CN211374867U - 电压波形的输出设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种电压波形的输出设备。该设备包括控制装置、开关切换装置、电压输入装置以及充放电装置；控制装置与开关切换装置连接，用于输出控制信号至开关切换装置；开关切换装置连接电压输入装置和充放电装置，开关切换装置用于根据控制信号将充放电装置切换至连接电压输入装置或接地；充放电装置用于在连接电压输入装置和接地之间切换时输出对应的电压波形。上述设备，通过开关切换装置根据控制信号对充放电装置的充电以及放电进行切换，从而使得充放电装置在充电以及放电的过程中输出相应的电压波形，避免了采用高压运放影响电压波形的输出质量，保证了输出的电压波形的平滑以及稳定，提高了输出的电压波形的效果。

Description

电压波形的输出设备

技术领域

本申请涉及电压波形技术领域，特别是涉及一种电压波形的输出设备。

背景技术

在电压输出至用电设备时，电压在一定程度上是会有波动的，同时，也有部分的用电设备并不需要输送电压值稳定的电源电压，例如现有的压电马达、光电管以及光谱仪等用电设备，其都是需要一个能够波动的电压值作为电源电压的，例如根据时间与电压值的关系曲线，电源电压可以是波动的正弦电压波形，也可以是波动的三角电压波形。

传统的方案是采用MCU(Micro controller Unit，微控制单元)输出任意波形，然后将输出的任意波形通过高压运算放大器进行放大，放大之后就直接得到了任意的高压波形，这种方案在对输出的任意波形进行放大之后，输出的波形轨迹不够平滑，可能存在毛刺等，使得输出的高压波形质量差。

实用新型内容

基于此，有必要针对传统的高压波形输出质量差的问题，提供一种电压波形输出质量高的电压波形的输出设备。

一种电压波形的输出设备，该设备包括：控制装置、开关切换装置、电压输入装置以及充放电装置，控制装置与开关切换装置连接，用于输出控制信号至开关切换装置；开关切换装置连接电压输入装置和充放电装置，开关切换装置用于根据控制信号将充放电装置切换至连接电压输入装置或接地；充放电装置用于在连接电压输入装置和接地之间切换时输出对应的电压波形。

上述设备，通过开关切换装置根据控制信号对充放电装置的充电以及放电进行切换，从而使得充放电装置在充电以及放电的过程中输出相应的电压波形，避免了采用高压运放影响电压波形的输出质量，保证了输出的电压波形的平滑以及稳定，提高了输出的电压波形的效果。

在其中一个实施例中，控制装置包括微控制器以及驱动芯片，微控制器与驱动芯片连接，驱动芯片与开关切换装置连接，微控制器用于输出调制信号至驱动芯片，驱动芯片用于根据调制信号，输出控制信号至开关切换装置。

通过微控制器发出调制信号至驱动芯片，驱动芯片再根据调制信号来输出相应的控制信号至开关切换装置，以对开关切换装置的切换进行控制，达到对充放电装置充放电时间长度进行有效控制的目的，从而保证能够使得充放电装置输出任意的电压波形。

在其中一个实施例中，微控制器包括定时计数器，定时计数器用于控制微控制器输出相应的调制信号。

设置定时计数器，输出相应的定时时间变量至微控制器，使得微控制器根据定时时间变量生成相应的调制信号，发送至驱动芯片以控制开关切换装置，从而对充放电装置的充放电之间进行控制，使得输出的电压波形受定时计数器的定时时间变量控制。

在其中一个实施例中，开关切换装置包括第一开关管以及第二开关管；第一开关管的控制端和第二开关管的控制端均连接驱动芯片，第一开关管的输入端与电压输入装置连接，第一开关管的输出端与充放电装置连接；第二开关管的输入端与充放电装置连接，第二开关管的输出端接地。

通过设置第一开关管以及第二开关管，实现对充放电装置的充放电进行切换控制。

在其中一个实施例中，驱动芯片包括信号输入端、第一控制信号输出端、第二控制信号输出端和偏移电压端，驱动芯片的信号输入端与微控制器连接；驱动芯片的第一控制信号输出端与第一开关管的控制端连接；驱动芯片的第二控制信号输出端与第二开关管的控制端连接；驱动芯片的偏移电压端连接充放电装置。

