寬頻率范圍的高壓產(chǎn)生裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提出了一種寬頻率范圍的高壓產(chǎn)生裝置，包括微處理器控制單元、波形產(chǎn)生單元、信號選擇單元、幅度調(diào)節(jié)單元、電壓輸出單元和藍(lán)牙無線收發(fā)單元，微處理器控制單元包括D/A轉(zhuǎn)換模塊，用于輸出電壓信號模擬量，微處理器控制單元通過藍(lán)牙無線收發(fā)單元與外部控制設(shè)備相連，通過外部控制設(shè)備控制D/A轉(zhuǎn)換模塊、波形產(chǎn)生單元之一工作，D/A轉(zhuǎn)換模塊的輸出端和波形產(chǎn)生單元的輸出端分別與信號選擇單元輸入端相連，信號選擇單元輸出端與幅度調(diào)節(jié)單元輸入端相連，幅度調(diào)節(jié)單元輸出端與電壓輸出單元輸入端相連，電壓輸出單元輸出端與負(fù)載相連。本實用新型能夠產(chǎn)生多種頻率的波形并且輸出功率大、幅度可變。
【專利說明】寬頻率范圍的高壓產(chǎn)生裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種電源裝置，具體涉及一種寬頻率范圍的高壓產(chǎn)生裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]高壓電的應(yīng)用極其廣泛，目前在工業(yè)、醫(yī)學(xué)、環(huán)境以及日常生活中均有應(yīng)用。例如工業(yè)上，在電除塵、高壓點火、負(fù)離子發(fā)生器、高壓產(chǎn)生臭氧、電火花的產(chǎn)生、電弧焊接等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用；在醫(yī)學(xué)上，可用于產(chǎn)生X射線以及高強度超聲波；在環(huán)境處理上，可用于放電進行水處理。
[0003]目前，市場上雖然已有各種各樣的高壓發(fā)生裝置，但其中絕大部分是直流高壓，脈沖高壓和正弦高壓較少。對于現(xiàn)有的脈沖高壓或正弦高壓發(fā)生裝置來說，其只能輸出固定頻率，并且輸出功率小、效率不高、波形單一等，對于某些研究或?qū)嶒?如不同電壓波形下除塵效果的研究等)需大功率、幅度可變、輸出電壓波形可變等現(xiàn)有設(shè)備就無法滿足需要。
實用新型內(nèi)容
[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本實用新型的目的是提供一種寬頻率范圍的高壓產(chǎn)生裝置。
[0005]本實用新型提供了一種寬頻率范圍的高壓產(chǎn)生裝置，其包括微處理器控制單元、波形產(chǎn)生單元、信號選擇單元、幅度調(diào)節(jié)單元、電壓輸出單元和藍(lán)牙無線收發(fā)單元，所述微處理器控制單元包括D/A轉(zhuǎn)換模塊，所述D/A轉(zhuǎn)換模塊用于輸出電壓信號模擬量，所述微處理器控制單元的第一控制命令輸出端與波形產(chǎn)生單元的使能端相連，所述微處理器控制單元通過藍(lán)牙無線收發(fā)單元與外部控制設(shè)備相連，通過外部控制設(shè)備控制D/A轉(zhuǎn)換模塊、波形產(chǎn)生單元之一工作，所述D/A轉(zhuǎn)換模塊的輸出端和波形產(chǎn)生單元的輸出端分別與信號選擇單元輸入端相連，所述信號選擇單元輸出端與幅度調(diào)節(jié)單元輸入端相連，所述幅度調(diào)節(jié)單兀輸出端與電壓輸出單兀輸入端相連，所述電壓輸出單兀輸出端與負(fù)載相連。
[0006]本實用新型的寬頻率范圍的高壓產(chǎn)生裝置能夠產(chǎn)生多種頻率的波形并且輸出功率大、幅度可變。
[0007]在本實用新型的一種優(yōu)選實施方式中，還包括濾波處理單元，所述濾波處理單元的輸入端與D/A轉(zhuǎn)換模塊的輸出端相連，所述濾波處理單元的輸出端與信號選擇單元的輸入端相連。通過濾波處理單元濾出雜波，使輸出更準(zhǔn)確。
[0008]在本實用新型的另一種優(yōu)選實施方式中，還包括電壓采樣單元和顯示單元，所述微處理器控制單元包括A/D轉(zhuǎn)換模塊，所述電壓輸出單元輸出端與電壓采樣單元的輸入端相連，所述電壓采樣單元的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與顯示單元相連，用于顯示輸出電壓信息。便于實時監(jiān)控和調(diào)整。
