CN204229278U - 高频率高精度的交流高压产生装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种高频率高精度的交流高压产生装置，其包括信号产生单元、信号幅度调节单元、功率放大单元、升压单元，所述信号产生单元的输出端与信号幅度调节单元的输入端相连，信号幅度调节单元的输出端与功率放大单元的输入端相连，功率放大单元的输出端与升压单元的输入端相连，升压单元的输出端与负载相连。本实用新型能够产生大功率、幅度可变、输出电压波形可变的交流高压信号。

Description

高频率高精度的交流高压产生装置

技术领域

本实用新型涉及一种电源装置，具体涉及一种高频率高精度的交流高压产生装置。 

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、负离子发生器、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，其存在频率精度不高，稳定性差，频率可调范围窄的问题，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，以及不同频率下正弦高压除尘效果等的研究)需大功率、幅度可变、输出电压波形可变、高精度频率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高频率高精度的交流高压产生装置。 

本实用新型提供了一种高频率高精度的交流高压产生装置，其包括信号产生单元、信号幅度调节单元、功率放大单元、升压单元，所述信号产生单元的输出端与信号幅度调节单元的输入端相连，所述信号幅度调节单元的输出端与功率放大单元的输入端相连，所述功率放大单元的输出端与升压单元的输入端相连，所述升压单元的输出端与负载相连。 

本实用新型能够产生大功率、幅度可变、输出电压波形可变的交流高压信号。 

在本实用新型的一种优选实施方式中，信号产生单元能够产生正弦波、方波、三角波中的一种或多种。从而实现输出电压波形可变。 

在本实用新型的另一种优选实施方式中，还包括微处理器控制单元，所述微处理控制单元的控制信号输出端与信号产生单元的控制输入端相连，用于向信号产生单元输入电压频率信息。从而实现高精度频率的控制。 

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信号产生单元的输出端相连，所述滤波处理单元的输出端与信号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，还包括电压采样单元和输入输出显示单元，所述输入输出显示单元与微处理器控制单元相连，所述微处理器控制单元包括A/D转换模块，所述升压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输入输出显示单元相连，用于向微处理器控制单元输入电压频率信息并显示输出电压信息。从而实现对输出电压频率的精确控制以及对电压的实时监控和调整。 

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 STM32F103RB和外围电路。 

在本实用新型的另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升压单元输出端和所述负载之间。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，信号产生单元的节点UD、WCLK、Rest、D0—D7分别与微处理器控制单元中PC0、PC1、PC2、PB0—PB7相连；输出节点Out与低通滤波器的对应输入节点相连；供电节点AV、DV、GND、AGND分别与供电单元中的模拟电源、数字电源、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，信号产生单元的节点SCLK、SDATA、FSYNC和Ctrl1分别与微处理器控制单元中PC10-PC12、PA8相连；输出节点Out与低通滤波器的对应输入节点相连；供电节点AV、DV、DGND、AGND分别与供电单元中的模拟电源、数字电源、数字地、模拟地相连，为该单元提供工作电源。 

在本实用新型的一种优选实施方式中，所述信号产生单元型号为AD9850或AD9833，所述功率放大单元包括大功率运放LM12及外围元件构成 

通过采用以上结构，使得该装置具有集成度高、性能稳定、频率精度高、显示直观等优点。本实用新型能实现高频率精度和宽频率范围的高压正弦交流电压，其频率分辨率至少可达0.0291Hz。其采用多绕组升压变压器，能实现宽范围的电压输出，且能提供大较大电流和功率，最高可达250W。 

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信号产生单元的电路示意图； 

图4是本实用新型另一种优选实施方式中信号产生单元的电路示意图； 

图5是本实用新型一种优选实施方式中功率放大单元的电路示意图。 

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高频率高精度的交流高压产生装置，其包括信号产生单元、信号幅度调节单元、功率放大单元、升压单元，信号产生单元的输出端与信号幅度调节单元的输入端相连，信号幅度调节单元的输出端与功率放大单元的输入端相连，功率放大单元的输出端与升压单元的输入端相连，升压单 元的输出端与负载相连。 

在本实施方式中，信号产生单元能够产生正弦波、方波、三角波中的一种或多种。从而实现输出电压波形可变。具体信号产生单元型号可以为但不限于AD9102，AD9106，AD9915，AD9838，AD9850或AD9933，优选为AD9850或AD9833。 

