專利名稱：數(shù)字可調(diào)雙極性高壓電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字可調(diào)雙極性高壓電源。
背景技術(shù)：
目前市場中所出現(xiàn)的高壓電源的輸出電壓一般都不可調(diào)節(jié)，或者只能通過手動進(jìn)行模擬調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)精度差，無法滿足現(xiàn)有技術(shù)的需求。而且一般電源都是單極性的，即只有正電壓的輸出，本發(fā)明為正負(fù)雙極性高壓的可調(diào)輸出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種數(shù)字可調(diào)雙極性高壓電源，其可實現(xiàn)對電源雙極性電壓的分級可調(diào)，每一級電壓可通過微控制器步進(jìn)可調(diào)，可滿足不同工況下的電源要求。
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的這些問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是
一種數(shù)字可調(diào)雙極性高壓電源，所述數(shù)字可調(diào)雙極性高壓電源包括
輸入電源，所述輸入電源為+5疒+20V的直流電源；
所述輸入電源接入DC/DC升壓電路；
所述的DC/DC升壓電路與微控制器相連并且受所述的微控制器控制，所述的DC/DC升壓電路輸出兩路高電壓分別送到線性電壓調(diào)節(jié)電路中(該線性電壓調(diào)節(jié)電路實現(xiàn)雙極性電壓調(diào)節(jié)輸出，即一路正高壓和一路負(fù)高壓在一個線性電壓調(diào)節(jié)電路中調(diào)節(jié));
所述的線性電壓調(diào)節(jié)電路根據(jù)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路所發(fā)出的指令對輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)；
所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路與微控制器相連，所述的微控制器發(fā)出電壓調(diào)節(jié)指令，所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路根據(jù)所述的電壓調(diào)節(jié)指令輸出模擬電壓，所述模擬電壓送至線性電壓調(diào)節(jié)電路實現(xiàn)對所述的線性電壓調(diào)節(jié)電路的控制。對于上述技術(shù)方案，發(fā)明人還有進(jìn)步的優(yōu)化實施措施。作為優(yōu)化，所述的數(shù)字可調(diào)雙極性電源的輸出端設(shè)有電流檢測電路，所述電流檢測電路檢測電源電壓和輸出電流，檢測得到電源電壓和輸出電流經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路采樣轉(zhuǎn)換后發(fā)送至微控制器，所述的微控制器對采集得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存并與設(shè)定值進(jìn)行比較管理。作為優(yōu)化，所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路與電流檢測單元間設(shè)有差分放大電路，所述差分放大電路用于檢測電流檢測電路中檢測電阻兩端的電壓差，在電壓過大時關(guān)閉線性電壓調(diào)節(jié)電路，實現(xiàn)電源的過流保護(hù)。作為優(yōu)化，所述的輸入電壓為+5疒+20V ;所述DC/DC升壓電路所輸出的兩路高電壓的電壓值分別為+100V、-100V，電流均為100mA。作為優(yōu)化，所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的分辨率為Sbit ;所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率為12bit。相對于現(xiàn)有技術(shù)中的方案，本發(fā)明的優(yōu)點是
I.本發(fā)明所描述的數(shù)字可調(diào)雙極性高壓電源，首先采用升壓電路將直流電壓升壓，在中控部分通過微控制器發(fā)出直觀數(shù)字式電壓調(diào)節(jié)指令，再通過數(shù)模轉(zhuǎn)換電路將該電壓調(diào)節(jié)指令轉(zhuǎn)換成模擬信號，而接收到輸入端高電壓的線性電壓調(diào)節(jié)電路則可根據(jù)上述電壓調(diào)節(jié)指令的模擬信號，輸出所需要的電壓。因而本發(fā)明可滿足不同工況下的需求，提高產(chǎn)品適用性；
2.本發(fā)明中還添加了電流檢測電路，電流檢測電路對電源的輸出電壓、電流進(jìn)行檢測，并且將結(jié)果實時發(fā)送至微控制器進(jìn)行處理保存。本發(fā)明利用差分放大電路檢測電流檢測電阻兩端的電壓，來實現(xiàn)對線性電壓調(diào)節(jié)電路輸出電流的監(jiān)測。當(dāng)輸出電流過大時，微控制器關(guān)閉線性電壓調(diào)節(jié)電路。


下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述 圖I為本發(fā)明實施例的整體結(jié)構(gòu)原理框 圖2為本發(fā)明實施例中DC/DC升壓電路的電路原理 圖3為本發(fā)明實施例中數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的電路原理 圖4為本發(fā)明實施例中線性電壓調(diào)節(jié)電路的電路原理 圖5為本發(fā)明實施例中差分放大電路的電路原理圖。