[0009]在本實用新型的一種優(yōu)選實施方式中，信號產(chǎn)生單元能夠產(chǎn)生正弦波、方波、三角波中的一種或多種。從而實現(xiàn)輸出電壓波形可變。
[0010]在本實用新型的一種優(yōu)選實施方式中，還包括電壓控制單元，所述電壓控制單元的命令輸入端與微處理器控制單元的第二控制命令輸出端相連，所述電壓控制單元的輸出端與電壓輸出單元的輸入端相連，所述電壓控制單元的信號反饋回所述微處理器控制單元的A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端。通過控制脈沖寬度達(dá)到控制輸出的直流高壓的目的，為電壓輸出單元提供一個可變的直流電壓。
[0011]在本實用新型的另一種優(yōu)選實施方式中，所述電壓控制單元包括高頻變壓器、場效應(yīng)管、集成運放、斯密特觸發(fā)器，其中，第一斯密特觸發(fā)器連接第一三極管的集電極，第一三極管的基極通過第一電阻連接微處理器控制單元的PWM1信號，第一三極管的發(fā)射極接地，第一三極管的集電極通過第三電阻接地，第二斯密特觸發(fā)器連接第二三極管的集電極，第二三極管的基極通過第二電阻連接微處理器控制單元的PWM2信號，第二三極管的發(fā)射極接地，第二三極管的集電極通過第四電阻接地，第一斯密特觸發(fā)器的輸出端連接第三場效應(yīng)晶體管的柵極，第三場效應(yīng)晶體管的漏極連接高頻變壓器的第一輸入端，第二斯密特觸發(fā)器的輸出端連接第四場效應(yīng)晶體管的柵極，第四場效應(yīng)晶體管的漏極連接高頻變壓器的第二輸入端，高頻變壓器的輸出端經(jīng)過整流橋、電容電感陣列，電壓輸出節(jié)點+AVHV、-AVHV、AGND分別與電壓輸出單元的對應(yīng)節(jié)點相連；電壓輸出節(jié)點+AVHV、_AVHV經(jīng)過電阻分壓輸入集成運放的兩個輸入端，集成運放的輸出端ADC-1N1與微處理器控制單元的A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連。
[0012]微處理器控制單元通過內(nèi)部模數(shù)轉(zhuǎn)換測量節(jié)點ADC_IN1、ADC_IN2的輸入電壓，檢測出輸出直流電壓的值，同時與幅度調(diào)節(jié)單元的輸出幅度通過比較器進行對比，調(diào)整PWM1和PWM2的脈沖寬度達(dá)到輸出穩(wěn)定的預(yù)期電壓的目的。
[0013]在本實用新型的一種優(yōu)選實施方式中，所述微處理器控制單元包括STM32F103RC和外圍電路。
[0014]在本實用新型的另一種優(yōu)選實施方式中，所述波形產(chǎn)生單元型號為AD9850或AD9833。
[0015]在本實用新型的再一種優(yōu)選實施方式中，所述電壓輸出單元型號為高壓大功率運放 PA85 或 PA98。
[0016]本實用新型選取32位微處理器STM32F103RC、高頻變壓器、PA98和液晶顯示屏，使得該裝置具有集成度高、性能穩(wěn)定、體積小、顯示直觀等優(yōu)點。
[0017]本實用新型采用高壓寬頻率放大器PA85、PA98實現(xiàn)高精度、穩(wěn)定的各種波形的輸出，且具有各種保護功能等，輸出頻率可達(dá)幾十兆赫茲。
[0018]本實用新型利用具有高效率電壓轉(zhuǎn)換的高頻變壓器實現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換，在微處理器的控制下根據(jù)輸出電壓幅度要求改變電壓輸出單元的供電電壓，從而降低在電壓輸出單元上的功率損耗，進而使該裝置相比固定供電具有更高的效率。
[0019]本實用新型的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本實用新型的實踐了解到。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]本實用新型的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0021]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是本實用新型一種優(yōu)選實施方式中微處理器控制單元的電路示意圖；