通过设置驱动芯片，能够保证整个设备在工作过程中能够稳定的对充放电装置的充电时间以及放电时间进行控制，保证输出的电压波形的质量。

在其中一个实施例中，该设备还包括第一二极管，第一二极管的输入端与充放电装置连接，第一二极管的输出端与电压输入装置连接。

通过设置第一二极管，防止充放电装置在进行充电过程中，电流发生回流，提高充电过程中的安全性。

在其中一个实施例中，该设备还包括第二二极管，第二二极管的输入端接地，第二二极管的输出端与充放电装置连接。

通过设置第二二极管，使得充放电装置能够在输出稳定的电压波形，避免受接地端的干扰。

在其中一个实施例中，该充放电装置为电感组件，电感组件的一端连接第一开关管的输出端、第二开关管的输入端以及驱动芯片的偏移电压端,电感组件的另一端作为电压波形的输出端。

将充放电装置设置为电感组件，在充电以及放电过程中可以起到相应的延时作用，使得输出的电压波形质量能够更好。

在其中一个实施例中，电感组件包括第一电感，第一电感的输入端连接第一开关管的输出端、第二开关管的输入端以及驱动芯片的偏移电压端,第一电感的输出端作为电压波形的输出端。

电感组件只采用一个电感，能够降低电路的复杂性，同时有效的减少空间，提高空间利用率。

在其中一个实施例中，电压输入装置包括升压电路。设置升压电路可以通过输入低压电源，通过升压电路对输入的低压电源进行升压，从而实现对充放电装置进行充电。

附图说明

图1为传统的用于输出电压波形的设备的系统结构示意图；

图2为一实施例提供的电压波形的输出设备的系统结构示意图；

图3为另一实施例提供的电压波形的输出设备的系统结构示意图；

图4为一实施例提供的电压波形的输出设备的电路原理图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，如图1所示，为传统的电压波形输出设备，包括有MCU(微控制单元)、高压运放以及升压电路。其中，微控制器的输出引脚DAC输出相应的波形，例如正弦波、余弦波以及三角波等等，然后输出的波形通过高压运放来进行放大，得到最终输出的高压波形，当升压电路采用12V升压120V电路时，则通过高压运放输出的高压波形电压幅值为0-120V。传统的电压波形输出设备所输出的高压波形是由MCU(Micro controller Unit，微控制单元)的输出决定的，当微控制器的输出引脚DAC输出的是正弦波时，通过高压运放进行放大之后，得到的是电压幅值为0-120V的正弦波。

在一个实施例中，如图2所示，提供了一种电压波形的输出设备，该设备包括控制装置100、开关切换装置200、电压输入装置300以及充放电装置400，控制装置100与开关切换装置200连接，输出控制信号至开关切换装置；开关切换装置200连接电压输入装置300和充放电装置400，开关切换装置200根据控制信号将充放电装置400切换至连接电压输入装置300或接地；充放电装置400在连接电压输入装置300和接地之间切换时输出对应的电压波形。

其中，控制装置100可以是具有数据处理功能的芯片，例如是单片机等等，开关切换装置200用于根据控制装置100输出的控制信号对充放电装置400的充电状态以及放电状态进行切换，例如开关切换装置200可以是单刀双置开关，当控制装置100发出充电信号时，则单刀双置开关进行切换，使得充放电装置400与电压输入装置300连接，从而通过电压输入装置300对充放电装置400进行充电。电压输入装置300可以根据实际情况进行选择，例如可以选择220V市电作为电压输入装置300，也可以是采用铅酸电池等输出120V电源电压作为电压输入装置300。充放电装置400则可以是相应的电容存储装置，例如蓄电池以及超级电容等等。可以理解，在充放电装置400进行充电以及放电的过程中，充放电装置400的电动势是在变化的，以此来输出变化的电压，从而最终得到电压波形。例如充放电装置400的初始电动势为0V，那么当充放电装置400在进行充电的过程中，其电动势在不断的上升，从而输出逐步呈上升趋势的电压波形，充电饱和之后，电动势稳定在波峰值；当充放电装置400在进行放电时，其电动势在不断的下降，从而输出逐步呈下降趋势的电压波形，在放电完毕之后，充放电装置400的电动势为零，回到初始状态。即当充放电装置400在充电的过程中，输出是的呈上升趋势的电压波形，在放电的过程中，输出的是呈下降趋势的电压波形。

上述设备，通过开关切换装置200根据控制信号对充放电装置400的充电以及放电进行切换，从而使得充放电装置400在充电以及放电的过程中输出相应的电压波形，避免了采用高压运放影响电压波形的输出质量，保证了输出的电压波形的平滑以及稳定，提高了输出的电压波形的效果。

