数字可调双极性高压电源

摘要

本发明公开了一种数字可调双极性高压电源，首先采用升压电路将直流电压升压，在中控部分通过微控制器发出直观数字式电压调节指令，再通过数模转换电路将该电压调节指令转换成模拟信号，而接收到输入端高电压的线性电压调节电路则可根据上述电压调节指令的模拟信号，输出所需要的电压。因而本发明可满足不同工况下的需求，提高产品适用性。

权利要求

1.一种数字可调双极性高压电源，其特征在于，所述数字可调双极性高压电源包括：

输入电源；

所述输入电源接入DC/DC 升压电路；

所述的DC/DC 升压电路与微控制器相连并且受所述的微控制器控制，所述的DC/DC 升压电路输出两路高电压分别送到线性电压调节电路中；

所述的线性电压调节电路根据数模转换电路所发出的指令对输出电压进行调节；

所述的数模转换电路与微控制器相连，所述的微控制器发出电压调节指令，所述的数模转换电路根据所述的电压调节指令输出模拟电压，所述模拟电压送至线性电压调节电路实现对所述的线性电压调节电路的控制；

所述的数字可调双极性高压电源的输出端设有电流检测电路，所述电流检测电路检测电源电压和输出电流，检测得到电源电压和输出电流经模数转换电路采样转换后发送至微控制器，所述的微控制器对采集得到的数据进行保存并与设定值进行比较管理；

所述的模数转换电路与电流检测电路间设有差分放大电路，所述差分放大电路用于检测电流检测电路中检测电阻两端的电压差，在电压过大时关闭线性电压调节电路，实现电源的过流保护；

所述差分放大电路包括差分放大器件为INA117KU，用于得到检测电阻两端的电压差，检测电阻放在INA117KU 的2 脚和3 脚之间，INA117KU 的6脚输出检测电阻两端的电压差：Vo=V3-V2，其中V2和V3分别为INA117KU 的2 脚和3 脚上的电压；差分放大器INA117KU 的输出电压经过模拟开关74HC4052 的选通后，送给电压比较器TLV2372 进行电压比较，当INA117KU的输出电压超过比较器TLV2372所设定的阀值时，比较器TLV2372电平翻转，输出高电平，触发D 触发器74HC74 锁存，从而关闭线性电压调节电路，实现过流保护。

2.根据权利要求1所述的数字可调双极性高压电源，其特征在于，所述DC/DC 升压电路所输出的两路高电压的电压值分别为+100V、-100V，电流均为100mA。

3.根据权利要求1所述的数字可调双极性高压电源，其特征在于，所述的数模转换电路中的数模转换器的分辨率为8bit。

4.根据权利要求1所述的数字可调双极性高压电源，其特征在于，所述的模数转换电路中的模数转换器的分辨率为12bit。

说明书

数字可调双极性高压电源

技术领域

[0001] 本发明涉及一种数字可调双极性高压电源。

背景技术

[0002] 目前市场中所出现的高压电源的输出电压一般都不可调节，或者只能通过手动进行模拟调节，调节精度差，无法满足现有技术的需求。而且一般电源都是单极性的，即只有正电压的输出，本发明为正负双极性高压的可调输出。

发明内容

[0003] 本发明目的在于提供一种数字可调双极性高压电源， 其可实现对电源双极性电压的分级可调，每一级电压可通过微控制器步进可调，可满足不同工况下的电源要求。

[0004] 为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是：

[0005] 一种数字可调双极性高压电源，所述数字可调双极性高压电源包括：

[0006] 输入电源，所述输入电源为+5V~+20V的直流电源；

[0007] 所述输入电源接入DC/DC升压电路；

[0008] 所述的DC/DC升压电路与微控制器相连并且受所述的微控制器控制，所述的DC/DC升压电路输出两路高电压分别送到线性电压调节电路中（该线性电压调节电路实现双极性电压调节输出，即一路正高压和一路负高压在一个线性电压调节电路中调节）；

[0009] 所述的线性电压调节电路根据数模转换电路所发出的指令对输出电压进行调节；

[0010] 所述的数模转换电路与微控制器相连，所述的微控制器发出电压调节指令，所述的数模转换电路根据所述的电压调节指令输出模拟电压，所述模拟电压送至线性电压调节电路实现对所述的线性电压调节电路的控制。

[0011] 对于上述技术方案，发明人还有进步的优化实施措施。

[0012] 作为优化，所述的数字可调双极性电源的输出端设有电流检测电路，所述电流检测电路检测电源电压和输出电流，检测得到电源电压和输出电流经模数转换电路采样转换后发送至微控制器，所述的微控制器对采集得到的数据进行保存并与设定值进行比较管理。