[0023]圖3是本實用新型一種優(yōu)選實施方式中波形產(chǎn)生單元的電路示意圖；
[0024]圖4是本實用新型一種優(yōu)選實施方式中電壓控制單元的電路示意圖；
[0025]圖5是本實用新型一種優(yōu)選實施方式中電壓輸出單元的電路示意圖；
[0026]圖6是本實用新型另一種優(yōu)選實施方式中電壓輸出單元的電路示意圖。

【具體實施方式】
[0027]下面詳細(xì)描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。
[0028]在本實用新型的描述中，除非另有規(guī)定和限定，需要說明的是，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機械連接或電連接，也可以是兩個元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語的具體含義。
[0029]本實用新型提供了一種寬頻率范圍的高壓產(chǎn)生裝置，其包括微處理器控制單元、波形產(chǎn)生單元、信號選擇單元、幅度調(diào)節(jié)單元、電壓輸出單元和藍(lán)牙無線收發(fā)單元，其中，微處理器控制單元包括D/A轉(zhuǎn)換模塊，D/A轉(zhuǎn)換模塊用于輸出電壓信號模擬量，微處理器控制單元的第一控制命令輸出端與波形產(chǎn)生單元的使能端相連，微處理器控制單元通過藍(lán)牙無線收發(fā)單元與外部控制設(shè)備相連，通過外部控制設(shè)備控制D/A轉(zhuǎn)換模塊、波形產(chǎn)生單元之一工作,D/A轉(zhuǎn)換模塊的輸出端和波形產(chǎn)生單兀的輸出端分別與信號選擇單兀輸入端相連，信號選擇單元輸出端與幅度調(diào)節(jié)單元輸入端相連，幅度調(diào)節(jié)單元輸出端與電壓輸出單元輸入端相連，電壓輸出單兀輸出端與負(fù)載相連。
[0030]在本實施方式中，微處理器控制單元通過藍(lán)牙無線收發(fā)單元與外部控制設(shè)備相連，通過外部控制設(shè)備控制D/A轉(zhuǎn)換模塊、波形產(chǎn)生單元之一工作，具體方法可采用現(xiàn)有的方法，例如專利申請201210299775.4中公開的對兩個電子設(shè)備工作方式的控制的方法。
[0031]在本實施方式中，當(dāng)微處理器控制D/A轉(zhuǎn)換模塊工作時，微處理器接收輸入信息并控制輸出波形的形狀和頻率的方法采用現(xiàn)有方法，本實用新型沒有進行任何改進，具體可以但不限于采用專利申請201310025582.4所公開的控制輸出信號的頻率和幅度信息的裝置和方法，雖然專利申請201310025582.4只涉及三角波、正弦波的產(chǎn)生，但方波比正弦波更容易產(chǎn)生，本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易在其基礎(chǔ)上得到方波。另外，本實用新型可以采用專利申請201310043326.8中獲得方波的方法和裝置。
[0032]在本實施方式中，A/D轉(zhuǎn)換模塊和D/A轉(zhuǎn)換模塊為現(xiàn)有的A/D轉(zhuǎn)換模塊和D/A轉(zhuǎn)換模塊。
[0033]幅度調(diào)節(jié)單元可以為任意現(xiàn)有的幅度調(diào)節(jié)單元，具體可以為但不限于電位計或者可調(diào)增益放大器，優(yōu)選采用電位計。
[0034]在本實施方式中，信號選擇單元由模擬開關(guān)構(gòu)成，在微處理器控制下選擇所需的波形輸出到幅度調(diào)節(jié)單元。
[0035]在本實施方式中，該高壓產(chǎn)生裝置還包括濾波處理單元，濾波處理單元的輸入端與D/A轉(zhuǎn)換模塊的輸出端相連，濾波處理單元的輸出端與信號選擇單元的輸入端相連。在本實施方式中，濾波處理單元可以為現(xiàn)有的低通濾波器結(jié)構(gòu)，具體參數(shù)可根據(jù)具體的要求選擇。
[0036]在本實施方式中，該高壓產(chǎn)生裝置還包括電壓采樣單元和顯示單元，微處理器控制單兀包括A/D轉(zhuǎn)換模塊，電壓輸出單兀輸出端與電壓米樣單兀的輸入端相連，電壓米樣單元的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連，A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與顯示單元相連，用于顯不輸出電壓信息。
