專利名稱：寬幅度調(diào)壓調(diào)頻儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種可用于介電泳、電泳、介電潤(rùn)濕研究等多領(lǐng)域研究的交變電源提供裝置，具有寬電壓幅度，以及寬頻率范圍的調(diào)變能力，其中交變電壓調(diào)節(jié)范圍為電壓峰峰值在8V 1000V連續(xù)可調(diào)，頻率調(diào)節(jié)范圍在10Hz 50KHz連續(xù)可調(diào)。直流電壓在8V 1000V連續(xù)可調(diào)。輸出最大功率為15W。
背景技術(shù)：
介電泳現(xiàn)象于1956年由美國(guó)物理化學(xué)家H. A. Pohl發(fā)現(xiàn),學(xué)者H. A. Pohl在實(shí)驗(yàn)中觀察到懸浮在介質(zhì)中的微粒在非均勻電場(chǎng)作用下可產(chǎn)生定向運(yùn)動(dòng)，并且其運(yùn)動(dòng)方向取決于二者介電常數(shù)的大小.在50年代后期及60年代中期，H. A. Pohl等人利用介電泳現(xiàn)象在無(wú)機(jī)微粒方面做了開(kāi)拓性的研究，為隨后的介電泳及其在無(wú)機(jī)微粒中的研究奠定了基礎(chǔ)。.進(jìn)入到20世紀(jì)恥年代，隨著微制造技術(shù)的發(fā)展,利用介電泳收集,定位，分離懸浮液中的微粒的技術(shù)取得了很大的進(jìn)步.并且由于液體和微粒的運(yùn)動(dòng)以及其所受靜電力的基本控制方程的數(shù)字技術(shù)的發(fā)展,更加促進(jìn)了介電泳技術(shù)的發(fā)展。
電潤(rùn)濕是指通過(guò)調(diào)整施加在液體一固體電極之間的電勢(shì)，來(lái)改變液體和固體之間的表面張力，從而改變兩者之間的接觸角。早在1875年，法國(guó)科學(xué)家Lippmann觀察到在汞和電解液之間加電壓，會(huì)出現(xiàn)的毛細(xì)下降現(xiàn)象；并提出了著名的Young-Lippmann方程。1981年貝爾實(shí)驗(yàn)室的Beni研究了電潤(rùn)濕的相關(guān)動(dòng)力學(xué)，并提出了基于電潤(rùn)濕顯示的概念。1993年Berge在電潤(rùn)濕模型中引入了介電層，以盡量消除電解的發(fā)生，這被稱為基于介電層的電潤(rùn)濕(介電潤(rùn)濕，Electrowetting onDielectric， Ew0D)。隨著研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)，電潤(rùn)濕在微流體操作、芯片實(shí)驗(yàn)室(lab-onchip)、微變焦透鏡以及印刷等方面有著廣泛的應(yīng)用。
在介電泳，介電潤(rùn)濕，以及材料，生物體的介電響應(yīng)等領(lǐng)域的研究過(guò)程中，覆蓋寬頻率(包括低頻和中高頻)和寬幅度的交變電壓是研究的必要前提，所以可以在寬幅度調(diào)節(jié)的調(diào)壓調(diào)頻儀是研究的重要手段。
目前市面上可以獲得的可以調(diào)節(jié)電壓和頻率的裝置，主要有應(yīng)用在電力領(lǐng)域的變壓變頻器,它是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過(guò)改變電機(jī)工作電源的頻率和幅度的方式來(lái)控制交流電動(dòng)機(jī)的電力傳動(dòng)元件。這種變頻器集成了高壓大功率晶體管技術(shù)和電子控制技術(shù)，得到廣泛應(yīng)用。它的作用是改變交流電機(jī)供電的頻率和幅值，因而改變其運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)的周期，達(dá)到平滑控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。雖然這種應(yīng)用于電力領(lǐng)域的調(diào)壓調(diào)頻器可以產(chǎn)生很大的功率，但是其頻率調(diào)節(jié)領(lǐng)域并不是很寬，只是在幾百赫茲以內(nèi)調(diào)節(jié)無(wú)法覆蓋中高頻。
另一方面，可以有很寬頻率調(diào)節(jié)范圍的信號(hào)發(fā)生器等類似裝置，無(wú)法做到很寬幅度的電壓調(diào)節(jié)(大多在100V以內(nèi)調(diào)節(jié))。綜上所述，現(xiàn)有的一些調(diào)壓調(diào)頻裝宣無(wú)法滿足寬幅度電壓和頻率的調(diào)節(jié)