[0013] 作为优化，所述的模数转换电路与电流检测单元间设有差分放大电路，所述差分放大电路用于检测电流检测电路中检测电阻两端的电压差，在电压过大时关闭线性电压调节电路，实现电源的过流保护。

[0014] 作为优化，所述的输入电压为+5V~+20V；所述DC/DC升压电路所输出的两路高电压的电压值分别为+100V、-100V，电流均为100mA。

[0015] 作为优化，所述的数模转换电路中的数模转换器的分辨率为8bit；所述的模数转换电路中的模数转换器的分辨率为12bit。

[0016] 相对于现有技术中的方案，本发明的优点是：

[0017] 1.本发明所描述的数字可调双极性高压电源，首先采用升压电路将直流电压升压，在中控部分通过微控制器发出直观数字式电压调节指令，再通过数模转换电路将该电压调节指令转换成模拟信号，而接收到输入端高电压的线性电压调节电路则可根据上述电压调节指令的模拟信号，输出所需要的电压。因而本发明可满足不同工况下的需求，提高产品适用性；

[0018] 2.本发明中还添加了电流检测电路，电流检测电路对电源的输出电压、电流进行检测，并且将结果实时发送至微控制器进行处理保存。本发明利用差分放大电路检测电流检测电阻两端的电压，来实现对线性电压调节电路输出电流的监测。当输出电流过大时，微控制器关闭线性电压调节电路。

附图说明

[0019] 下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

[0020] 图1为本发明实施例的整体结构原理框图；

[0021] 图2为本发明实施例中DC/DC升压电路的电路原理图；

[0022] 图3为本发明实施例中数模转换电路的电路原理图；

[0023] 图4为本发明实施例中线性电压调节电路的电路原理图；

[0024] 图5为本发明实施例中差分放大电路的电路原理图。

具体实施方式

[0025] 以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

[0026] 实施例：

[0027] 本实施例描述了一种数字可调双极性高压电源，其结构原理框图如图1所示，所述数字可调双极性高压电源包括：

[0028] 输入电源，

[0029] 所述输入电源接入DC/DC升压电路，所述输入电源的输入电压为+5V~+20V；

[0030] 所述的DC/DC升压电路与微控制器相连并且受所述的微控制器控制，所述的DC/DC升压电路输出两路高电压分别送到两线性电压调节电路中，所述DC/DC升压电路所输出的两路高电压的电压值分别为+100V、-100V，电流均为100mA；

[0031] 所述的线性电压调节电路根据数模转换电路所发出的指令对输出电压进行调节，所述的数模转换电路中的数模转换器的分辨率为8bit；

[0032] 所述的数模转换电路与微控制器相连，所述的微控制器发出电压调节指令，所述的数模转换电路根据所述的电压调节指令输出模拟电压，所述模拟电压送至线性电压调节电路实现对所述的线性电压调节电路的控制。

[0033] 所述的数字可调双极性电源的输出端设有电流检测电路，所述电流检测电路检测电源电压和输出电流，检测得到电源电压和输出电流经模数转换电路采样转换后发送至微控制器，所述的微控制器对采集得到的数据进行保存并与设定值进行比较管理。所述的模数转换电路中的模数转换器的分辨率为12bit。

[0034] 所述的模数转换电路与电流检测单元间设有差分放大电路，所述差分放大电路用于检测电流检测电路的检测电阻两端的电压差，在电压差过大时，即线性电压调节电路输出电流过大时关闭线性电压调节电路，实现对电源的过流保护。

[0035] DC/DC升压电路的作用是将输入电源所输入的将+5V~+20V直流电压升压至+100V和-100V的高压，具体电路如图2所示。在正常工作状态下，当振荡器设置PWM锁存器时，GATE引脚输出高电平，功率MOSFET导通；当IC内部电流比较器使锁存器复位时，GATE引脚输出低电平，功率MOSFET关断。输出电压通过分压电阻分压后形成反馈电压给FB引脚，芯片内部的误差放大器将反馈电压FB与一个内部1.230V电压基准进行比较，并在ITH引脚上输出一个误差信号。ITH引脚上的电压设定电流比较器的输入门限。当负载电流增加时，FB电压相对基准电压的下降使ITH引脚电平上升，这导致芯片内部电流比较器在一个更大的峰值电感电流值上发生跳变。平均的电感电流将增大，直到与负载电流相等，由此保持稳压输出。