信号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，可以采用手动方式调节。 

在本实施方式中，还包括微处理器控制单元，微处理控制单元的控制信号输出端与信号产生单元的控制输入端相连，用于向信号产生单元输入电压频率、幅度信息。从而实现高精度频率的控制。 

在本实施方式中，还可以包括滤波处理单元，滤波处理单元的输入端与信号产生单元的输出端相连，滤波处理单元的输出端与信号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。 

在本实施方式中，还包括电压采样单元和输入输出显示单元，输入输出显示单元与微处理器控制单元相连，微处理器控制单元包括A/D转换模块，升压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输入输出显示单元相连，用于向微处理器控制单元输入电压频率信息并显示输出电压信息。从而实现对输出电压频率的精确控制以及对电压的实时监控和调整。 

在本实用新型的一种优选实施方式中，利用32位微处理器根据用户通过触摸屏输入频率信息，控制AD9850产生高频率精度正弦波信号，经滤波和放大后送入到功率放大实现功率，驱动升压变压器的输入线圈，经压变压器升后输出高压正弦信号，再经低通滤波后输出。另一方面，高压输出通过电阻分压和隔离放大器后，再通过运放放大和跟随后输入到微处理器的A/D转换输入 端，通过32位微处理器STM32F103RB内带的A/D转器换实现对输出电压的实时测量，并通过触摸式LCD液晶显示出频率、输出幅度等相关信息。 

如图1所示，该高压产生装置由微处理器控制单元、信号产生单元、低通滤波单元、信号幅度调节单元、功率放大单元、升压单元、输出接口单元、输出电压采样单元、触摸式LCD液晶显示单元和供电单元共九个单元组成。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并显示；信号产生单元主要由AD9833在微处理器的控制下产生所需的波形信号；低通滤波单元主要是由电阻和电容构成的二阶低通滤波器，滤出高频干扰；信号幅度调节单元主要由电位器及运放构成，实现信号的幅度调节；功率放大单元主要由LM12功率放大运放构成；升压单元主要由多绕组升压变压器构成，实现将低压信号变为高压信号；输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；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；供电单元主要为各部分工作提供相应的工作电源电压。 

整体工作主要通过触摸式LCD获取用户信息，32位微处理器STM32F103RB控制信号产生单元输出所需频率的正弦信号，再依次通过滤波处理单元、信号幅度调节单元、输出接口单元向外部负载提供所需正弦交流电压信号；另一方面，经输出电压采样单元获取实时输出电压信息，并利用微处理器内带的A/D转换实现实时电压幅值的测量。该装置，采用高性能集成芯片和高性价比微处理器，所以易于产品化，可广泛用于电子电路相关实验、各种相关设备的研发和调试等，具有频率精度高，输出频率范围广等优点，因此具有广阔的应用前景。 

如图2所示，微处理器控制单元主要由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、20K字节的RAM、128K字节闪存，其最高工作频率可达72MHz。利用其内带A/D转换实现对输出正弦高压的实时测量；内带的128K字节闪存主要用于存储程序和各种参数。另外，微处理器同时对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，控制LCD液晶实现各种信息的显示等。 

节点AMPSel1、AMPSel2、AMPSel3与输出电压采样单元的输出节点相连,控制选择合适的放大倍数，通过节点OutVoltageAmp输入微处理器内带A/D转换实现输出电压的实时测量，输入节点OutVoltageAmp与输出电压采样单元的输出节点相连；节点UD、WCLK、Rest、D0—D7分别与微处理器控制单元中PC0、PC1、PC2、PB0—PB7相连；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；蜂鸣器BUZZ在微处理器的控制下，实现有按键按下时发出提示音；端口PSerial与外部串口相连，用于微处理器的编程和串口通讯；供电节点AV3.3、DV3.3、DV+5V、GND、AGND分别与供电单元中的模拟电源3.3V、数字电源3.3V、、数字电源5.0V、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3所示，信号产生单元主要由AD9850、有源晶振及其它外围元件构成，在微处理器控制单元的控制下产生所需的频率的正弦信号。AD9850采用数字合成技术(DDS)产生高精度数控频率的正弦信号，具有32位的频率分辨率，最高频率可达62.5MHZ。如果采用12MHz晶振，其频率分辨率可达0.0028Hz。其中，信号产生单元的节点UD、WCLK、Rest、D0—D7分别与微处理器控制单元中PC0、PC1、PC2、PB0—PB7相连；输出节点AD9850Out 与低通滤波器的对应输入节点相连；供电节点AV5.0、DV5.0、GND、AGND分别与供电单元中的模拟电源5.0V、数字电源5.0V、数字地、模拟地相连，为该单元提供工作电源。 