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的是提供一種寬幅度調(diào)壓調(diào)頻儀，交變電壓的頻率調(diào)節(jié)范圍從幾赫茲到幾十千赫茲，電壓調(diào)節(jié)范圍從幾伏到將近一千伏，這樣寬的電壓，頻率調(diào)節(jié)范圍使得該電子儀器可以在材料，物理，生物領(lǐng)域作為一種很有意義的電源裝置，作為研究材料的介電性質(zhì)，產(chǎn)生電潤(rùn)濕現(xiàn)象，研究介電泳現(xiàn)象等很多需要交變電場(chǎng)的領(lǐng)域提供一種必備的研究手段。
技術(shù)方案本發(fā)明的寬幅度調(diào)壓調(diào)頻儀的結(jié)構(gòu)為整流濾波電路的輸入端接交流電輸入，輸出端接反激式開(kāi)關(guān)電源電路中的逆變電路，逆變電路的輸出端分兩路，其中一路順序與高頻升壓電路、整流濾波電路串聯(lián)連接，另一路接保護(hù)器的輸入端，保護(hù)器的輸出端接脈寬調(diào)制電路的第一輸入端；整流濾波電路的輸出端分三路，其中第一路為直流輸出，第二路順序與電壓取樣調(diào)節(jié)電路、第二驅(qū)動(dòng)電路、第一光電隔離電路、脈寬調(diào)制電路串聯(lián)連接，脈寬調(diào)制電路的輸出端接第一驅(qū)動(dòng)電路的輸入端，第一驅(qū)動(dòng)電路的輸出端接逆變電路的輸入端；整流濾波電路的第三路輸出接交變電壓產(chǎn)生調(diào)節(jié)電路(圖3)中的開(kāi)關(guān)管電路，交變電壓產(chǎn)生調(diào)節(jié)電路(圖3)中的對(duì)稱方波發(fā)生器、第二光電隔離電路、第三驅(qū)動(dòng)電路、開(kāi)關(guān)管電路順序串聯(lián)連接；開(kāi)關(guān)管電路的輸出端為交變電壓輸出，接頻率電壓顯示模塊。
反激式開(kāi)關(guān)電源電路中的脈寬調(diào)制電路釆用脈寬調(diào)制芯片TL494,輸出50KHz脈寬調(diào)制信號(hào)，脈寬調(diào)制芯片TL494的12, 8, 11腳接高電平10V, 3腳和2腳通過(guò)第二H^—電容，第八電阻，第十電阻組成的反饋?zhàn)枞菥W(wǎng)絡(luò)連接；脈寬調(diào)制芯片TL494的14腳為芯片輸出的標(biāo)準(zhǔn)5V電壓，2腳通過(guò)第十二電阻與14腳相連接，13腳直接與14腳相連接，15腳通過(guò)第十三電阻與14腳相接，同時(shí)15腳通過(guò)第十三電阻和第十一電阻與接在電路主回路中的限流電阻的一端相接，限流電阻的另一端接地；脈寬調(diào)制芯片TL494的4， 7， 16腳接地，9腳作為芯片的輸出端通過(guò)第二十六電阻接地，在芯片內(nèi)部組成設(shè)計(jì)跟隨器；脈寬調(diào)制芯片TL494的5腳和6腳分別接第一電容和第一電阻，控制第一電容和第一電阻的值可以控制脈寬調(diào)制芯片TL4949腳的輸出為50KHz;脈寬調(diào)制芯片TL494的9腳輸出通過(guò)第二十二電阻與第七電容組成的并聯(lián)電路和第二推挽電路T2相連接然后經(jīng)過(guò)第二十五電阻，和開(kāi)關(guān)管的柵極相連接；開(kāi)關(guān)管的漏極和源極分別接反激式開(kāi)關(guān)電源電路初級(jí)線圈和地；第二十七電容和第二十八電阻串聯(lián)后，并接在開(kāi)關(guān)管的漏極和源極兩端；反激式開(kāi)關(guān)電源電路的次級(jí)線圈和第八A 二極管與第八B 二極管組成的串聯(lián)電路相接，第二十一 A電阻并聯(lián)在第八A 二極管兩端，第二十一 B電阻并聯(lián)在第八B 二極管兩端。
