度调节单元的对应节点相连，输出节点Out、OutGND分别与输出接口单元对应的节点相连,与外部负载相接；供电节点负端AV-、正端AV+、OutGND分别与供电单元中的模拟电源负极、正极、输出电源模拟地相连。

在本实用新型的另一种优选实施方式中，所述电压输出单元型号为高压大功率运放PA89。

在本实用新型的一种优选实施方式中，所述电压输出单元信号输入节SignalIn与幅度调节单元的对应节点相连；输出节点SigalOut、AGND分别与输出接口单元对应的节点相连,与外部负载相接；供电节点正端+AVHV、负端-AVHV、AGND分别与供电单元中的模拟电源负极、正极、输出电源模拟地相连。

在本实用新型的另一种优选实施方式中，所述电压输出单元型号为高压大功率运放PA93。

本实用新型选取32位微处理器STM32F103RD或STM32F103RC、高频率变压器、液晶显示屏、PA89或PA93，使得该装置具有集成度高、性能稳定、体积小、显示直观等优点。

本实用新型采用高压功率放大器PA89、PA93实现高精度、稳定的各种波形的输出，且具有各种保护功能等。

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是本实用新型大功率高压产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是本实用新型另一种优选实施方式中微处理器控制单元的电路示意图；

图4是本实用新型一种优选实施方式中电压输出单元的电路示意图；

图5是本实用新型另一种优选实施方式中电压输出单元的电路示意图。

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大功率高压产生装置，其包括微处理器控制单元、幅度调节单元和电压输出单元，微处理器控制单元包括D/A转换模块，D/A转换模块用于输出电压信号模拟量，D/A转换模块输出端与幅度调节单元输入端相连，幅度调节单元输出端与电压输出单元输入端相连，电压输出单元输出端与负载相连。

在本实施方式中，A/D转换模块和D/A转换模块为现有的A/D转换模块和D/A转换模块。

幅度调节单元可以为任意现有的幅度调节单元，具体可以为但不限于电位计或者可调增益放大器，优选采用电位计，在本实施方式中，采用手动调节方式。

在本实施方式中，该大功率高压产生装置还可以包括供电单元、滤波处理单元、输出接口单元，电压采样单元、显示单元和蓝牙无线收发单元。如图1所示，该电压产生装置由微处理器控制单元、滤波处理单元、幅度调节单元、电压输出单元、输出接口单元、输出电压采样单元、触摸式LCD液晶显示单元、蓝牙无线收发单元和供电单元共九个单元组成。微处理器内带的D/A转换模块，获取波形信号，通过滤波处理单元滤出杂波，输出到可调放大器，经放大输出到高压功率放大器放大后输出，并送入输出接口单元，实现与外部负载的连接，同时通过电阻分压，跟随输入到微处理器控制内带的A/D转换模块，实现对输出电压的实时测量，并通过显示单元显示。另一方面在微处理器的控制下，利用蓝牙无线收发模块实现与手机、电脑等讯，以到达输出波形、频率等的控制，在本实施方式中，微处理器接收输入信息并控制输出波形的形状和频率的方法采用现有方法，本实用新型没有进行任何改进，具体可以但不限于采用专利申请201310025582.4所公开的控制输出信号的频率和幅度信息的装置和方法，虽然专利申请201310025582.4只涉及三角波、正弦波的产生，但方波比正弦波更容易产生，本领域技术人员很容易在其基础上得到方波。另外，本实用新型可以采用专利申请201310043326.8中获得方波的方法和装置。

在本实施方式中，供电单元、滤波处理单元、输出接口单元，显示单元和蓝牙无线收发单元均可以采用现有的常规结构，本实用新型不再进行赘述。

微处理器控制单元主要实现A/D转换和D/A转换；滤波处理单元主要滤除高频干扰，提高输出信号精度。幅度调节单元主要通过电位器调节信号的幅度。电压输出单元主要实现将电压放大和功率放大。输出接口单元主要由输出端子构成，便于与外部负载连接。输出电压采样单元主要实现实时采集实际输出的电压，放大后送入微处理器，利用其内带的A/D转换实现实时电压的测量；显示单元为触摸式LCD液晶显示单元，主要实现各种信息的输入和各种输出信息的显示等。在本实施方式中，微处理器控制单元的D/A转换模块输出固定频率的波形，在本发明另外的优选实施方式中，微处理器控制单元还具有处理模块，其蓝牙无线收发单元与其它设备如手机等实现通讯，从而对D/A转换模块输出的波形进行控制，从而达到控制输出波形频率的目的，具体的变频方法可以采用现有方法。供电单元主要为各部分工作提供相应的工作电源电压，同时给电压输出单元提供一个高压直流正负电源，最高可达正负600V。