[0037]在本實施方式中，電壓采樣單元可采用現(xiàn)有的電壓采樣單元，具體可依此用電壓分壓后經(jīng)過光耦隔離后輸出的結(jié)構(gòu)。
[0038]在本實用新型的第一優(yōu)選實施方式中，利用32位微處理器STM32F103RC根據(jù)用戶輸入的信息確定是控制自帶的D/A轉(zhuǎn)換器和濾波處理單元，還是控制外部正弦波、方波和三角波單元產(chǎn)生所需波形的模擬信號，制信號選擇單元選擇所需波形信號，輸出到可調(diào)放大器，經(jīng)放大輸出到高壓大電流放大器PA85放大后輸出，并送入輸出接口單元，實現(xiàn)與外部負(fù)載的連接，同時通過電阻分壓，跟隨輸入到32位微處理器控制內(nèi)帶的12位A/D轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)對輸出電壓的實時測量。另一方面在微處理器的控制下，利用藍(lán)牙無線收發(fā)模塊實現(xiàn)與手機、電腦等訊，以到達(dá)輸出波形、頻率等的控制。
[0039]該裝置由微處理器控制單元、濾波處理單元、正弦、方波和三角波產(chǎn)生單元、信號選擇單元、幅度調(diào)節(jié)單元、電壓輸出單元、輸出接口單元、輸出電壓采樣單元、觸摸式LCD液晶顯示單元、藍(lán)牙無線收發(fā)單元和供電單元共十一個單元組成。其中，微處理器控制單元主要實現(xiàn)各種控制、A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換；濾波處理單元主要濾除高頻干擾，提高輸出信號精度，正弦、方波和三角波產(chǎn)生單元主要由數(shù)控頻率和波形的AD9833構(gòu)成，產(chǎn)生不同頻率的正弦、方波和三角波信號；信號選擇單元主要由模擬開關(guān)構(gòu)成，在微處理器控制下選擇所需的波形和頻率輸出到幅度調(diào)節(jié)單元；幅度調(diào)節(jié)單元主要通過電位器調(diào)節(jié)信號的幅度；電壓輸出單元主要實現(xiàn)將電壓放大和功率放大；輸出接口單元主要由輸出端子構(gòu)成，便于與外部負(fù)載連接；輸出電壓采樣單元主要實現(xiàn)實時采集實際輸出的電壓，放大后送入微處理器，利用其內(nèi)帶的A/D轉(zhuǎn)換實現(xiàn)實時電壓的測量；觸摸式LCD液晶顯示單元主要實現(xiàn)各種信息的輸入和各種輸出信息的顯示等；藍(lán)牙無線收發(fā)單元要通過藍(lán)牙模塊與其它設(shè)備如手機等實現(xiàn)通訊，從而達(dá)到控制輸出波形頻率的目的；供電單元主要為各部分工作提供相應(yīng)的工作電源電壓，同時給電壓輸出單元提供一個高壓直流正負(fù)電源，最高可達(dá)正負(fù)225V。
[0040]微處理器通過觸摸式IXD或藍(lán)牙無線收發(fā)單元獲取用戶信息，根據(jù)用戶輸入的信息確定是控制自帶的D/A轉(zhuǎn)換器和濾波處理單元，還是控制外部正弦波、方波和三角波單元產(chǎn)生所需波形的模擬信號，并控制信號選擇單元選擇所需波形信號，依次通過幅度調(diào)節(jié)單元、電壓輸出單元、輸出接口單元向外部負(fù)載提供特定波形的高壓信號；同時通過輸出電壓采樣單元獲取實時輸出電壓信息，并經(jīng)微處理器內(nèi)帶的A/D轉(zhuǎn)換實現(xiàn)實時電壓的測量。該裝置，采用高性能集成芯片、微處理器和高壓大功率運放，所以易于小型化、產(chǎn)品化，可廣泛用于相關(guān)研究、測試及實驗中，具有廣闊的市場前景。
[0041]在本實用新型的第二優(yōu)選實施方式中，利用32位微處理器STM32F103RC根據(jù)用戶輸入的信息確定是控制自帶的D/A轉(zhuǎn)換器和濾波處理單元，還是控制外部三波型產(chǎn)單元產(chǎn)生正弦波、方波和三角波單元等所需波形的模擬信號，并控制信號選擇單元選擇所需波形信號，輸出到可調(diào)放大器，經(jīng)放大輸出到可調(diào)放大器，經(jīng)放大輸出到高壓大電流放大器PA98放大后輸出，并送入輸出接口單元，實現(xiàn)與外部負(fù)載的連接，同時通過電阻分壓，跟隨輸入到32位微處理器控制內(nèi)帶的12位A/D轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)對輸出電壓的實時測量。同時，微處理器根據(jù)需輸出電壓幅度要求改變電壓控制單元的供電電壓，降低在運放上消耗的功率，以提高本裝置的效率。另一方面在微處理器的控制下，利用藍(lán)牙無線收發(fā)模塊實現(xiàn)與手機、電腦等訊，以到達(dá)輸出波形、頻率等的控制。