具體實施例方式以下結(jié)合具體實施例對上述方案做進(jìn)一步說明。應(yīng)理解，這些實施例是用于說明本發(fā)明而不限于限制本發(fā)明的范圍。實施例中采用的實施條件可以根據(jù)具體廠家的條件做進(jìn)一步調(diào)整，未注明的實施條件通常為常規(guī)實驗中的條件。實施例
本實施例描述了一種數(shù)字可調(diào)雙極性高壓電源，其結(jié)構(gòu)原理框圖如圖I所示，所述數(shù)字可調(diào)雙極性高壓電源包括
輸入電源，
所述輸入電源接入DC/DC升壓電路，所述輸入電源的輸入電壓為+5疒+20V ；
所述的DC/DC升壓電路與微控制器相連并且受所述的微控制器控制，所述的DC/DC升壓電路輸出兩路高電壓分別送到兩線性電壓調(diào)節(jié)電路中，所述DC/DC升壓電路所輸出的兩路高電壓的電壓值分別為+100V、-100V，電流均為IOOmA ；
所述的線性電壓調(diào)節(jié)電路根據(jù)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路所發(fā)出的指令對輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的分辨率為8bit ；
所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路與微控制器相連，所述的微控制器發(fā)出電壓調(diào)節(jié)指令，所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路根據(jù)所述的電壓調(diào)節(jié)指令輸出模擬電壓，所述模擬電壓送至線性電壓調(diào)節(jié)電路實現(xiàn)對所述的線性電壓調(diào)節(jié)電路的控制。所述的數(shù)字可調(diào)雙極性電源的輸出端設(shè)有電流檢測電路，所述電流檢測電路檢測電源電壓和輸出電流，檢測得到電源電壓和輸出電流經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路采樣轉(zhuǎn)換后發(fā)送至微控制器，所述的微控制器對采集得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存并與設(shè)定值進(jìn)行比較管理。所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率為12bit。所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路與電流檢測單元間設(shè)有差分放大電路，所述差分放大電路用于檢測電流檢測電路的檢測電阻兩端的電壓差，在電壓差過大時，即線性電壓調(diào)節(jié)電路輸出電流過大時關(guān)閉線性電壓調(diào)節(jié)電路，實現(xiàn)對電源的過流保護(hù)。DC/DC升壓電路的作用是將輸入電源所輸入的將+5疒+20V直流電壓升壓至+100V和-100V的高壓，具體電路如圖2所示。在正常工作狀態(tài)下，當(dāng)振蕩器設(shè)置PWM鎖存器時，GATE引腳輸出高電平，功率MOSFET導(dǎo)通；當(dāng)IC內(nèi)部電流比較器使鎖存器復(fù)位時，GATE引腳輸出低電平，功率MOSFET關(guān)斷。輸出電壓通過分壓電阻分壓后形成反饋電壓給FB引腳，芯片內(nèi)部的誤差放大器將反饋電壓FB與一個內(nèi)部I. 230V電壓基準(zhǔn)進(jìn)行比較，并在ITH引腳上輸出一個誤差信號。ITH引腳上的電壓設(shè)定電流比較器的輸入門限。當(dāng)負(fù)載電流增加時，F(xiàn)B電壓相對基準(zhǔn)電壓的下降使ITH引腳電平上升，這導(dǎo)致芯片內(nèi)部電流比較器在一個更大的峰值電感電流值上發(fā)生跳變。平均的電感電流將增大，直到與負(fù)載電流相等，由此保持穩(wěn)壓輸出。數(shù)模轉(zhuǎn)換電路如圖3所示，該數(shù)模轉(zhuǎn)換電路是由微控制器通過SPI接口控制數(shù)模轉(zhuǎn)換器，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓為(Γ2. 048V。數(shù)模轉(zhuǎn)換器為一 SPI接口的8bit電壓輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器，由單電源2. 7V飛.5V進(jìn)行供電。具體電路在工作時，先由微控制器通過SPI 接口向數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸入一組16bit的數(shù)據(jù)，用來設(shè)置數(shù)模轉(zhuǎn)換器的工作模式以及參考電壓，參考電壓為采用片內(nèi)的+1. 024V參考電壓，輸出電壓范圍為0V、2. 048V (0V至2倍于參考電壓)；設(shè)置完以上參數(shù)后微控制器再向數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸入一組16bit的數(shù)據(jù)，用于設(shè)置TLV5624CD的輸出電壓。如圖3所示，DIN、SCLK、CS、FS分別為SPI接口的數(shù)據(jù)輸入端、時鐘、片選、時序選通，DAOUT為數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端子。數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出電壓輸送給線性電壓調(diào)節(jié)電路，使線性電壓調(diào)節(jié)電路輸出OV +100V/-100V的可調(diào)電壓。數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出電壓與線性電壓調(diào)節(jié)電路的輸出電壓之間的對應(yīng)關(guān)系如下