反激式開(kāi)關(guān)電源電路(圖2)中，電壓取樣調(diào)節(jié)電路和第一光電隔離電路通過(guò)由第三電位器、第四電位器、多圈電位器、微調(diào)電位器組成的分壓取樣電阻組成；多圈電位器的移動(dòng)臂和絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)管的柵極相連，絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)管的漏極和源極分別連接10V直流電壓和光電耦合器TLP641輸入端陽(yáng)極，陰極通過(guò)第二十二穩(wěn)壓二極管和地相連；絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)管的柵極通過(guò)第二十三穩(wěn)壓二極管和地相接；絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)管的輸出端的三極管的集電極和發(fā)射極分別和10V直流電壓以及脈寬調(diào)制芯片TL494的1腳相接，作為反饋比較電壓；光電耦合器TLP641輸出端三極管的發(fā)射極通過(guò)第二十七電阻和地相接組成射極跟隨器。
所述的交變電壓產(chǎn)生調(diào)節(jié)電路(圖3)中，對(duì)稱方波發(fā)生器由脈寬調(diào)制芯片TL494組成，脈寬調(diào)制芯片TL494的12、 8、 11腳接高電平10V; 4， 7， 16腳接信號(hào)地；2、 14、 13腳通過(guò)第二電阻相連；15腳通過(guò)第三電阻與14腳相連；5腳分別與第二電容，第三電容，第四電容檔位相接，6腳接微調(diào)電位器和第十四電阻電位器組成的串聯(lián)電路；脈寬調(diào)制芯片TL494的輸出端口10， 9腳通過(guò)第六電阻電阻和第五電阻接地組成對(duì)稱的片內(nèi)的射極跟隨器。
所述的交變電壓產(chǎn)生調(diào)節(jié)電路(圖3)中，脈寬調(diào)制芯片TL494輸出端9， 10腳通過(guò)第四電阻、第七電阻分別和型號(hào)為6N137的第四A、 B高速光電耦合器，輸入端二極管陽(yáng)極相連，型號(hào)為6N137的第四A、 B高速光電耦合器的輸入端陰極接信號(hào)地，輸出端的集電極和發(fā)射極分別接直流5V,以及通過(guò)第二 A電阻和第二 B電阻接第一 A三極管和第一 B三極管，第一 A三極管和第一 B三極管的放大信號(hào)分別連接至第一 A推挽電路和第一 B推挽電路，然后第一 A推挽電路、第一B推挽電路的輸出分別和K1119型第五A功率開(kāi)關(guān)管、第五B功率開(kāi)關(guān)管的柵極相連接；第五A功率開(kāi)關(guān)管的漏極通過(guò)第十七A電阻接開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的直流電壓；第五A功率開(kāi)關(guān)管的源極通過(guò)第十七B電阻和第五B功率開(kāi)關(guān)管的漏極相連接；第五B功率開(kāi)關(guān)管的源極接信號(hào)地，交變電壓產(chǎn)生調(diào)節(jié)電路(圖3)的交變電壓輸出通過(guò)第五A功率開(kāi)關(guān)管的源極接第九電容和熱敏電阻輸出，其中第九電容和熱敏電阻之間通過(guò)第十八電阻接地。有益效果
1、 光電隔離將芯片電路和輸出高壓隔離，保護(hù)芯片的正常工作，不受高壓的干擾。
2、 電源寬頻，寬電壓幅度的調(diào)節(jié)交變電壓頻率的調(diào)節(jié)范圍在10Hz 50KHz之間調(diào)節(jié)，交變電壓幅度的峰峰值在8V到1000V之間連續(xù)可調(diào)；直流輸出電壓幅度為8V到1000V連續(xù)可調(diào)。
3、 通過(guò)主電路的過(guò)流保護(hù)電阻，以及高壓輸出端口的熱敏電阻，使整個(gè)電路的安全性有了很高的保障。
4升壓裝置采用反激式，變壓器的體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
5利用了 TL494內(nèi)部集成的差動(dòng)放大器對(duì)脈沖寬度的控制，實(shí)現(xiàn)了過(guò)流保護(hù)和高電壓寬幅值的調(diào)整
6反激式變壓器原邊與副邊的繞線用漆包線，層間絕緣用0. 2mm厚的布膠帶實(shí)現(xiàn)，減少了層間分布電容， 一方面可以減少線圈之間的激磁振蕩，另一方面提高了擊穿電壓的閾值。


圖1是寬幅調(diào)壓調(diào)頻儀整體框圖，圖2是反激式開(kāi)關(guān)電源電路圖，圖3是交變電壓產(chǎn)生調(diào)節(jié)電路圖。