如图4所示，在本实用新型另外的优选实施方式中，利用32位微处理器控制AD9833产生方波、三角波和正弦波三种信号中的一种信号。信号产生单元主要由AD9833、有源晶振及其它外围元件构成，在微处理器控制单元的控制下产生所需的正弦、三角和矩形波信号。其中，节点SCLK、SDATA、FSYNC和Ctrl1分别与微处理器控制单元中的对应节点相连；输出节点AD9833Out与低通滤波器的对应输入节点相连；供电节点AV5.0、DV5.0、DGND、AGND分别与供电单元中的模拟电源5.0V、数字电源5.0V、数字地、模拟地相连，为该单元提供工作电源。 

如图5所示，本实用新型的功率放大单元由两片大功率运放LM12及外围元件构成，主要是实现将功率放大，能提供一个大的功率驱动升压单元中的升压变压器。集成运放LM12具有在电源为±30V时，输出电流为±10A，同时电压可达±25V，峰值耗散功率可达800W；且在跟随的情况下，可达700KHz的频率带宽。输入节点SignIn+、SignIn-与信号幅度调节单元中对应输出节点相连；输出节点Out+、Out-分别与升压单元中对应节点相连；供电节点AV+30V、AV+30V、AGND分别与供电单元中的模拟电源正30V、负30V、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STM32F103RB，采用的信号产生单元为AD9850或AD9833，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信号产生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 (10)

1.一种高频率高精度的交流高压产生装置，其特征在于，包括信号产生单元、信号幅度调节单元、功率放大单元、升压单元，所述信号产生单元的输出端与信号幅度调节单元的输入端相连，所述信号幅度调节单元的输出端与功率放大单元的输入端相连，所述功率放大单元的输出端与升压单元的输入端相连，所述升压单元的输出端与负载相连。 

2.如权利要求1所述的高频率高精度的交流高压产生装置，其特征在于，信号产生单元能够产生正弦波、方波、三角波中的一种或多种。 

3.如权利要求1所述的高频率高精度的交流高压产生装置，其特征在于，还包括微处理器控制单元，所述微处理控制单元的控制信号输出端与信号产生单元的控制输入端相连，用于向信号产生单元输入电压频率、幅度信息。 

4.如权利要求1所述的高频率高精度的交流高压产生装置，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信号产生单元的输出端相连，所述滤波处理单元的输出端与信号幅度调节单元的输入端相连。 

5.如权利要求1所述的高频率高精度的交流高压产生装置，其特征在于，还包括电压采样单元和输入输出显示单元，所述输入输出显示单元与微处理器控制单元相连，所述微处理器控制单元包括A/D转换模块，所述升压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输入输出显示单元相连，用于向微处理器控制单元输入电压频率信息并显示输出电压信息。 

6.如权利要求3所述的高频率高精度的交流高压产生装置，其特征在于，所述微处理器控制单元包括STM32F103RB和外围电路。 

7.如权利要求1所述的高频率高精度的交流高压产生装置，其特征在于，还包括接口单元，所述接口单元连接在所述升压单元输出端和所述负载之间。 

8.如权利要求1所述的高频率高精度的交流高压产生装置，其特征在于，信号产生单元的节点UD、WCLK、Rest、D0—D7分别与微处理器控制单元中PC0、PC1、PC2、PB0—PB7相连；输出节点Out与低通滤波器的对应输入节点相连；供电节点AV、DV、GND、AGND分别与供电单元中的模拟电源、数字电源、数字地、模拟地相连，为该单元提供工作电源。 

9.如权利要求1所述的高频率高精度的交流高压产生装置，其特征在于，信号产生单元的节点SCLK、SDATA、FSYNC和Ctrl1分别与微处理器控制单元中PC10-PC12、PA8相连；输出节点Out与低通滤波器的对应输入节点相连；供电节点AV、DV、DGND、AGND分别与供电单元中的模拟电源、数字电源、数字地、模拟地相连，为该单元提供工作电源。 

10.如权利要求1所述的高频率高精度的交流高压产生装置，其特征在于，所述信号产生单元型号为AD9850或AD9833，所述功率放大单元包括大功率运放LM12及外围元件。