單細(xì)胞檢測(cè)儀用的開關(guān)電源裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種單細(xì)胞檢測(cè)儀用的開關(guān)電源裝置，其第一級(jí)整流器、第一級(jí)逆變器、第一級(jí)變壓器、第二級(jí)整流器、第二級(jí)逆變器、第二級(jí)變壓器順次連接，工頻市電經(jīng)第一級(jí)整流器連接第一級(jí)逆變器的輸入端，第二級(jí)變壓器的輸出端經(jīng)倍壓整流器與單細(xì)胞檢測(cè)儀相連。電壓反饋單元的輸入端連接倍壓整流器的輸出端，電網(wǎng)擾動(dòng)測(cè)量單元的輸入端連接第一級(jí)整流器的輸入端，電網(wǎng)擾動(dòng)測(cè)量單元和電壓反饋單元的輸出端連接主控單元的輸入端，主控單元的輸出端連接脈寬調(diào)制單元的輸入端，脈寬調(diào)制單元的輸出端連接第一級(jí)逆變器的控制端。本實(shí)用新型能實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)波動(dòng)和負(fù)載突變時(shí)輸出電壓的穩(wěn)定，并具有更高的電壓輸出精度。
【專利說明】單細(xì)胞檢測(cè)儀用的開關(guān)電源裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種開關(guān)電源裝置，具體涉及一種單細(xì)胞檢測(cè)儀用的開關(guān)電源裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]單細(xì)胞檢測(cè)儀是通過電擊法讓細(xì)胞膜破裂來進(jìn)行生化分析的儀器。其中電擊法的工作原理是利用瞬時(shí)高壓電處理細(xì)胞懸液，使細(xì)胞膜在高壓電的作用下發(fā)生去極化，產(chǎn)生微孔，懸液中溶解的核酸即可通過細(xì)胞膜上的孔洞進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部。
[0003]傳統(tǒng)的單細(xì)胞檢測(cè)儀一般直接使用傳統(tǒng)工頻電源，而傳統(tǒng)工頻電源因其自身的紋波電壓大、體積大等缺點(diǎn)已被歐美等發(fā)達(dá)國家淘汰，取而代之的是性能優(yōu)越的高頻高壓開關(guān)電源，國內(nèi)的市場(chǎng)需求也正朝著這個(gè)方向轉(zhuǎn)變，但進(jìn)口產(chǎn)品所配置的高頻高壓電源裝置價(jià)格昂貴，制約這類單細(xì)胞檢測(cè)儀的擴(kuò)大應(yīng)用。
[0004]目前這種用途的高頻高壓電源裝置所采用的電路是先將220V AC電源通過整流橋式電路整流成310V直流，再將直流電送給一逆變器，通過該逆變器的PWM的脈寬調(diào)制技術(shù)控制逆變的輸出電壓，再將逆變輸出電壓傳給主變壓器，主變壓器再連接倍壓整流電路，最后輸出的高壓向控制細(xì)胞進(jìn)樣的電極供電，從而實(shí)現(xiàn)電極電壓的控制。但由于細(xì)胞膜上的帶電粒子極其微小，不同的強(qiáng)電場(chǎng)下的運(yùn)動(dòng)速度是不一樣的，當(dāng)然，只有細(xì)胞進(jìn)樣速度恒定，才能保證細(xì)胞三維成像質(zhì)量，因此，要想使細(xì)胞進(jìn)樣速度恒定，必須使電極的電壓紋波極其小，也就是電壓的穩(wěn)定度要非常高，輸出電壓的紋波大會(huì)干擾成像的清晰度，因此，必須設(shè)計(jì)一種方法來抑制紋波，提高電壓的穩(wěn)定度，從而保證細(xì)胞成像的清晰度，為單細(xì)胞后續(xù)的生化分析提供可能。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種單細(xì)胞檢測(cè)儀用的開關(guān)電源裝置，其能實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)波動(dòng)和負(fù)載突變時(shí)輸出電壓的穩(wěn)定，并具有更高的電壓輸出精度。