在一个实施例中，如图3所示，控制装置100包括微控制器120以及驱动芯片130，微控制器120与驱动芯片130连接，驱动芯片130与开关切换装置200连接。其中，微控制器120可以采用STM系列单片机，例如STM32F103C8T6型号单片机，驱动芯片130可以采用IR2184型号芯片。需要说明的是，不同的型号的单片机都有其对应的输出引脚，同样，不同信号的驱动芯片130都有对应的输入引脚，通过单片机输出引脚可以输出相应的调制信号至驱动芯片130，从而使得驱动芯片130输出相应的控制信号来控制开关切换装置200进行切换，例如控制信号可以是电平信号，当为高电平时，控制开关切换装置200切换，使得电压输入装置300与充放电装置400连接，对充放电装置400进行充电，当为低电平时，控制开关切换装置200进行切换，使得充放电装置400接地，使得充放电装置400放电。

通过微控制器120发出调制信号至驱动芯片130，驱动芯片130再输出控制信号来对开关切换装置200的切换进行控制，达到对充放电装置400充放电时间长度进行有效控制的目的，从而保证能够使得充放电装置400输出任意的电压波形。

在一个实施例中，如图3所示，微控制器120包括有定时计数器110，定时计数器110用于控制微控制器120输出相应的调制信号。操作人员可以通过定时计数器110设置一个定时值，例如50秒，定时计数器110会进行计时，当时间到达50秒之后，微控制器120可以根据该定时值来输出相应的调制信号(例如调制信号可以是PWM信号(Pulse widthmodulation，脉冲宽度调制信号)，驱动芯片130在接收到该调制信号之后，就会相应的对控制信号的电平状态进行调节，例如当时间在50秒内，定时计算器110会控制微控制120输出相应的调制信号，该调制信号能够使得驱动芯片130输出的控制信号为高电平状态，当时间超过50秒之后，定时计算器110继续控制微控制120输出调制信号，此时该调制信号能够使得驱动芯片130将输出的控制信号改为低电平状态，以此来实现开关切换装置200的切换。

设置定时计数器，输出相应的定时时间变量来进行定时计数，控制微控制器120根据定时时间变量生成相应的调制信号，发送至驱动芯片130以输出不同电平状态的控制信号，控制开关切换装置200，从而对充放电装置400的充放电之间进行控制，使得输出的电压波形受定时计数器的定时时间变量控制。

在一个实施例中，如图4所示，开关切换装置200包括第一开关管以及第二开关管；第一开关管的控制端和第二开关管的控制端均连接驱动芯片130，第一开关管的输入端与电压输入装置300连接，第一开关管的输出端与充放电装置400连接；第二开关管的输入端与充放电装置400连接，第二开关管的输出端接地。

其中，第一开关管可以采用图4中的MOS管Q5，在其它实施例中，还可以采用三极管等作为第一开关管，第二开关管可以采用图4中的MOS管Q4，在其它实施例中，也可以采用三极管等作为第二开关管等等，驱动芯片130可以输出高电平信号至第一开关管Q5的控制端，输出低电平信号至第二开关管Q4的控制端，使得第一开关管Q5导通，第二开关管Q4关断，使充放电装置400与电压输入装置300连接，进行充电；驱动芯片130也可以输出低电平信号至第一开关管Q5的控制端，输出高电平信号至第二开关管Q4的控制端，使得第一开关管Q5关断，第二开关管Q4导通，使充放电装置400接地，进行放电。通过设置第一开关管Q5以及第二开关管Q4，实现对充放电装置400的充放电进行切换控制。

在一个实施例中，如图4所示，驱动芯片130包括信号输入端IN、第一控制信号输出端HO、第二控制信号输出端LO和偏移电压端VS，驱动芯片130的信号输入端IN与微控制器120连接，具体连接微控制器120的端口PA3；驱动芯片130的第一控制信号输出端HO与第一开关管Q5的控制端连接；驱动芯片130的第二控制信号输出端LO与第二开关管Q4的控制端连接；驱动芯片130的偏移电压端VS连接充放电装置400，获取充放电装置400的反馈电压。对应的，微控制器120可采用芯片U1，驱动芯片130可采用芯片U2。具体的，芯片U1型号为STM32F103C8T6型号，芯片U2的型号为IR2184型号。通过设置驱动芯片130，能够保证整个设备在工作过程中能够稳定的对充放电装置400的充电时间以及放电时间进行控制，保证输出的电压波形的质量。需要说明的是，驱动芯片130根据选择的型号不同，相应的还具有其它的引脚，例如以图4为例，当驱动芯片130的型号为IR2184时，其还包括有VCC引脚，SD引脚，COM引脚以及VB引脚等，进一步的，VCC引脚与VB引脚之间设置有二极管D3，VB引脚与VS引脚之间还设置有电容C14，IR2184型号的驱动芯片130的各个引脚功能可以参见现有的关于IR2184型号的芯片手册，例如，VS引脚提供的是高侧悬浮供电回流功能，SD引脚提供的是关断逻辑输入功能，COM引脚提供的是接地功能等等该，在此不做过多的文字赘述。