[0042]該裝置由微處理器控制單元、濾波處理單元、三波形產(chǎn)生單元、信號選擇單元、幅度調(diào)節(jié)單元、電壓控制單元、電壓輸出單元、輸出接口單元、輸出電壓采樣單元、觸摸式LCD液晶顯示單元、藍(lán)牙無線收發(fā)單元和供電單元共十二個單元組成，如圖1所示。其中，微處理器控制單元主要實現(xiàn)各種控制、A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換；濾波處理單元主要濾除高頻干擾，提高輸出信號精度，三波形產(chǎn)生單元主要由數(shù)控頻率和波形的AD9833構(gòu)成，產(chǎn)生不同頻率的正弦、方波和三角波信號；信號選擇單元主要由模擬開關(guān)構(gòu)成，在微處理器控制下選擇所需的波形和頻率輸出到幅度調(diào)節(jié)單元；幅度調(diào)節(jié)單元主要通過電位器調(diào)節(jié)信號的幅度；電壓控制單元主要為電壓輸出單元提高一個可變的直流電源；電壓輸出單元主要實現(xiàn)將電壓放大和功率放大；輸出接口單兀主要由輸出端子構(gòu)成，便于與外部負(fù)載連接；輸出電壓米樣單元主要實現(xiàn)實時采集實際輸出的電壓，放大后送入微處理器，利用其內(nèi)帶的A/D轉(zhuǎn)換實現(xiàn)實時電壓的測量；觸摸式LCD液晶顯示單元主要實現(xiàn)各種信息的輸入和各種輸出信息的顯示等；藍(lán)牙無線收發(fā)單元要通過藍(lán)牙模塊與其它設(shè)備如手機等實現(xiàn)通訊，從而達(dá)到控制輸出波形頻率的目的；供電單元主要為各部分工作提供相應(yīng)的工作電源電壓，同時給電壓輸出單元提供一個高壓直流正負(fù)電源，最高可達(dá)正負(fù)225V。
[0043]微處理器通過觸摸式IXD或藍(lán)牙無線收發(fā)單元獲取用戶信息，根據(jù)信息確定是控制自帶的D/A轉(zhuǎn)換器和濾波處理單元，還是控制外部正弦波、方波和三角波單元產(chǎn)生所需波形的模擬信號，并控制信號選擇單元選擇所需波形信號，依次通過幅度調(diào)節(jié)單元、電壓輸出單元、輸出接口單元向外部負(fù)載提供特定波形的高壓信號；同時通過輸出電壓采樣單元獲取實時輸出電壓信息，并經(jīng)微處理器內(nèi)帶的A/D轉(zhuǎn)換實現(xiàn)實時電壓的測量。
[0044]在本實施方式中，處理器控制單元包括STM32F103RC和外圍電路。如圖2所示，微處理器控制單元主要由內(nèi)帶有A/D和D/A轉(zhuǎn)換的32位微處理器STM32F103RC和相應(yīng)的外圍元件構(gòu)成。其中STM32F103RC內(nèi)帶3個12位的A/D轉(zhuǎn)換器、2道12位D/A轉(zhuǎn)換器、256K字節(jié)閃存、最高工作頻率可達(dá)72MHz。利用內(nèi)帶D/A轉(zhuǎn)換產(chǎn)生任意波形的低頻信號；利用內(nèi)帶A/D轉(zhuǎn)換實現(xiàn)對輸出電流的實時測量；內(nèi)帶的256K字節(jié)閃存可方便用于程序的存儲。另外，微處理器同時實現(xiàn)對通過觸摸屏輸入的信息進行分析，并向其它部分發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)或控制信號，并控制LCD液晶實現(xiàn)各種相關(guān)信息的顯示等。