基于SPWM的高压发生器制造技术

技术编号:24282769 阅读:41 留言:0更新日期:2020-05-23 16:53
本实用新型专利技术提供了一种基于SPWM的高压发生器,包括:单片机电路,用于输出16KHz的SPWM脉冲方波;功率放大电路,用于将所述SPWM脉冲方波进行放大,输出脉冲电压;变压器,接收所述脉冲电压,并进行等比例放大后,输出SPWM脉冲高压;低通滤波电路,用于对所述变压器输出的SPWM脉冲高压进行滤波,输出正弦波高压。本实用新型专利技术有效解决了上述现有高压发生器的不足,其调制输出的SPWM脉冲方波的失真度较低,可在50Hz左右的低频工作频率下工作,且能提供5KV左右的电压值,同时还降低了发生器的体积。

High voltage generator based on SPWM

【技术实现步骤摘要】
基于SPWM的高压发生器
本技术涉及发生器
,特别涉及一种基于SPWM的高压发生器。
技术介绍
最开始流行起来的高压发生装置是Marx电路,该电路是德国科学家Marx在1925年技术的。Marx电路产生脉冲的原理是:把很多级的电容和电阻串联起来,整体再接入电源,通过电源的重复开和断,使得每一级的电容和电阻两端的电压倍增,经过多级的放大,使得最后的输出电压达到所需要的强度。但是这种高电压的波形是类似于三角波的波形,不是理想型的脉冲波,最重要的是体积很大。到了1990年,D.A.Phelps改进了传统的逐级串联的方式,将电阻电容连接成了网络状,即脉冲网络。这种新型的连接方式,大大减小了发生器的体积,而且获得电压强度达到了600kv。但是需要注意每级充放电需要保持一致,而且测量出来的波形不是完美的脉冲方波,所以这种方式并没有广泛利用在某些特定领域中,例如食物保鲜领域。加拿大科学家Keikez在此基础改变了电容电阻的材质,以此想得到更好的波形,但实际上收效甚微。与此同时,中国工程物理研究院也对Marx电路进行了改进,分别研究了低阻抗、紧凑型和全固态等条件下的输出情况,最终决定正负两端同时采用横流充电的方式,才得到比较理想的脉冲波。进入21世纪后,半导体技术发展越来越成熟,半导体器件的种类和性能也变得越来越丰富。科研人员发现了一种半导体材料——金属氧化物压敏电阻(MOV),它可以代替Marx电路中电容电阻组成的网络,利用自身的稳压特性,可以产生高压脉冲。2009年,M.C.Clark就证明这一结论。此外,2011年,R.J.Adler在原有高压发生装置的基础上加入了脉冲变压器,他的目的是为了获得更好的脉冲波形,然而,得到的下降沿始终不是很好。后来,国内的一些研究人员在电路中加入了磁开关(MS),有效的解决了下降沿的问题。随着科研人员的不断努力,Trivedi使用IGBT模块产生高压脉冲,但是频率极高。纵观高压脉冲发生器的发展史,直接采用半导体器件产生高压脉冲,这种方式会出现几个不足之处:第一,因为各个半导体器件本身的参数做不到完全一致,产生的脉冲方波达不到理想效果,失真度高。第二,直接采用半导体材料升压的方式,所以就导致半导体器件两端的电压极高,需要的半导体材料性能就需要很好,长时间使用发生器后效果就会越来越差。第三,产生的脉冲波的工作频率都是高频,低频状态下的发生器很少。第四,采用多级串联的RC电路升压的方式,使得发生器的体积很大,最小的也有41cm,而且需要采用耐压值高的元器件,发生器工作极易不稳定。
技术实现思路
有鉴于此,本技术的主要目的在于提供一种基于SPWM(SinusoidalPWM,正弦脉冲宽度调制)的高压发生器,有效解决了上述现有高压发生器的不足,其调制输出的SPWM脉冲方波的失真度较低,可在50Hz左右的低频工作频率下工作,且能提供5KV左右的电压值,同时还降低了发生器的体积。本技术采用的技术方案为,一种基于SPWM的高压发生器,包括:单片机电路,用于输出16KHz的SPWM脉冲方波;功率放大电路,用于将所述SPWM脉冲方波进行放大,输出脉冲电压;变压器,接收所述脉冲电压,并进行等比例放大后,输出SPWM脉冲高压;低通滤波电路,用于对所述变压器输出的SPWM脉冲高压进行滤波,输出正弦波高压。由上,通过对单片机电路进行编程控制,使其输出16KHz的SPWM脉冲方波,该SPWM脉冲方波经过功率放大电路的放大后,输出可驱动变压器工作的脉冲电压,变压器对该脉冲电压进行等比例放大后,输出SPWM脉冲高压,通过低通滤波电路对SPWM脉冲高压进行滤波,即可输出低频率的正弦波高压。