CN219420597U - 一种多档输出高压程控电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多档输出高压程控电源，涉及电子技术领域，包括：隔离单元转换模块、升压变换模块、MCU控制模块、串口模块、电压电流采样模块和信号调理及AD转换模块；隔离单元转换模块输入端与外部直流输入装置电性连接，输出端与升压变换模块、MCU控制模块电性连接；MCU控制模块信号输入端与外部控制设备通讯连接，输出端与升压变换模块电性连接；升压变换模块输出端输出高压电源；电压电流采样模块用于进行信号采样；信号调理及AD转换模块信号输入端与电压电流采样模块电性连接输出端与MCU控制模块电性连接。本实用新型的优点在于：提出一种新型的多档输出高压程控电源，实现了集多功能为一体，具有良好的应用前景。

Description

一种多档输出高压程控电源

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，具体是涉及一种多档输出高压程控电源。

背景技术

某些设备需要应用真空环境。溅射离子泵(真空离子泵)是一种阳极为不锈钢筒，阴极为两块薄钛板。阳极、阴极一同装于不锈钢外壳中，整个壳体装于一磁场中，磁力线方向平行于阳极筒轴向，磁通密度约1000～2000Gs，工作时极间电压为3～7kV产生潘宁放电，这是一种在很低压强下仍能自持的放电，所以能运用于高真空和超高真空。放电产生的离子轰击阴极时引起金属钛的溅射，溅射的钛沉积于阳极筒内壁及阴极上离子轰击较少的部位。不断地形成新鲜的活性钛膜，吸附气体分子。同时又连续地掩埋吸附于阳极筒内壁及阴极边角部位的气体分子，形成泵的抽气作用，可以达到较高的真空度。其中需要用到极间高压电源。

当今市面上的电源设备往往都是低压直流稳压输出电源种类较多，3～7kV输出的属于特种电源，且现有技术中的高压电源通常缺乏多档可编程高压输出和极小电流(纳安级)的检测，基于此，本方案提出一种多档输出高压程控电源。

实用新型内容

为解决上述技术问题，提供一种多档输出高压程控电源，本实用新型具备输入输出隔离、输出电压电流监测、电路板环境温度监测和串口通信功能，实时监测电源工作状态并可对外发送状态信息。

为达到以上目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种多档输出高压程控电源，包括：隔离单元转换模块、升压变换模块、MCU控制模块、串口模块、电压电流采样模块和信号调理及AD转换模块；

所述隔离单元转换模块输入端与外部直流输入装置电性连接，所述隔离单元转换模块输出端与升压变换模块、MCU控制模块电性连接；

所述MCU控制模块信号输入端通过串口模块与外部控制设备通讯连接，所述MCU控制模块信号输出端与升压变换模块电性连接；

所述升压变换模块输出端输出高压电源供给外部用电设备；

所述电压电流采样模块用于对升压变换模块输出的电源进行信号采样；

所述信号调理及AD转换模块信号输入端与电压电流采样模块电性连接，所述信号调理及AD转换模块信号输出端与MCU控制模块电性连接，所述信号调理及AD转换模块用于对电压电流采样模块的采样信号进行调理并转化为数字信号输送至MCU控制模块。

优选的，所述隔离单元转换模块内部集成有输入滤波电路、DC24V转换电路、DC3.3V转换电路、DC5V转换电路、DC10V转换电路和DC12V转换电路；

所述输入滤波电路用于对输入的直流电源进行滤波隔离，所述DC24V转换电路输出DC24V电源供给升压变换模块，所述DC3.3V转换电路、DC5V转换电路、DC10V转换电路和DC12V转换电路输出DC3.3V、DC5V、DC±12V和DC±15V供给MCU控制模块。

优选的，所述MCU控制模块内部集成有开关电路、通讯电路、采样信号接收电路和处理芯片；

所述开关电路用于控制电源的启动，所述通讯电路通过串口模块与外部控制设备实现通讯连接，所述采样信号接收电路用于接收信号调理及AD转换模块输出的采样信号，所述处理芯片用于根据外部控制设备的控制信号和采样信号生产升压调控信号并输出至升压变换模块。

优选的，所述处理芯片型号为GD32F103RET6。

优选的，所述升压变换模块内部集成有电源接收电路、信号接收电路、升压电路和输出滤波电路；

所述电源接收电路用于接收隔离单元转换模块输出的DC24V电源，所述信号接收电路用于接收处理芯片输出的升压调控信号，所述升压电路用于根据升压调控信号进行电源升压，所述输出滤波电路用于对输出的高压电源进行滤波。