在本实用新型的一个更加优选的实施方式中，微处理器通过触摸式LCD或蓝牙无线收发单元获取用户信息，控制自带的D/A转换器输出所需波形的模拟信号，依次通过滤波处理单元、幅度调节单元、电压输出单元、输出接口单元向外部负载提供特定波形的高压电压信号；同时通过输出电压采样单元获取实时输出电压信息，并经微处理器内带的A/D转换实现实时电压的测量。该装置，采用高性能集成芯片、微处理器和高压大功率运放，所以易于小型化、产品化，可广泛用于相关研究、测试及实验中，具有广阔的市场前景。具体微处理器控制D/A转换器输出所需波形的模拟信号的方法可以采用现有方法，例如像波形发生器中产生正弦波、方波、三角波的方法。

在本实施方式中，微处理器控制单元的电路如图2所示，微处理器控制单元主要由内带有A/D和D/A转换的32位微处理器STM32F103RD和相应的外围元件构成。其中STM32F103RD内带3个12位的A/D转换器、2道12位D/A转换器、384K字节闪存、最高工作频率可达72MHz。利用内带的A/D转换实现对输出电流的实时测量，内带的384K字节闪存可方便用于程序的存储。另外，微处理器同时实现对通过触摸屏输入的信息进行分析，并向其它部分发送相应的数据或控制信号，并控制LCD液晶实现各种相关信息的显示等。节点AmpVoltageMeasure与输出电流采样单元的输出节点相连,通过微处理器内带A/D转换实现输出电流的测量；节点SignDA、Filter_CLK分别与滤波处理单元的模拟输入、滤波时钟输入相连，其中节点SignDA为微处理器内带D/A转换经简单滤波后的模拟信号输出节点；节点BlueRX、BlueTX分别与蓝牙无线收发单元中的对应节点相连，实现与外部设备的通讯。

节点DD0——DD7、LCD_DI、LCD_RW、LCD_E、LCD_CSA、LCD_CSB、LCD_REST、LCD_LAMP、LCD_TCS、LCD_TDOUT、LCD_TDIN、LCD_TCLK、LCD_TBUSY、LCD_TPENIRQ分别与触摸式LCD液晶显示单元中对应节点相连。接口PSerial与外部串口相连，用于微处理器的编程。蜂鸣器BUZZ在微处理器的控制下，实现各种信息的声音提示。供电节点AV3.3V、DV3.3V、DGND、AGND分别与供电单元中的模拟电源3.3V、数字电源3.3V、数字地、模拟地相连，为该单元提供工作电源。

在本实用新型的另一种优选实施方式中，微处理器控制单元的电路如图3所示，微处理器控制单元主要由内带有A/D和D/A转换的32位微处理器STM32F103RC和相应的外围元件构成。其中STM32F103RC内带3个12位的A/D转换器、2道12位D/A转换器、256K字节闪存、最高工作频率可达72MHz。利用内带的D/A转换产生任意波形的低频信号；利用内带A/D转换实现对输出电流的实时测量；内带的256K字节闪存可方便用于程序的存储。另外，微处理器同时实现对通过触摸屏输入的信息进行分析，并向其它部分发送相应的数据或控制信号，并控制LCD液晶实现各种相关信息的显示等。节点AmpVoltageMeasure与输出电流采样单元的输出节点相连,通过微处理器内带A/D转换实现输出电流的测量；节点SignDA、Filter_CLK分别与滤波处理单元的模拟输入、滤波时钟输入相连，其中节点SignDA为微处理器内带D/A转换经简单滤波后的模拟信号输出节点；节点BlueRX、BlueTX分别与蓝牙无线收发单元中的对应节点相连，实现与外部设备的通讯；节点DD0——DD7、LCD_DI、LCD_RW、LCD_E、LCD_CSA、LCD_CSB、LCD_REST、LCD_LAMP、LCD_TCS、LCD_TDOUT、LCD_TDIN、LCD_TCLK、LCD_TBUSY、LCD_TPENIRQ分别与触摸式LCD液晶显示单元中对应节点相连；接口PSerial与外部串口相连，用于微处理器的编程；蜂鸣器BUZZ在微处理器的控制下，实现各种信息的声音提示；供电节点AV3.3V、DV3.3V、DGND、AGND分别与供电单元中的模拟电源3.3V、数字电源3.3V、数字地、模拟地相连，为该单元提供工作电源。