优选的,所述单片机电路包括IAP15W型号的单片机芯片,通过编程控制输出16KHz的SPWM脉冲方波。由上,IAP15W系列的单片机芯片具有产生的电压高;程序运行速度快;输出的波形失真度低;功率消耗也比一般的单片机低;内部自带的时钟误差相对小;在长时间工作情况下,温度漂移不超过1%等优点,通过采用该单片机芯片,可进行编程输出16KHz的SPWM脉冲方波,且输出的脉冲方波相对于传统的硬件波形更加稳定,失真率较低。优选的,所述功率放大电路包括:TDA2030A型号的功率放大器。由上,通过采用TDA2030A型号的功率放大器构成功率放大电路,对单片机电路输出的SPWM脉冲方波进行放大,该芯片相对于传统的推挽式放大电路或组合放大电路,能产生更大的输出电压,以满足变压器升高压时对基准电压的需求。优选的,所述变压器包括高压包,采用100:5000的线圈匝数比。由上,选用高压包进行升压,并通过调整线圈匝数比为100:5000,使其获得的变化更大,输出的电压值更高。优选的,还包括电源模块,分别为所述单片机电路和功率放大电路提供工作电压。由上,电源模块可将220V电压进行转换,分别为单片机电路和功率放大电路提供其工作所需的电压。附图说明图1为本技术基于SPWM的高压发生器的模块示意图;图2为本技术基于SPWM的高压发生器的电路示意图图3为本技术功率放大电路的电路示意图;图4为本技术低通滤波电路的电路示意图;图5为本技术电源模块中HV2405芯片降压电路的电路示意图;图6为本技术电源模块中HT7660芯片产生负电源电路的电路示意图;图7为本技术电源模块中24V降12V电路的电路示意图;图8为本技术电源模块中24V降5V电路的电路示意图;图9为本技术串行通信接口的电路示意图;图10为本技术USB通信接口的电路示意图。具体实施方式下面参照如图1-图10对本技术所述的基于SPWM的高压发生器的具体实施方式进行详细说明。如图1所示为本技术基于SPWM的高压发生器的模块示意图,该高压发生器包括依次连接的IAP15W芯片100、功率放大电路200、变压器300和低通滤波电路400;还包括电源模块500,其分别为IAP15W芯片100和功率放大电路200提高工作电压。如图2所示为本技术基于SPWM的高压发生器的电路示意图,结合该图对本实施例各构成部分进行详细描述,具体的:所述IAP15W芯片100具体选用IAP15W4K58S4型号的单片机芯片,该单片机芯片的功能较为齐全,其内部还集成了中央处理器CPU、程序处理器(Flash)、数据存储器(SRAM)、定时/计数器、掉电唤醒专用定时器、I/O口、高速A/D转换、比较器、看门狗、四个UART高速异步串口通信口;通过异步串口通信口和计算机通信连接,首先利用MATLAB软件设置正弦波的均值、正弦波的幅值、采样点数以及调制度等参数,计算出正弦波的采样点数。然后将计算出的采样点数预制到单片机的寄存器中,在KEIL软件中设置该单片本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于SPWM的高压发生器,其特征在于,包括:/n单片机电路,用于输出16KHz的SPWM脉冲方波;/n功率放大电路,用于将所述SPWM脉冲方波进行放大,输出脉冲电压;/n变压器,接收所述脉冲电压,并进行等比例放大后,输出SPWM脉冲高压;/n低通滤波电路,用于对所述变压器输出的SPWM脉冲高压进行滤波,输出正弦波高压。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于SPWM的高压发生器,其特征在于,包括:
单片机电路,用于输出16KHz的SPWM脉冲方波;
功率放大电路,用于将所述SPWM脉冲方波进行放大,输出脉冲电压;
变压器,接收所述脉冲电压,并进行等比例放大后,输出SPWM脉冲高压;
低通滤波电路,用于对所述变压器输出的SPWM脉冲高压进行滤波,输出正弦波高压。


2.根据权利要求1所述的高压发生器,其特征在于,所述单片机电路包括IAP15W型号的单...

【专利技术属性】
技术研发人员:王鑫钰张丹何航
申请(专利权)人:南京林业大学
类型:新型
国别省市:江苏;32

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