[0006]為解決上述問題，本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的一種單細(xì)胞檢測(cè)儀用的開關(guān)電源裝置，主要由第一級(jí)整流器、第一級(jí)逆變器、第一級(jí)變壓器、第二級(jí)整流器、第二級(jí)逆變器、第二級(jí)變壓器、倍壓整流器、電網(wǎng)擾動(dòng)測(cè)量單元、電壓反饋單元、主控單元和脈寬調(diào)制單元組成。工頻市電經(jīng)第一級(jí)整流器連接第一級(jí)逆變器的輸入端，第一級(jí)逆變器的輸出端連接第一級(jí)變壓器的輸入端，第一級(jí)變壓器的輸出端經(jīng)第二級(jí)整流器連接第二級(jí)逆變器的輸入端，第二級(jí)逆變器的輸出端連接第二級(jí)變壓器的輸入端，第二級(jí)變壓器的輸出端經(jīng)倍壓整流器與單細(xì)胞檢測(cè)儀相連。電壓反饋單元的輸入端連接倍壓整流器的輸出端，電網(wǎng)擾動(dòng)測(cè)量單元的輸入端連接第一級(jí)整流器的輸入端，電網(wǎng)擾動(dòng)測(cè)量單元和電壓反饋單元的輸出端連接主控單元的輸入端，主控單元的輸出端連接脈寬調(diào)制單元的輸入端，脈寬調(diào)制單元的輸出端連接第一級(jí)逆變器的控制端。
[0007]上述方案中，所述主控單元包括加法器、比例積分微分轉(zhuǎn)換電路和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與PID復(fù)合控制器；其中加法器的輸入端連接電網(wǎng)擾動(dòng)測(cè)量單元和電壓反饋單元的輸出端，加法器的輸出端與比例積分微分轉(zhuǎn)換電路的輸入端相連，比例積分微分轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與PID復(fù)合控制器。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與PID復(fù)合控制器的輸出端連接脈寬調(diào)制單元的輸入端。
[0008]上述方案中，所述第一級(jí)逆變器和第二級(jí)逆變器均為半橋逆變器。其中第一級(jí)逆變器頻率為20K，第二級(jí)逆變器頻率為40K。
[0009]上述方案中，所述主控單元為ARM微處理芯片。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下特點(diǎn):
[0011](1)采用兩級(jí)高頻半橋逆變結(jié)構(gòu)使得單細(xì)胞檢測(cè)儀用的開關(guān)電源能夠有效抵抗電網(wǎng)的干擾、降低開關(guān)電源中的紋波和提高輸出電壓穩(wěn)定度；通過兩級(jí)逆變能夠產(chǎn)生-700V至700V的脈沖振蕩電壓，這兩組間歇性振蕩的瞬時(shí)高壓，使細(xì)胞膜能在0.4S內(nèi)發(fā)生去極化，產(chǎn)生微孔而破碎，為單細(xì)胞的后續(xù)生化分析提供可能。
[0012](2)主控制單元內(nèi)采用成熟的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與PID復(fù)合控制器，使得單細(xì)胞檢測(cè)儀用的開關(guān)電源輸出電壓的電網(wǎng)噪聲和紋波系數(shù)降到最低，同時(shí)也使得單細(xì)胞檢測(cè)儀用的開關(guān)電源的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，滿足了單細(xì)胞檢測(cè)儀用的開關(guān)電源要求細(xì)胞膜能夠在極短的時(shí)間內(nèi)破碎的性能指標(biāo)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為一種單細(xì)胞檢測(cè)儀用的開關(guān)電源裝置的原理框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014]一種單細(xì)胞檢測(cè)儀用的開關(guān)電源裝置，如圖1所示，第一級(jí)整流器、第一級(jí)逆變器、第一級(jí)變壓器、第二級(jí)整流器、第二級(jí)逆變器、第二級(jí)變壓器、倍壓整流器、電網(wǎng)擾動(dòng)測(cè)量單元、電壓反饋單元、主控單元、脈寬調(diào)制單元、鍵盤單元和顯示單元組成。工頻市電經(jīng)第一級(jí)整流器連接第一級(jí)逆變器的輸入端，第一級(jí)逆變器的輸出端連接第一級(jí)變壓器的輸入端，第一級(jí)變壓器的輸出端經(jīng)第二級(jí)整流器連接第二級(jí)逆變器的輸入端，第二級(jí)逆變器的輸出端連接第二級(jí)變壓器的輸入端，第二級(jí)變壓器的輸出端經(jīng)倍壓整流器與單細(xì)胞檢測(cè)儀相連。電壓反饋單元的輸入端連接倍壓整流器的輸出端，電網(wǎng)擾動(dòng)測(cè)量單元的輸入端連接第一級(jí)整流器的輸入端，電網(wǎng)擾動(dòng)測(cè)量單元、電壓反饋單元和鍵盤單元的輸出端均連接主控單元的輸入端，主控單元的輸出端連接脈寬調(diào)制單元的輸入端，脈寬調(diào)制單元的輸出端連接第一級(jí)逆變器的控制端。顯示單元的輸入端與主控單元的輸出端相連。