節(jié)點AmpVoltageMeasure與輸出電流采樣單元的輸出節(jié)點相連，通過微處理器內(nèi)帶A/D轉(zhuǎn)換實現(xiàn)輸出電流的測量；節(jié)點SignDA、Filter_CLK分別與濾波處理單元的模擬輸入、濾波時鐘輸入相連，其中節(jié)點SignDA為微處理器內(nèi)帶D/A轉(zhuǎn)換經(jīng)簡單濾波后的模擬信號輸出節(jié)點；節(jié)點BlueRX、BlueTX分別與藍(lán)牙無線收發(fā)單元中的對應(yīng)節(jié)點相連，實現(xiàn)與外部設(shè)備的通訊；節(jié)點DD0——DD7、LCD_D1、LCD_RW、LCD_E、LCD_CSA、LCD_CSB、LCD_REST、LCD_LAMP、LCD_TCS、LCD_TD0UT、LCD_TDIN、LCD_TCLK、LCD_TBUSY、LCD_TPENIRQ分別與觸摸式IXD液晶顯示單元中對應(yīng)節(jié)點相連；接口 PSerial與外部串口相連，用于微處理器的編程；蜂鳴器BUZZ在微處理器的控制下，實現(xiàn)各種信息的聲音提示；供電節(jié)點AV3.3V、DV3.3V、DGND、AGND分別與供電單元中的模擬電源3.3V、數(shù)字電源3.3V、數(shù)字地、模擬地相連，為該單元提供工作電源。
[0045]在本實施方式中，信號產(chǎn)生單元能夠產(chǎn)生正弦波、方波、三角波中的一種或多種。具體采用的波形產(chǎn)生單元型號可以為但不限于AD9102，AD9106, AD9915，AD9838，AD9850或AD9933，優(yōu)選為AD9850或AD9833。如圖3所示，波形產(chǎn)生單元主要由AD9850、有源晶振及其它外圍元件構(gòu)成，在微處理器控制單元的控制下產(chǎn)生所需的頻率的正弦信號。AD9850采用數(shù)字合成技術(shù)(DDS)產(chǎn)生高精度數(shù)控頻率的正弦信號，具有32位的頻率分辨率，最高頻率可達(dá)62.5MHZ。如果采用12MHz晶振，其頻率分辨率可達(dá)0.0028Hz。其中，信號產(chǎn)生單元的節(jié)點UD、WCLK、Rest、D0—D7分別與微處理器控制單元中PC0、PC1、PC2、PB0—PB7相連；輸出節(jié)點AD98500ut與低通濾波器的對應(yīng)輸入節(jié)點相連；供電節(jié)點AV5.0、DV5.0、GND、AGND分別與供電單元中的模擬電源5.0V、數(shù)字電源5.0V、數(shù)字地、模擬地相連，為該單元提供工作電源。
[0046]在本實施方式中，還包括電壓控制單元，電壓控制單元的命令輸入端與微處理器控制單元的第二控制命令輸出端相連，電壓控制單元的輸出端與電壓輸出單元的輸入端相連，電壓控制單元的信號反饋回所述微處理器控制單元的A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端。
[0047]如圖4所示，電壓控制單元包括高頻變壓器、場效應(yīng)管、集成運放、斯密特觸發(fā)器，其中，第一斯密特觸發(fā)器連接第一三極管Q301的集電極，第一三極管Q301的基極通過第一電阻R301連接微處理器控制單元的PWM1信號，第一三極管Q301的發(fā)射極接地，第一三極管Q301的集電極通過第三電阻R303接地，第二斯密特觸發(fā)器連接第二三極管Q302的集電極，第二三極管Q302的基極通過第二電阻R302連接微處理器控制單元的PWM2信號，第二三極管Q302的發(fā)射極接地，第二三極管Q302的集電極通過第四電阻R304接地，第一斯密特觸發(fā)器的輸出端連接第三場效應(yīng)晶體管Q303的柵極，第三場效應(yīng)晶體管Q303的漏極連接高頻變壓器的第一輸入端，第二斯密特觸發(fā)器的輸出端連接第四場效應(yīng)晶體管Q304的柵極，第四場效應(yīng)晶體管Q304的漏極連接高頻變壓器的第二輸入端，高頻變壓器的輸出端經(jīng)過整流橋、濾波電容電感陣列，電壓輸出節(jié)點+AVHV、-AVHV、AGND分別與電壓輸出單元的對應(yīng)節(jié)點相連；電壓輸出節(jié)點+AVHV、-AVHV經(jīng)過電阻分壓輸入集成運放的兩個輸入端，集成運放的輸出端ADC-1N1與微處理器控制單元的A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連。