以上的圖中有整流濾波電路l、逆變電路2、高頻升壓電路3、整流濾波電路4保護(hù)器5、脈寬調(diào)制電路7、第一光電隔離電路8、第二光電隔離電路9、電壓取樣調(diào)節(jié)電路10 、開(kāi)關(guān)管電路11、對(duì)稱方波發(fā)生器12、第一驅(qū)動(dòng)電路13、第二驅(qū)動(dòng)電路14、第三驅(qū)動(dòng)電路15，頻率電壓顯示模塊16。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明使用反激式變壓器產(chǎn)生高壓。反激式(Flyback)轉(zhuǎn)換器又稱單端反激式或"Buck-Boost"轉(zhuǎn)換器.因其輸出端在原邊繞組斷開(kāi)電源時(shí)獲得能量故而得名.反激式轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)有(1)電路簡(jiǎn)單，能高效提供多路直流輸出，因此適合多組輸出要求；(2)轉(zhuǎn)換效率高,損失?。?3)變壓器匝數(shù)比值較?。?4)輸入電壓在很大的范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí),仍可有較穩(wěn)定的輸出，目前已可實(shí)現(xiàn)交流輸入在85~300V間；無(wú)需切換而達(dá)到穩(wěn)定輸出的要求。反激式轉(zhuǎn)換器的缺點(diǎn)有(1)輸出電壓中存在較大的紋波，負(fù)載調(diào)整精度不高，因此輸出功率受到限制,通常應(yīng)用于150W以下；(2)轉(zhuǎn)換變壓器在電流連續(xù)(CCM)模式下工作時(shí),有較大的直流分量,易導(dǎo)致磁芯飽和，所以必須在磁路中加入氣隙,從而造成變壓器體積變大.(3)變壓器有直流電流成份，且同時(shí)會(huì)工作于CCM / DCM兩種模式,故變壓器在設(shè)計(jì)時(shí)較困難，反復(fù)調(diào)整次數(shù)較順向式多,迭代過(guò)程較復(fù)雜。本發(fā)明用TL494作反激式開(kāi)關(guān)電源高壓發(fā)生和控制器以及交流高壓的開(kāi)關(guān)信號(hào)的發(fā)生器。美國(guó)德克薩斯州儀器公司生產(chǎn)的TL494是一種性能^t良的脈寬調(diào)制器芯片，工作頻率為10 300kHz ，輸出電壓可達(dá)40V。 TL494的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。它由鋸齒波振蕩器、PWM比較器、脈沖控制觸發(fā)器、脈沖輸出控制門、兩個(gè)誤差放大器、 一個(gè)+ 5V基準(zhǔn)電源以及兩個(gè)NPN輸出晶體管構(gòu)成?？刂菩盘?hào)是外部輸入信號(hào)，可以反饋到死區(qū)控制、誤差放大器輸入或者反饋輸入。死區(qū)控制比較器包含有效的120mV輸入偏置能把最小輸出死區(qū)時(shí)間控制在鋸齒波前4%的周期左右。這樣的結(jié)果是在輸出控制接地的時(shí)候，輸出最大占空比為96%，接參考電平時(shí)為48%。通過(guò)在死區(qū)控制輸入加固定電壓增加更多死區(qū)時(shí)間，電壓范圍在OV到3.3V. TL494的主要特點(diǎn)是- (l)完整的脈沖寬度調(diào)制控制電路；(2)片上的振蕩器可以工作在主動(dòng)模式和被動(dòng)模式；(3)片上集成誤差放大器(4)片上集成5.0V基準(zhǔn)電壓；(5)可調(diào)整的死區(qū)時(shí)間控制；(6)輸出晶體管輸出和灌入電流可達(dá)500mA ; (7)輸出控制可用于推挽式和單端式；(8)低壓鎖定。
本發(fā)明的目的具體通過(guò)以下方案來(lái)實(shí)現(xiàn)(見(jiàn)圖1):通過(guò)整流濾波電路1將交流輸入轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妷?，通過(guò)脈寬調(diào)制電路7和第一驅(qū)動(dòng)電路13控制的逆變電路，以及高頻升壓電路3產(chǎn)生一定幅度的交變電壓，通過(guò)整流濾波電路4獲得直流電壓。通過(guò)電壓取樣調(diào)節(jié)電路10調(diào)節(jié)取樣電壓的值，通過(guò)第二驅(qū)動(dòng)14以及第一光電隔離電路8輸入給脈寬調(diào)制電路7改變脈寬，從而改變輸出的直流電壓大小。通過(guò)對(duì)稱方波發(fā)生器產(chǎn)生有死區(qū)間隔的對(duì)稱方波，通過(guò)第二光電隔離電路9，第三驅(qū)動(dòng)電路15，開(kāi)關(guān)管電路ll,使其控制前面產(chǎn)生的直流電壓產(chǎn)生交變電壓。通過(guò)頻率表和電壓表模塊16顯示最終輸出的交變電壓的頻率和電壓值。