[0015]上述第一級(jí)整流器、第一級(jí)逆變器、第一級(jí)變壓器、第二級(jí)整流器、第二級(jí)逆變器、第二級(jí)變壓器和倍壓整流器構(gòu)成的電源主通路單元。該電源主通路單元采用兩級(jí)高頻半橋逆變結(jié)構(gòu)，其中第一級(jí)整流器和第二級(jí)整流器均為橋式整流器，第一級(jí)逆變器和第二級(jí)逆變器均為半橋逆變器，其中第一級(jí)逆變器頻率為20K，第二級(jí)逆變器頻率為40K。其具體工作原理如下:工頻市電即220V交流電通過第一級(jí)整流器將交流電壓變換為100V的直流電，在PWM驅(qū)動(dòng)電路作用下，驅(qū)動(dòng)第一級(jí)逆變器中的兩個(gè)高頻功率管，通過第一級(jí)變壓器將第一次逆變后的交流電轉(zhuǎn)換成高頻脈沖交流電，該高頻脈沖交流電經(jīng)過第二次整流濾波電路后，實(shí)現(xiàn)0-400V直流輸出，輸出的直流電經(jīng)過第二級(jí)逆變器中的兩個(gè)高頻功率管和第二級(jí)變壓器將逆變后的交流電再次轉(zhuǎn)換成脈沖交流電經(jīng)過倍壓整流單元輸出高壓直流電至單細(xì)胞檢測(cè)儀。
[0016]上述電網(wǎng)擾動(dòng)測(cè)量單元的輸出信號(hào)為公共電網(wǎng)電壓經(jīng)過電網(wǎng)擾動(dòng)測(cè)量單元后的電壓信號(hào)。在本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例中，所述電網(wǎng)擾動(dòng)測(cè)量單元為擾動(dòng)電壓采樣電路。
[0017]上述電壓反饋單元包括A/D取樣電路和中值濾波電路。其中A/D取樣電路的輸入端連接在倍壓整流器的輸出端上，A/D取樣電路的輸出端連接中值濾波電路的輸入端，中值濾波電路的輸出端與主控單元的輸入端相連。由于輸出的直流電壓較高，所以通過特制的A/D取樣電路對(duì)輸出電壓進(jìn)行取樣，將取樣后的數(shù)字電壓通過中值濾波處理后輸入到主控制單元進(jìn)行處理。
[0018]上述主控單元包括加法器、比例積分微分轉(zhuǎn)換電路和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與PID復(fù)合控制器；其中加法器的輸入端連接電網(wǎng)擾動(dòng)測(cè)量單元和電壓反饋單元的輸出端，加法器的輸出端與比例積分微分轉(zhuǎn)換電路的輸入端相連，比例積分微分轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與PID復(fù)合控制器。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與PID復(fù)合控制器的輸出端連接脈寬調(diào)制單元的輸入端。主控單元能夠保證了單細(xì)胞檢測(cè)儀用的高頻高壓開關(guān)電源因紋波大和負(fù)載突變時(shí)輸出電壓的穩(wěn)定度，保證電源的可靠性。所述主控單元的設(shè)定參考電壓值可以預(yù)先存儲(chǔ)在其主控單元中，也可以通過增設(shè)的鍵盤單元進(jìn)行設(shè)定。
[0019]上述脈寬調(diào)制單元包括鋸齒波發(fā)生器和PWM比較器。其中鋸齒波發(fā)生器的輸出端連接PWM比較器的一個(gè)輸入端，主控單元的輸出端連接PWM比較器的另一個(gè)輸入端，PWM比較器的輸出端連接第一級(jí)逆變器的控制端。
[0020]上述鍵盤單元用于用戶根據(jù)單細(xì)胞檢測(cè)儀進(jìn)樣所需電壓要求設(shè)定參考電壓值，實(shí)現(xiàn)與采樣電壓進(jìn)行比較后進(jìn)行相關(guān)處理。此外，鍵盤單元還用于電源的開機(jī)和關(guān)機(jī)操作。
[0021]上述顯示單元顯示用于實(shí)時(shí)顯示輸出電壓和參考電壓。
[0022]本單細(xì)胞檢測(cè)儀用的開關(guān)電源裝置的工作過程如下:
[0023]所述的本實(shí)用新型的開關(guān)電源裝置輸出的高壓直流電與電網(wǎng)擾動(dòng)測(cè)量單元所測(cè)的電網(wǎng)擾動(dòng)電壓的和與給定的參考電壓作差，得到的第一誤差電壓輸入到主控制單元，在主控制單元通過本實(shí)用新型提出的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與PID復(fù)合控制器進(jìn)行相關(guān)處理后，得到的輸出電壓輸入到脈寬調(diào)制單元，此輸出電壓與脈寬調(diào)制單元內(nèi)部的鋸齒波發(fā)生器所產(chǎn)生的電壓作差，產(chǎn)生的第二誤差電壓經(jīng)過PWM比較器后輸出占空比可調(diào)的矩形波電壓信號(hào)，產(chǎn)生的矩形波電壓信號(hào)作用于本實(shí)用新型的開關(guān)電源裝置的第一級(jí)逆變器的高頻功率管柵極(IGBT)，控制高頻功率管的導(dǎo)通和截止，調(diào)節(jié)輸出電壓使其達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)因紋波大、負(fù)載突變時(shí)的直流輸出電壓穩(wěn)定度和電路的可靠性。
[0024]本實(shí)用新型能夠產(chǎn)生兩組-700V-700V的脈沖振蕩電壓，該振蕩電壓的第一組脈沖振蕩電壓的產(chǎn)生過程:從某時(shí)刻由原來的1000V變?yōu)?700V，在-700V下穩(wěn)定0.1S后突變?yōu)?00V，然后在700V下穩(wěn)定0.1S后又突變?yōu)?700V，產(chǎn)生第二組脈沖振蕩電壓。通過這兩組間歇性振蕩的瞬時(shí)高壓，使細(xì)胞膜在0.4S內(nèi)發(fā)生去極化，產(chǎn)生微孔而破碎，為單細(xì)胞的后續(xù)生化分析提供可能。使細(xì)胞膜破碎的瞬時(shí)高壓電是由BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與PID復(fù)合控制的電源系統(tǒng)提供的，此種復(fù)合控制策略的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快保證了細(xì)胞膜能夠在極短的時(shí)間內(nèi)破碎。
【權(quán)利要求】
1.單細(xì)胞檢測(cè)儀用的開關(guān)電源裝置，其特征在于:第一級(jí)整流器、第一級(jí)逆變器、第一級(jí)變壓器、第二級(jí)整流器、第二級(jí)逆變器、第二級(jí)變壓器、倍壓整流器、電網(wǎng)擾動(dòng)測(cè)量單元、電壓反饋單元、主控單元和脈寬調(diào)制單元組成； 工頻市電經(jīng)第一級(jí)整流器連接第一級(jí)逆變器的輸入端，第一級(jí)逆變器的輸出端連接第一級(jí)變壓器的輸入端，第一級(jí)變壓器的輸出端經(jīng)第二級(jí)整流器連接第二級(jí)逆變器的輸入端，第二級(jí)逆變器的輸出端連接第二級(jí)變壓器的輸入端，第二級(jí)變壓器的輸出端經(jīng)倍壓整流器與單細(xì)胞檢測(cè)儀相連； 電壓反饋單元的輸入端連接倍壓整流器的輸出端，電網(wǎng)擾動(dòng)測(cè)量單元的輸入端連接第一級(jí)整流器的輸入端，電網(wǎng)擾動(dòng)測(cè)量單元和電壓反饋單元的輸出端連接主控單元的輸入端，主控單元的輸出端連接脈寬調(diào)制單元的輸入端，脈寬調(diào)制單元的輸出端連接第一級(jí)逆變器的控制端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單細(xì)胞檢測(cè)儀用的開關(guān)電源裝置，其特征在于:所述主控單元包括加法器、比例積分微分轉(zhuǎn)換電路和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與PID復(fù)合控制器；其中加法器的輸入端連接電網(wǎng)擾動(dòng)測(cè)量單元和電壓反饋單元的輸出端，加法器的輸出端與比例積分微分轉(zhuǎn)換電路的輸入端相連，比例積分微分轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與PID復(fù)合控制器；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與PID復(fù)合控制器的輸出端連接脈寬調(diào)制單元的輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單細(xì)胞檢測(cè)儀用的開關(guān)電源裝置，其特征在于:所述第一級(jí)逆變器和第二級(jí)逆變器均為半橋逆變器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單細(xì)胞檢測(cè)儀用的開關(guān)電源裝置，其特征在于:所述主控單元為ARM微處理芯片。
【文檔編號(hào)】H02M7/12GK204145320SQ201420521446
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月11日
【發(fā)明者】姜東東, 羅曉曙, 金路 申請(qǐng)人:廣西師范大學(xué)