[0048]該電壓控制單元通過控制脈沖寬度達(dá)到控制輸出的直流高壓的目的，為電壓輸出單兀提供一個可變的直流電壓，其范圍可從± 15V到±225V。其工作原理為:微處理器通過內(nèi)部模數(shù)轉(zhuǎn)換測量節(jié)點ADC_IN1、ADC_IN2的輸入電壓，檢測出輸出直流電壓的值，同時與前級輸入幅度調(diào)節(jié)單元的輸出幅度利用比較器進行對比，進而微處理器調(diào)整PWM1和PWM2的脈沖寬度達(dá)到輸出穩(wěn)定的預(yù)期電壓的目的。其中，斯密特觸發(fā)器CD40106用于整形，使得控制場效應(yīng)管的電壓上升和下降沿相比不用更陡，以降低在場管上的功耗，從而提高整體的工作效率。脈沖寬度調(diào)制輸入節(jié)點PWM1、PWM2與微處理器控制單元的對應(yīng)輸出節(jié)點相連；電壓輸出節(jié)點+AVHV、-AVHV、AGND分別與電壓輸出單元的對應(yīng)節(jié)點相連；電源輸入節(jié)點VCC、AV+5V、AV-5V、GND、AGND分別供電單元的對應(yīng)節(jié)點相連。
[0049]在本實施方式中，電壓輸出單元型號為高壓大功率運放PA85或PA98。如圖5所示，該部分主要由高壓大功率運放PA85及外圍元件構(gòu)成，主要是實現(xiàn)電壓幅度放大和功率放大，提供一個大高壓大功率的驅(qū)動能力。集成運放PA85具有±15V到±225V的寬電壓供電范圍，輸出信號的峰峰值可達(dá)430V，持續(xù)輸出電流最小可達(dá)200mA，頻率帶寬可達(dá)100MHz，電壓轉(zhuǎn)換率可達(dá)lOOOV/us。信號輸入節(jié)Signalln與幅度調(diào)節(jié)單元的對應(yīng)節(jié)點相連；輸出節(jié)點SigalOut、AGND分別與輸出接口單元對應(yīng)的節(jié)點相連，與外部負(fù)載相接；供電節(jié)點+AVHV、-AVHV、AGND分別與供電單元中的模擬電源-225V、+225V、輸出電源模擬地相連，為該單元提供工作電源。
[0050]在本實施方式中，電壓輸出單元型號為高壓大功率運放PA85或PA98。如圖6所示，該部分主要由高壓大功率運放PA98及外圍元件構(gòu)成，主要是實現(xiàn)電壓幅度放大和功率放大，提供一個大高壓大功率的驅(qū)動能力。集成運放PA98具有±15V到±225V的寬電壓供電范圍，輸出信號的峰峰值可達(dá)430V，持續(xù)輸出電流最小可達(dá)200mA，頻率帶寬可達(dá)100MHz，電壓轉(zhuǎn)換率可達(dá)lOOOV/us。信號輸入節(jié)Signalln與幅度調(diào)節(jié)單元的對應(yīng)節(jié)點相連；輸出節(jié)點SignalOut、AGND分別與輸出接口單元對應(yīng)的節(jié)點相連，與外部負(fù)載相接；供電節(jié)點+AVHV、-AVHV、AGND分別與電壓控制單元的+AVHV、-AVHV、輸出電源模擬地相連，為該單元提供工作電源。
[0051]需要說明的是，雖然本實用新型實施例中采用的微處理器為STM32F103RC，采用的電壓輸出單元為PA85或PA98，但是這不應(yīng)理解為對本實用新型的限制，任何按照本實用新型技術(shù)方案，能夠?qū)崿F(xiàn)本實用新型有益效果的處理器和電壓輸出單元的芯片均在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
[0052]在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本實用新型的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0053]盡管已經(jīng)示出和描述了本實用新型的實施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解:在不脫離本實用新型的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本實用新型的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
【權(quán)利要求】
1.一種寬頻率范圍的高壓產(chǎn)生裝置，其特征在于，包括微處理器控制單元、波形產(chǎn)生單元、信號選擇單元、幅度調(diào)節(jié)單元、電壓輸出單元和藍(lán)牙無線收發(fā)單元，所述微處理器控制單元包括D/A轉(zhuǎn)換模塊，所述D/A轉(zhuǎn)換模塊用于輸出電壓信號模擬量，所述微處理器控制單元的第一控制命令輸出端與波形產(chǎn)生單元的使能端相連，所述微處理器控制單元通過藍(lán)牙無線收發(fā)單元與外部控制設(shè)備相連，通過外部控制設(shè)備控制D/A轉(zhuǎn)換模塊、波形產(chǎn)生單元之一工作，所述D/A轉(zhuǎn)換模塊的輸出端和波形產(chǎn)生單元的輸出端分別與信號選擇單元輸入端相連，所述信號選擇單元輸出端與幅度調(diào)節(jié)單元輸入端相連，所述幅度調(diào)節(jié)單元輸出端與電壓輸出單兀輸入端相連，所述電壓輸出單兀輸出端與負(fù)載相連。