优选的，所述电压电流采样模块内部集成有电流采样电路和电压采样电路；

所述电流采样电路用于对输出的电源进行电流信号采样，所述电压采样电路用于对输出的电源进行电压信号采样。

优选的，所述电流采样电路包括第一电流采样电路和第二电流采样电路；

所述第一电流采样电路用于进行0-2.4uA的电流检测采样，所述第二电流采样电路用于进行2.4uA-10mA的电流检测采样。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

本实用新型中在隔离单元转换模块中集成有输入滤波电路，实现前端输入滤波并隔离，有效减少外部输入干扰对系统的影响，确保系统的稳定运行；

本实用新型中的升压变换模块内部集成的升压电路设置多档切换电路，用户通过串口模块与MCU控制模块通信，MCU控制模块输出升压调控信号控制升压电路进行升压变换。

本实用新型中设置第一电流采样电路和第二电流采样电路，将电流检测分两档，小电流档范围为0-2.4uA，大电流档范围为2.4uA-10mA，极大地保证了纳安级电流的检测精度。

附图说明

图1为本实用新型的组成结构框图；

图2为本实用新型中的隔离单元转换模块的电路图；

图3为本实用新型中的MCU控制模块的电路图；

图4为本实用新型中的升压变换模块的电路图；

图5为本实用新型中的电压电流采样模块的电路图；

图6为本实用新型中的电压电流信号调理单元的电路图；

图7为本实用新型中的电压电流信号AD转换单元的电路图；

图8为本实用新型中的串口模块的电路图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本实用新型以使本领域技术人员能够实现本实用新型。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

参照图1所示，一种多档输出高压程控电源，包括：隔离单元转换模块、升压变换模块、MCU控制模块、串口模块、电压电流采样模块和信号调理及AD转换模块；

隔离单元转换模块输入端与外部直流输入装置电性连接，隔离单元转换模块输出端与升压变换模块、MCU控制模块电性连接；

请参阅图2所示，隔离单元转换模块内部集成有输入滤波电路、DC24V转换电路、DC3.3V转换电路、DC5V转换电路、DC10V转换电路和DC12V转换电路；

输入滤波电路用于对输入的直流电源进行滤波隔离，DC24V转换电路输出DC24V电源供给升压变换模块，DC3.3V转换电路、DC5V转换电路、DC10V转换电路和DC12V转换电路输出DC3.3V、DC5V、DC±12V和DC±15V供给MCU控制模块；

本方案中，在隔离单元转换模块中集成有输入滤波电路，实现前端输入滤波并隔离，有效减少外部输入干扰对系统的影响，确保系统的稳定运行

因为本方案中涉及极小电流(nA级)的检测，因此对对检测电路的供电要求也提出了较高的要求，本方案中的DC3.3V转换电路、DC5V转换电路、DC10V转换电路和DC12V转换电路均采用低纹波和低噪声供电。

MCU控制模块信号输入端通过串口模块与外部控制设备通讯连接，MCU控制模块信号输出端与升压变换模块电性连接；

请参阅图3和图8所示，MCU控制模块内部集成有开关电路、通讯电路、采样信号接收电路和处理芯片；

开关电路用于控制电源的启动，通讯电路通过串口模块与外部控制设备实现通讯连接，采样信号接收电路用于接收信号调理及AD转换模块输出的采样信号，处理芯片用于根据外部控制设备的控制信号和采样信号生产升压调控信号并输出至升压变换模块，处理芯片型号为GD32F103RET6。

用户通过串口模块与MCU控制模块实现通信，输入升压控制信号至MCU控制模块，经由MCU控制模块处理后输出升压调控信号控制升压变换模块进行升压变换。

升压变换模块输出端输出高压电源供给外部用电设备；

请参阅图4所示，升压变换模块内部集成有电源接收电路、信号接收电路、升压电路和输出滤波电路；

电源接收电路用于接收隔离单元转换模块输出的DC24V电源，信号接收电路用于接收处理芯片输出的升压调控信号，升压电路用于根据升压调控信号进行电源升压，输出滤波电路用于对输出的高压电源进行滤波。

其中，升压电路采用多档切换电路，使升压变换模块可根据MCU控制模块输出的升压调控信号进行对应的升压调节。

电压电流采样模块用于对升压变换模块输出的电源进行信号采样；

请参阅图5所示，电压电流采样模块内部集成有电流采样电路和电压采样电路；

电流采样电路用于对输出的电源进行电流信号采样，电压采样电路用于对输出的电源进行电压信号采样；

电流采样电路包括第一电流采样电路和第二电流采样电路；

第一电流采样电路用于进行0-2.4uA的电流检测采样，第二电流采样电路用于进行2.4uA-10mA的电流检测采样。

由于本方案的输出功率不超过30W，输出电压范围为3000V-5000V，因此输出电流最大为毫安级，因此将电流检测分两档，小电流档范围为0-2.4uA，大电流档范围为2.4uA-10mA，极大地保证了纳安级电流的检测精度。