圖l是寬幅調(diào)壓調(diào)頻儀整體框圖，其中包括整流濾波電路l,逆變電路2，高頻升壓電路3，整流濾波電路4，保護(hù)器5，脈寬調(diào)制電路7，第一光電隔離電路8，第二光電隔離電路9，電壓取樣調(diào)節(jié)電路10，開(kāi)關(guān)管電路11，對(duì)稱方波發(fā)生器電路12，第一驅(qū)動(dòng)電路13，第二驅(qū)動(dòng)電路14，第三驅(qū)動(dòng)電路15，頻率電壓顯示模塊16。其中逆變電路2、高頻升壓電路3、整流濾波電路4、保護(hù)器5、脈寬調(diào)制電路7、第一光電隔離電路8、第一驅(qū)動(dòng)電路13、第二驅(qū)動(dòng)電路14、電壓取樣調(diào)節(jié)電路10組成了反激式開(kāi)關(guān)電源電路模塊(圖2);對(duì)稱方波發(fā)生器電路12、第二光電隔離電路9、第三驅(qū)動(dòng)電路15、開(kāi)關(guān)管電路ll組成了交變電壓產(chǎn)生調(diào)節(jié)電路模塊(圖3)。其中交變電壓產(chǎn)生調(diào)節(jié)電路模塊(圖3)對(duì)反激式開(kāi)關(guān)電源電路模塊(圖2)產(chǎn)生的直流電壓進(jìn)行控制產(chǎn)生交流電壓。
圖2包括脈寬調(diào)制芯片TL494-U1，型號(hào)TPL641光電耦合器U2，型號(hào)K1119的開(kāi)關(guān)管Q6，型號(hào)K669絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管Q7。由第三電位器W3，第四電位器W4,多圈電位器W1，微調(diào)電位器R14組成直流高壓的比例取樣電阻，通過(guò)調(diào)節(jié)這些取樣電位器值可以調(diào)節(jié)輸出直流電壓的值。第一 A推挽電路T1A可以將脈寬調(diào)制芯片TL494-Ul的9腳輸出方波信號(hào)提高驅(qū)動(dòng)的能力。通過(guò)第一電容Cl和第一電阻Rl控制脈寬調(diào)制芯片TL494-Ul的9腳輸出頻率為50KHz。第八電阻R8，第十電阻R10以及第二十一電容C21組成的阻容網(wǎng)絡(luò)連接在脈寬調(diào)制芯片TL494=U1的2, 3腳之間可以起到負(fù)反饋的作用。第十一電阻Rll，限流電阻R20是主電路電流的取樣反饋電阻起過(guò)流保護(hù)作用。反激式開(kāi)關(guān)電源電路初級(jí)線圈L16，反激式開(kāi)關(guān)電源電路的次級(jí)線圈L17分別是變壓器的原邊和副邊的線圈，繞圈數(shù)值分別是160匝和320匝。初級(jí)電感量10mH，次級(jí)電感量4. 5mH。磁芯20的型號(hào)為PQ26。這種磁芯的漏磁較小，散熱也比較好。第八A 二極管D8A,第八B 二極管D8B選用MUR1100,單管的反向耐壓值為1100V，將兩只二極管串聯(lián)使用可以滿足耐壓2000V的要求(超過(guò)次級(jí)輸出電壓與反激產(chǎn)生最高電壓之和)。將兩個(gè)10M的電阻第二十一 A電阻R21A和第二十一 B電阻R21B并聯(lián)在二極管兩端可以將加在兩管的電壓平均分配。第二十二二極管D22的作用是提高采樣電壓的偏置電壓，可以使采樣電壓值升到8V左右，從而提高采樣電壓占總的輸出電壓的比值，提高釆樣電壓反饋調(diào)節(jié)輸出電壓的精準(zhǔn)度。第二十三二極管D23主要作用是是限壓，防止取樣電壓瞬間過(guò)高燒壞絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)管Q7的柵極。第二十七電容C27，第二十八電阻R28組成反激式變壓器原端的尖峰吸收電路。光電耦合器TLP641=U2可以起到濾除高次諧波的作用，同時(shí)可以起到將脈寬調(diào)制芯片TL494(U1)的控制電路和高壓電路部分隔離的作用。圖3包括脈寬調(diào)制芯片TL494-U3作為交變高壓的頻率發(fā)生調(diào)節(jié)器，它產(chǎn)生兩路有死區(qū)時(shí)間間隔(4%方波周期)的反相方波信號(hào)作為開(kāi)關(guān)信號(hào),控制附圖二中產(chǎn)生的直流高壓成為交變的高壓。第九電阻R9，第十四電位器W14，第二電容C2、第三電容C3、第四電容C4分別是調(diào)節(jié)脈寬調(diào)制芯片TL494U3方波信號(hào)頻率的電位器和電容，通過(guò)對(duì)它們的選擇和調(diào)節(jié)，可以調(diào)節(jié)輸出方波信號(hào)的頻率。