在本实施方式中，如图4所示，电压输出单元由高压大功率运放PA89及外围元件构成，主要是实现电压幅度放大和功率放大，提供一个大高压大功率的驱动能力。集成运放PA89具有±75V到±600V的宽电压供电范围，输出信号的峰峰值可达1140V，持续输出电流可达75mA，频率带宽可达10MHz。为了提高抗干扰能力，信号采用的是差分输入，其中信号输入节点SignIn+、SignIn-分别与幅度调节单元的对应节点相连；输出节点Out、OutGND分别与输出接口单元对应的节点相连,与外部负载相接；供电节点AV-600V、AV+600V、OutGND分别与供电单元中的模拟电源-600V、+600V、输出电源模拟地相连，为该单元提供工作电源。

信号输入节点SignIn+经过电阻R803和电阻R804分压后输入PA89的IN+节点，信号输入节点SignIn-经过电阻R805输入PA89的IN-节点，PA89的IN-节点与Out节点之间连接有并联的电容C804和电阻R806。

在另一种优选实施方式中，如图5所示，电压输出单元由高压大功率运放PA93及外围元件构成，主要是实现电压幅度放大和功率放大，提供一个大高压大功率的驱动能力。集成运放PA93具有±40V到±225V的宽电压供电范围，输出信号的峰峰值可达440V，持续输出电流最小可达8A，峰值电流可达14A，频率带宽可达12MHz。信号输入节SignalIn与幅度调节单元的对应节点相连；输出节点SigalOut、AGND分别与输出接口单元对应的节点相连,与外部负载相接；供电节点+AVHV、-AVHV、AGND分别与供电单元中的模拟电源-225V、+225V、输出电源模拟地相连，为该单元提供工作电源。

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STM32F103RD或STM32F103RC，采用的电压输出单元为PA89或PA93，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和电压输出单元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

1.一种大功率高压产生装置，其特征在于，包括微处理器控制单元、幅度调节单元和电压输出单元，所述微处理器控制单元包括D/A转换模块，所述D/A转换模块用于输出电压信号模拟量，所述D/A转换模块输出端与幅度调节单元输入端相连，所述幅度调节单元输出端与电压输出单元输入端相连，所述电压输出单元输出端与负载相连。

2.如权利要求1所述的大功率高压产生装置，其特征在于，还包括滤波处理单元，所述滤波处理单元的输入端与D/A转换模块的输出端相连，所述滤波处理单元的输出端与幅度调节单元的输入端相连。

3.如权利要求1所述的大功率高压产生装置，其特征在于，还包括蓝牙无线收发单元，所述蓝牙无线收发单元与微处理器的蓝牙无线收发接口相连，实现外部设备与微处理器的通讯。

4.如权利要求1所述的大功率高压产生装置，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。

5.如权利要求1所述的大功率高压产生装置，其特征在于，所述微处理器控制单元包括STM32F103RD和外围电路，或者所述微处理器控制单元包括STM32F103RC和外围电路。

6.如权利要求1所述的大功率高压产生装置，其特征在于，还包括接口单元，所述接口单元连接在所述电压输出单元和所述负载之间。

7.如权利要求1或6所述的大功率高压产生装置，其特征在于，所述电压输出单元的信号输入节点正端SignIn+、负端SignIn-分别与幅度调节单元的对应节点相连，输出节点Out、OutGND分别与输出接口单元对应的节点相连,与外部负载相接；供电节点负端AV-、正端AV+、OutGND分别与供电单元中的模拟电源负极、正极、输出电源模拟地相连。

8.如权利要求7所述的大功率高压产生装置，其特征在于，所述电压输出单元型号为高压大功率运放PA89。

9.如权利要求1或6所述的大功率高压产生装置，其特征在于，所述电压输出单元信号输入节SignalIn与幅度调节单元的对应节点相连；输出节点SigalOut、AGND分别与输出接口单元对应的节点相连,与外部负载相接；供电节点正端+AVHV、负端-AVHV、AGND分别与供电单元中的模拟电源负极、正极、输出电源模拟地相连。

10.如权利要求9所述的大功率高压产生装置，其特征在于，所述电压输出单元型号为高压大功率运放PA93。