信号调理及AD转换模块信号输入端与电压电流采样模块电性连接，信号调理及AD转换模块信号输出端与MCU控制模块电性连接，信号调理及AD转换模块用于对电压电流采样模块的采样信号进行调理并转化为数字信号输送至MCU控制模块。

请参阅图6-7所示，信号调理及AD转换模块内部集成电压电流信号调理单元和电压电流信号AD转换单元，电压电流信号调理单元对采集到的电压电流信号进行调理滤波，电压电流信号AD转换单元用于将电压电流信号转化为数字信号输送至MCU控制模块。

为保证采样精度达到纳安级，因此本方案中的电压电流信号AD转换单元采用24位AD转换器。

综上所述，本实用新型的优点在于：提出一种新型的多档输出高压程控电源，实现了集输入输出隔离、输出电压电流监测、电路板环境温度监测和串口通信功能，实时监测电源工作状态并可对外发送状态信息多功能为一体，具有良好的应用前景。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围内。本实用新型要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (7)

1.一种多档输出高压程控电源，其特征在于，包括：隔离单元转换模块、升压变换模块、MCU控制模块、串口模块、电压电流采样模块和信号调理及AD转换模块；

所述隔离单元转换模块输入端与外部直流输入装置电性连接，所述隔离单元转换模块输出端与升压变换模块、MCU控制模块电性连接；

所述MCU控制模块信号输入端通过串口模块与外部控制设备通讯连接，所述MCU控制模块信号输出端与升压变换模块电性连接；

所述升压变换模块输出端输出高压电源供给外部用电设备；

所述电压电流采样模块用于对升压变换模块输出的电源进行信号采样；

所述信号调理及AD转换模块信号输入端与电压电流采样模块电性连接，所述信号调理及AD转换模块信号输出端与MCU控制模块电性连接，所述信号调理及AD转换模块用于对电压电流采样模块的采样信号进行调理并转化为数字信号输送至MCU控制模块。

2.根据权利要求1所述的一种多档输出高压程控电源，其特征在于，所述隔离单元转换模块内部集成有输入滤波电路、DC24V转换电路、DC3.3V转换电路、DC5V转换电路、DC10V转换电路和DC12V转换电路；

所述输入滤波电路用于对输入的直流电源进行滤波隔离，所述DC24V转换电路输出DC24V电源供给升压变换模块，所述DC3.3V转换电路、DC5V转换电路、DC10V转换电路和DC12V转换电路输出DC3.3V、DC5V、DC±12V和DC±15V供给MCU控制模块。

3.根据权利要求1所述的一种多档输出高压程控电源，其特征在于，所述MCU控制模块内部集成有开关电路、通讯电路、采样信号接收电路和处理芯片；

所述开关电路用于控制电源的启动，所述通讯电路通过串口模块与外部控制设备实现通讯连接，所述采样信号接收电路用于接收信号调理及AD转换模块输出的采样信号，所述处理芯片用于根据外部控制设备的控制信号和采样信号生产升压调控信号并输出至升压变换模块。

4.根据权利要求3所述的一种多档输出高压程控电源，其特征在于，所述处理芯片型号为GD32F103RET6。

5.根据权利要求1所述的一种多档输出高压程控电源，其特征在于，所述升压变换模块内部集成有电源接收电路、信号接收电路、升压电路和输出滤波电路；

所述电源接收电路用于接收隔离单元转换模块输出的DC24V电源，所述信号接收电路用于接收处理芯片输出的升压调控信号，所述升压电路用于根据升压调控信号进行电源升压，所述输出滤波电路用于对输出的高压电源进行滤波。

6.根据权利要求1所述的一种多档输出高压程控电源，其特征在于，所述电压电流采样模块内部集成有电流采样电路和电压采样电路；

所述电流采样电路用于对输出的电源进行电流信号采样，所述电压采样电路用于对输出的电源进行电压信号采样。

7.根据权利要求6所述的一种多档输出高压程控电源，其特征在于，所述电流采样电路包括第一电流采样电路和第二电流采样电路；

所述第一电流采样电路用于进行0-2.4uA的电流检测采样，所述第二电流采样电路用于进行2.4uA-10mA的电流检测采样。