2.如權(quán)利要求1所述的寬頻率范圍的高壓產(chǎn)生裝置，其特征在于，還包括濾波處理單元，所述濾波處理單元的輸入端與D/A轉(zhuǎn)換模塊的輸出端相連，所述濾波處理單元的輸出端與信號選擇單元的輸入端相連。
3.如權(quán)利要求1所述的寬頻率范圍的高壓產(chǎn)生裝置，其特征在于，還包括電壓采樣單元和顯示單元，所述微處理器控制單元包括A/D轉(zhuǎn)換模塊，所述電壓輸出單元輸出端與電壓采樣單元的輸入端相連，所述電壓采樣單元的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與顯示單元相連，用于顯示輸出電壓信息。
4.如權(quán)利要求1所述的寬頻率范圍的高壓產(chǎn)生裝置，其特征在于，信號產(chǎn)生單元能夠產(chǎn)生正弦波、方波、三角波中的一種或多種。
5.如權(quán)利要求1所述的寬頻率范圍的高壓產(chǎn)生裝置，其特征在于，還包括電壓控制單元，所述電壓控制單元的命令輸入端與微處理器控制單元的第二控制命令輸出端相連，所述電壓控制單元的輸出端與電壓輸出單元的輸入端相連，所述電壓控制單元的信號反饋回所述微處理器控制單元的A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端。
6.如權(quán)利要求5所述的寬頻率范圍的高壓產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述電壓控制單元包括高頻變壓器、場效應(yīng)管、集成運放、斯密特觸發(fā)器，其中，第一斯密特觸發(fā)器連接第一三極管(Q301)的集電極，第一三極管(Q301)的基極通過第一電阻(R301)連接微處理器控制單元的PWMl信號，第一三極管(Q301)的發(fā)射極接地，第一三極管(Q301)的集電極通過第三電阻(R303)接地，第二斯密特觸發(fā)器連接第二三極管(Q302)的集電極，第二三極管(Q302)的基極通過第二電阻(R302)連接微處理器控制單元的PWM2信號，第二三極管(Q302)的發(fā)射極接地，第二三極管(Q302)的集電極通過第四電阻(R304)接地，第一斯密特觸發(fā)器的輸出端連接第三場效應(yīng)晶體管(Q303)的柵極，第三場效應(yīng)晶體管(Q303)的漏極連接高頻變壓器的第一輸入端，第二斯密特觸發(fā)器的輸出端連接第四場效應(yīng)晶體管(Q304)的柵極，第四場效應(yīng)晶體管(Q304)的漏極連接高頻變壓器的第二輸入端，高頻變壓器的輸出端經(jīng)過整流橋、濾波電容電感陣列，電壓輸出節(jié)點+AVHV、-AVHV、AGND分別與電壓輸出單元的對應(yīng)節(jié)點相連；電壓輸出節(jié)點+AVHV、-AVHV經(jīng)過電阻分壓輸入集成運放的兩個輸入端，集成運放的輸出端ADC-1Nl與微處理器控制單元的A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連。
7.如權(quán)利要求1所述的寬頻率范圍的高壓產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述微處理器控制單元包括STM32F103RC和外圍電路。
8.如權(quán)利要求1所述的寬頻率范圍的高壓產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述波形產(chǎn)生單元型號為 AD9850 或 AD9833。
9.如權(quán)利要求1所述的寬頻率范圍的高壓產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述電壓輸出單元型號為高壓大功率運放PA85或PA98。
【文檔編號】H03K3/02GK204231309SQ201420606231
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月20日
【發(fā)明者】阮海生, 陳龍聰 申請人:成都代代吉前瞻科技股份有限公司