型號(hào)為6N137的第四A、 B高速光電耦合器U4A，U4B是保證TL494產(chǎn)生的方波信號(hào)不發(fā)生形變(上升沿和下降沿都很陡，從而有效降低耐高壓開(kāi)關(guān)管k1119-Q5的功耗，提高了頻率的上限)。第五A功率開(kāi)關(guān)管Q5A，第五B功率開(kāi)關(guān)管Q5B是耐高壓開(kāi)關(guān)管K1119，可以耐壓1000V左右。通過(guò)脈寬調(diào)制芯片TL494U3產(chǎn)生的兩組對(duì)稱方波控制第五A功率開(kāi)關(guān)管Q5A，第五B功率開(kāi)關(guān)管Q5B的通斷，從而產(chǎn)生交流方波。第九電容C9起到隔除直流電壓的作用。熱敏電阻RT2起到過(guò)流保護(hù)作用。第十八電阻R18可以使第九電容C9快速充放電，起到使交變方波的對(duì)稱中線快速回到OV的作用。三端穩(wěn)壓器VLT1 (7805)， VLT2 (7805), VLT3-7810為其他控制電路提供穩(wěn)定的5V和10電源。
圖1中，通過(guò)整流濾波電路1將交流輸入轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妷海ㄟ^(guò)脈寬調(diào)制電路7和第一驅(qū)動(dòng)電路13控制的逆變電路，以及高頻升壓電路3產(chǎn)生一定電壓的交變電壓，通過(guò)整流濾波電路4獲得直流電壓。通過(guò)電壓取樣調(diào)節(jié)電路10調(diào)節(jié)取樣電壓的值，通過(guò)第二驅(qū)動(dòng)電路14以及第一光電隔離電路8反饋給脈寬調(diào)制電路改變脈寬，從而改變輸出的直流電壓大小。通過(guò)對(duì)稱方波發(fā)生器12產(chǎn)生有死區(qū)間隔的對(duì)稱方波，通過(guò)第二光電隔離電路9，第三驅(qū)動(dòng)電路15，開(kāi)關(guān)管電路ll，產(chǎn)生交變電壓。通過(guò)頻率表和電壓表模塊16顯示最終輸出交變電壓的頻率和交流電壓的半峰值。
圖2中，脈寬調(diào)制芯片TL494(U1)輸出50KHz脈寬調(diào)制信號(hào)。脈寬調(diào)制芯片TL494-U1的12，8， 11腳接正電源10V， 3腳和2腳通過(guò)第二十一電容C21，第八電阻R8，第十電阻R10組成的反饋?zhàn)枞菥W(wǎng)絡(luò)連接。脈寬調(diào)制芯片TL494-U1的14腳為芯片輸出的標(biāo)準(zhǔn)5V電壓，2腳通過(guò)第十二電阻R12和14腳相連接，13腳直接和14腳相連接，15腳通過(guò)第十三電阻R13和14腳相接，同時(shí)15腳通過(guò)第十三電阻R13以及第十一電阻Rll和接在電路主回路中的限流電阻R20的負(fù)端相接，限流電阻R20的另一端接地。脈寬調(diào)制芯片TL494-Ul的4， 7， 16腳接地，9腳作為芯片的輸出端通過(guò)第二十六電阻R26接地，在芯片內(nèi)部組成射極跟隨器。脈寬調(diào)制芯片TL494-Ul的5腳和6腳分別接第一電容Cl和第一電阻Rl，使脈寬調(diào)制芯片TL494-U1)9腳的輸出為50KHz。脈寬調(diào)制芯片TL494-Ul的9腳輸出通過(guò)第二十二電阻R22與第七電容C7組成的并聯(lián)電路和第二推挽電路T2相連接然后經(jīng)過(guò)第二十五電阻R25，和開(kāi)關(guān)管Q6的柵極相連接。開(kāi)關(guān)管Q6的漏極和源極分別接反激式開(kāi)關(guān)電源電路初級(jí)線圈L16和電源地。第二十七電容C27和第二十八電阻R28串聯(lián)后，并接在開(kāi)關(guān)管Q6的漏極和源極兩端。反激式開(kāi)關(guān)電源電路的次級(jí)線圈L17和第八A 二極管D8A與第八B二極管(D8B)組成的串聯(lián)電路相接，第二十一 A電阻R21A和第二十一B電阻R21B分別并聯(lián)在第八A二極管D8A和第八B二極管D8B兩端。電壓取樣調(diào)節(jié)電路10和第一光電隔離電路8通過(guò)由第三電位器W3，第四電位器W4，多圈電位器Wl，微調(diào)電位器R14組成的分壓取樣電阻組成。多圈電位器W1的移動(dòng)臂和絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)管Q7的柵極相連，絕緣柵