[0036] 数模转换电路如图3所示，该数模转换电路是由微控制器通过SPI接口控制数模转换器，数模转换电路的输出电压为0~2.048V。数模转换器为一SPI接口的8bit电压输出数模转换器，由单电源2.7V~5.5V进行供电。具体电路在工作时，先由微控制器通过SPI接口向数模转换器输入一组16bit的数据，用来设置数模转换器的工作模式以及参考电压，参考电压为采用片内的+1.024V参考电压，输出电压范围为0V~+2.048V（0V至2倍于参考电压）；设置完以上参数后微控制器再向数模转换器输入一组16bit的数据，用于设置TLV5624CD的输出电压。

[0037] 如图3所示，DIN、SCLK、CS、FS分别为SPI接口的数据输入端、时钟、片选、时序选通，DAOUT为数模转换器的输出端子。数模转换器的输出电压输送给线性电压调节电路，使线性电压调节电路输出0V~+100V/-100V的可调电压。

[0038] 数模转换器输出电压与线性电压调节电路的输出电压之间的对应关系如下：

[0039] 数模转换器输出电压 线性电压调节电路

[0040] +2.048V+100V -100V

[0041] …… …

[0042] +1.536V+75V -75V

[0043] …… …

[0044] +1.024V+50V -50V

[0045] …… …

[0046] +0.512V+25V -25V

[0047] 0V0V 0V

[0048] 所述的线性电压调节电路如图4所示，图中DAIN为DA的输出，也是线性电压调节电路模拟信号的输入。图中上半部分为0V~+100V的调节电路，图中下半部分为0V~-100V的调节电路。

[0049] 在正电压的调节部分，运算放大器ADA4841-2和R48、R49构成一同相放大电路，使得在运算放大器ADS4841-2的1脚输出与DAIN电压幅值、相位都一样的电压。再根据虚短、虚断的原理可知在ADS4841-2的6脚的电压为TX+/(68.1+68.1+68.1+9.1)*9.1(TX+为输出电压)，然后在运算放大器ADA4841-2的7脚输出一负电压。TXEN端为控制线性电压调节电路输出的控制端，当TXEN输出高电平时，74HC4052的6脚芯片使能端为低电平。

[0050] 74HC4052为模拟开关，其真值表如下：

[0051]

[0052] 所以，当74HC4052选通时，其1脚输出低电平，从而使得三极管Q5的基极为0V，由于其发射集为负电压，所以三极管Q5导通，并工作于线性区域，从而开启线性电压调节电路。

[0053] 其具体工作过程如下：首先由于三极管Q5处于导通状态，三极管Q3因基极电流流过三极管Q5集电极而导通，三极管Q3的发射极电流使得R39产生压降，因为此压降也同样作用于MOS管M3的GS间，所以M3导通并工作于线性区域，调节电压的输出。

[0054] 三极管Q4用于线性电压调节电路限流的作用，当电源输出电流增大时，R36上的压降也会随之增大，当电流增大到一定值时（R36上的压降超过0.6V），三极管Q4导通，从而使三极管Q3基极上的电流变小，减小了MOS管M3的GS间的电压，从而减小输出电流，实现限流的目的。

[0055] 而线性电压调节电路的负电压部分（原理图下半部分）的原理与正电压部分的原理相同，在此不再赘述。

[0056] 而电流检测电路采用一个1Ω的精密电阻作为检测电流的检测电阻，即把电源输出的电流值转换为电压值。如精密电阻上流过的电流为50mA时，精密电阻两端的电压差为0.05V；当电流为100mA时，精密电阻两端的电压差为0.1V。

[0057] 差分放大电路构成的过流保护电路如图5所示。差分放大器件为INA117KU，用于得到检测电阻两端的电压差。检测电阻放在INA117KU的2脚和3脚之间，INA117KU的6脚输出精密电阻两端的电压差：Vo=V3-V2。具体工作过程如下：差分放大器INA117的输出电压经过模拟开关74HC4052的选通后，送给电压比较器TLV2372进行电压比较，当INA117的输出电压超过比较器所设定的阀值时（0.107V对应输出电流值为107mA），比较器电平翻转，输出高电平，触发D触发器74HC74锁存，从而关闭线性电压调节电路，实现过流保护。

[0058] 电流检测电路所检测得到的电源输出电压与输出电流经模数转换电路采样后发送至微控制器，所述微控制器即可以随时监控电源的输出电流，当电流输出超过150mAh时，即模数转换电路采样的数据大于010111010001，便认为过流，触发过流保护，关闭电源的输出。

[0059] 上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。