數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出電壓線性電壓調(diào)節(jié)電路
+2.048V+100V-100V
+1. 536V+75V-75V
+1.024V+50V-50V
+0. 512V+25V-25V
OVOVOV
所述的線性電壓調(diào)節(jié)電路如圖4所示，圖中DAIN為DA的輸出，也是線性電壓調(diào)節(jié)電路模擬信號的輸入。圖中上半部分為OV^lOOV的調(diào)節(jié)電路，圖中下半部分為OV'IOOV的調(diào)節(jié)電路。在正電壓的調(diào)節(jié)部分，運(yùn)算放大器ADA4841-2和R48、R49構(gòu)成一同相放大電路，使得在運(yùn)算放大器ADS4841-2的I腳輸出與DAIN電壓幅值、相位都一樣的電壓。再根據(jù)虛短、虛斷的原理可知在ADS4841-2的6腳的電壓為TX+/(68. 1+68. 1+68. 1+9. 1)*9· I (TX+為輸出電壓)，然后在運(yùn)算放大器ADA4841-2的7腳輸出一負(fù)電壓。TXEN端為控制線性電壓調(diào)節(jié)電路輸出的控制端，當(dāng)TXEN輸出高電平時，74HC4052的6腳芯片使能端為低電平。
74HC4052為模擬開關(guān)，其真值表如下
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字可調(diào)雙極性高壓電源，其特征在于，所述數(shù)字可調(diào)雙極性高壓電源包括 輸入電源； 所述輸入電源接入DC/DC升壓電路； 所述的DC/DC升壓電路與微控制器相連并且受所述的微控制器控制，所述的DC/DC升壓電路輸出兩路高電壓分別送到線性電壓調(diào)節(jié)電路中； 所述的線性電壓調(diào)節(jié)電路根據(jù)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路所發(fā)出的指令對輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)； 所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路與微控制器相連，所述的微控制器發(fā)出電壓調(diào)節(jié)指令，所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路根據(jù)所述的電壓調(diào)節(jié)指令輸出模擬電壓，所述模擬電壓送至線性電壓調(diào)節(jié)電路實現(xiàn)對所述的線性電壓調(diào)節(jié)電路的控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的數(shù)字可調(diào)雙極性高壓電源，其特征在于，所述的數(shù)字可調(diào)雙極性電源的輸出端設(shè)有電流檢測電路，所述電流檢測電路檢測電源電壓和輸出電流，檢測得到電源電壓和輸出電流經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路采樣轉(zhuǎn)換后發(fā)送至微控制器，所述的微控制器對采集得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存并與設(shè)定值進(jìn)行比較管理。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字可調(diào)雙極性高壓電源，其特征在于，所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路與電流檢測單元間設(shè)有差分放大電路，所述差分放大電路用于檢測電流檢測電路中檢測電阻兩端的電壓差，在電壓過大時關(guān)閉線性電壓調(diào)節(jié)電路，實現(xiàn)電源的過流保護(hù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的數(shù)字可調(diào)雙極性高壓電源，其特征在于，所述的輸入電壓為+5疒+20V。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的數(shù)字可調(diào)雙極性高壓電源，其特征在于，所述DC/DC升壓電路所輸出的兩路高電壓的電壓值分別為+100V、-100V，電流均為100mA。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的數(shù)字可調(diào)雙極性高壓電源，其特征在于，所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的分辨率為8bit。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字可調(diào)雙極性高壓電源，其特征在于，所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率為12bit。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種數(shù)字可調(diào)雙極性高壓電源，首先采用升壓電路將直流電壓升壓，在中控部分通過微控制器發(fā)出直觀數(shù)字式電壓調(diào)節(jié)指令，再通過數(shù)模轉(zhuǎn)換電路將該電壓調(diào)節(jié)指令轉(zhuǎn)換成模擬信號，而接收到輸入端高電壓的線性電壓調(diào)節(jié)電路則可根據(jù)上述電壓調(diào)節(jié)指令的模擬信號，輸出所需要的電壓。因而本發(fā)明可滿足不同工況下的需求，提高產(chǎn)品適用性。
文檔編號H02M3/335GK102916587SQ20121037131
公開日2013年2月6日 申請日期2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月27日
發(fā)明者陳偉, 張琳 申請人:蘇州中傲信息技術(shù)有限公司