8極場(chǎng)效應(yīng)管Q7的漏極和源極分別連接10V直流電壓和光電耦合器TLP641-U2的輸入端發(fā)光二極管的陽(yáng)極，其陰極通過(guò)第二十二穩(wěn)壓二極管D22和地相連。絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)管Q7的柵極通過(guò)第二十三穩(wěn)壓二極管D23和地相接。絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)管Q7的輸出端的三極管的集電極和發(fā)射極分別和IOV直流電壓，以及脈寬調(diào)制芯片TL494-Ul的1腳相接，作為反饋比較電壓。光電耦合器TLP641-U2輸出端三極管的發(fā)射極通過(guò)第二十七電阻R27和地相接組成射極跟隨器。
圖3中，對(duì)稱方波發(fā)生器(12)由脈寬調(diào)制芯片TL494U3組成。脈寬調(diào)制芯片TL494-U3的12、8、 11腳接高電平10V， 4、 7、 16腳接信號(hào)地。2腳和14腳(5V標(biāo)準(zhǔn)電壓)、13腳通過(guò)電阻R2相連。15腳通過(guò)第三電阻R3和14腳相連。5腳可以分別和第二電容C2，第三電容C3，第四電容C4等檔位相接，6腳接微調(diào)電位器R9和第十四電位器W14組成的串聯(lián)電路。通過(guò)5， 6腳電容，電阻值的選取可以調(diào)整脈寬調(diào)制芯片TL494U3輸出口 9,10腳方波信號(hào)的頻率。脈寬調(diào)制芯片TL494U3輸出端口 10， 9腳通過(guò)第六電阻R6和第五電阻R5接地組成對(duì)稱的片內(nèi)的射極跟隨器。脈寬調(diào)制芯片TL494-U39， 10腳通過(guò)第四電阻R4，第七電阻K7分別和型號(hào)為6N137的第四A、 B高速光電耦合器U4A, U4B輸入端二極管陽(yáng)極相連，型號(hào)為6N137的第四A、 B高速光電耦合器U4A， U4B的輸入端陰極接信號(hào)地。型號(hào)為6N137的第四A、 B高速光電耦合器U4A， U4B的輸出端的集電極接直流5V，型號(hào)為6N137的第四A、 B高速光電耦合器U4A， U4B的發(fā)射極通過(guò)第二A電阻R2A和第二 B電阻K2B分別接第一 A三極管Q1A和第一 B三極管Q1B。第一 A三極管Q1A和第一 B三極管Q1B的放大信號(hào)連接至第一 A、 B推挽電路T1A和T1B，然后第一A、 B推挽電路T1A和T1B的輸出分別和第五A、 B功率開(kāi)關(guān)管Q5A和Q5B的柵極相連接。第五A功率開(kāi)關(guān)管Q5A的漏極通過(guò)R17A接開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的直流電壓(圖2中的18A)。第五A功率開(kāi)關(guān)管Q5A的源極通過(guò)第十七電阻R17B和第五B功率開(kāi)關(guān)管Q5B的漏極相連接。第五B功率開(kāi)關(guān)管Q5B的源極接信號(hào)地。交變電壓產(chǎn)生調(diào)節(jié)電路(圖3)的交變電壓輸出通過(guò)第五A功率開(kāi)關(guān)管Q5A的源極接第九電容C9和熱敏電阻RT2輸出(圖2中的19)。其中第九電容C9和熱敏電阻RT2之間通過(guò)第十八電阻R18接地。
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權(quán)利要求
1.一種寬幅度調(diào)壓調(diào)頻儀，其特征在于該寬幅度調(diào)壓調(diào)頻儀的結(jié)構(gòu)為整流濾波電路(1)的輸入端接交流電輸入，輸出端接反激式開(kāi)關(guān)電源電路中的逆變電路(2)，逆變電路(2)的輸出端分兩路，其中一路順序與高頻升壓電路(3)、整流濾波電路(4)串聯(lián)連接，另一路接保護(hù)器(5)的輸入端。