在一个实施例中，如图4所示，该设备还包括第一二极管D4，第一二极管D4的输入端与充放电装置400连接，第一二极管D4的输出端与电压输入装置300连接。通过设置第一二极管D4，防止充放电装置400在进行充电过程中，电流发生回流，提高充电过程中的安全性。

在一个实施例中，如图4所示，该设备还包括第二二极管D5，第二二极管D5的输入端接地，第二二极管D5的输出端与充放电装置400连接。通过设置第二二极管D5，使得充放电装置400能够在输出稳定的电压波形，避免受接地端的干扰。

在一个实施例中，该充放电装置400为电感组件，电感组件的一端连接第一开关管的输出端、第二开关管的输入端以及驱动芯片130的偏移电压端,电感组件的另一端作为电压波形的输出端OUT。其中，电感组件可以根据实际需要进行调节，例如当需要输出相对平滑的正弦或余弦波时，可以设置多个电感作为电感组件，此时该电感组件在与电压输入装置300连接进行充电的过程中，由于多个电感具备较大的感抗，此时输出的电压波形上升趋势较慢，实现输出平滑的正弦或余弦电压波形，相应的，也可以设置数量较少的电感来输出较为陡峭的三角波等等。

将充放电装置400设置为电感组件，在充电以及放电过程中可以起到相应的延时作用，使得输出的电压波形质量能够更好。

在一个实施例中，如图4所示，电感组件包括电感L3，电感L3的输入端连接第一开关管的输出端、第二开关管的输入端以及驱动芯片130的偏移电压端,电感L3的输出端作为电压波形的输出端。电感组件只采用一个电感，能够降低电路的复杂性，同时有效的减少空间，提高空间利用率。

在一个实时例中，电压输入装置300为升压电路。例如可以是12V升压至120V的升压电路，还可以是5V升压至50V的升压电路等等。设置升压电路可以通过输入低压电源，通过升压电路对输入的低压电源进行升压，从而实现对充放电装置400进行充电。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电压波形的输出设备，其特征在于，所述的设备包括：控制装置、开关切换装置、电压输入装置以及充放电装置；

所述控制装置与所述开关切换装置连接，用于输出控制信号至所述开关切换装置；

所述开关切换装置连接所述电压输入装置和所述充放电装置，所述开关切换装置用于根据所述控制信号将所述充放电装置切换至连接所述电压输入装置或接地；

所述充放电装置用于在连接所述电压输入装置和接地之间切换时输出对应的电压波形。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述控制装置包括微控制器以及驱动芯片，所述微控制器与所述驱动芯片连接，所述驱动芯片与所述开关切换装置连接，所述微控制器用于输出调制信号至所述驱动芯片，所述驱动芯片用于根据所述调制信号，输出所述控制信号至所述开关切换装置。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述微控制器包括定时计数器，所述定时计数器用于控制所述微控制器输出相应的调制信号。

4.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述开关切换装置包括第一开关管以及第二开关管；所述第一开关管的控制端和所述第二开关管的控制端均连接所述驱动芯片，所述第一开关管的输入端与所述电压输入装置连接，所述第一开关管的输出端与所述充放电装置连接；所述第二开关管的输入端与所述充放电装置连接，所述第二开关管的输出端接地。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述驱动芯片包括信号输入端、第一控制信号输出端、第二控制信号输出端和偏移电压端，所述驱动芯片的信号输入端与所述微控制器连接；所述驱动芯片的第一控制信号输出端与所述第一开关管的控制端连接；所述驱动芯片的第二控制信号输出端与所述第二开关管的控制端连接；所述驱动芯片的偏移电压端连接所述充放电装置。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述的设备还包括第一二极管，所述第一二极管的输入端与所述充放电装置连接，所述第一二极管的输出端与所述电压输入装置连接。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述的设备还包括第二二极管，所述第二二极管的输入端接地，所述第二二极管的输出端与所述充放电装置连接。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述的充放电装置为电感组件，所述电感组件的一端连接所述第一开关管的输出端、第二开关管的输入端以及所述驱动芯片的偏移电压端,所述电感组件的另一端作为电压波形的输出端。

9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述电感组件包括电感，所述电感的输入端连接所述第一开关管的输出端、第二开关管的输入端以及所述驱动芯片的偏移电压端,所述电感的输出端作为电压波形的输出端。

10.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述电压输入装置包括升压电路。

Images