保護(hù)器(5)的輸出端接脈寬調(diào)制電路(7)的第一輸入端；整流濾波電路(4)的輸出端分三路，其中第一路為直流輸出，第二路順序與電壓取樣調(diào)節(jié)電路(10)、第二驅(qū)動(dòng)電路(14)、第一光電隔離電路(8)、脈寬調(diào)制電路(7)串聯(lián)連接，脈寬調(diào)制電路(7)的輸出端接第一驅(qū)動(dòng)電路(13)的輸入端，第一驅(qū)動(dòng)電路(13)的輸出端接逆變電路(2)的輸入端；整流濾波電路(4)的第三路輸出接交變電壓產(chǎn)生調(diào)節(jié)電路·中的開(kāi)關(guān)管電路(11)，交變電壓產(chǎn)生調(diào)節(jié)電路中的對(duì)稱方波發(fā)生器(12)、第二光電隔離電路(9)、第三驅(qū)動(dòng)電路(15)、開(kāi)關(guān)管電路(11)順序串聯(lián)連接；開(kāi)關(guān)管電路(11)的輸出端為交變電壓輸出，接頻率電壓顯示模塊(16)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的寬幅度調(diào)壓調(diào)頻儀，其特征在于反激式開(kāi)關(guān)電源電路中的脈寬 調(diào)制電路(7)采用脈寬調(diào)制芯片TL494(U1)，輸出50KHz脈寬調(diào)制信號(hào)，脈寬調(diào)制芯片TL494(U1) 的12, 8， 11腳接高電平10V, 3腳和2腳通過(guò)第二十一電容(C21),第八電阻(R8)，第十電 阻(R10)組成的反饋?zhàn)枞菥W(wǎng)絡(luò)連接；脈寬調(diào)制芯片TL494(U1)的14腳為芯片輸出的標(biāo)準(zhǔn)5V電 壓，2腳通過(guò)第十二電阻(R12)與14腳相連接，13腳直接與14腳相連接，15腳通過(guò)第十三電 阻(R13)與14腳相接，同時(shí)15腳通過(guò)第十三電阻(R13)與接在電路主回路中的限流電阻(R20) 的一端相接，限流電阻(R20)的另一端接地；脈寬調(diào)制芯片TL494(U1)的4， 7, 16腳接地，9 腳作為芯片的輸出端通過(guò)第二十六電阻(R26)接地，在芯片內(nèi)部組成設(shè)計(jì)跟隨器；脈寬調(diào)制芯 片TL494(U1)的5腳和6腳分別接第一電容(Cl)和第一電阻(Rl)，控制第一電容(Cl)和第 一電阻(R1)的值可以控制脈寬調(diào)制芯片TL494(U1) 9腳的輸出為50KHz;脈寬調(diào)制芯片TL494(Ul) 的9腳輸出通過(guò)第二十二電阻(R22)與第七電容(C7)組成的并聯(lián)電路和第二推挽電路T2相 連接然后經(jīng)過(guò)第二十五電阻(R25)，和開(kāi)關(guān)管(Q6)的柵極相連接；開(kāi)關(guān)管(Q6)的漏極接反 激式開(kāi)關(guān)電源電路初級(jí)線圈(L16),源極接地；第二十七電容(C27)和第二十八電阻(R28) 串聯(lián)后，并接在開(kāi)關(guān)管(Q6)的漏極和源極兩端；反激式開(kāi)關(guān)電源電路的次級(jí)線圈(L17)和第 八A二極管(D8A)與第八B二極管(D8B)組成的串聯(lián)電路相接，第二十一 A電阻(R21A)并 聯(lián)在第八A二極管(D8A)兩端，第二十一B電阻(R21B)并聯(lián)在第八B 二極管(D8B)兩端。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬幅度調(diào)壓調(diào)頻儀，其特征在于反激式開(kāi)關(guān)電源電路中，電壓取 樣調(diào)節(jié)電路(10)和第一光電隔離電路(8)通過(guò)由第三電位器(W3)、第四電位器(W4)、多圈電位器(Wl)、微調(diào)電位器(R14)組成的分壓取樣電路組成；多圈電位器(Wl)的移動(dòng)臂和絕 緣柵極場(chǎng)效應(yīng)管(Q7)的柵極相連，絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)管(Q7)的漏極連接10V直流電壓，源極 連接光電耦合器TLP641 (U2)輸入端陽(yáng)極，光電耦合器TLP641 (U2)輸入端陰極極通過(guò)第二十二穩(wěn) 壓二極管(D22)和地相連；絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)管(Q7)的柵極通過(guò)第二十三穩(wěn)壓二極管(D23) 和地相接；絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)管(Q7)的輸出端的三極管的集電極和發(fā)射極分別和10V直流電壓 以及脈寬調(diào)制芯片TL494(叫的1腳相接，作為反饋比較電壓；光電耦合器TLP641(U2)輸出端 三極管的發(fā)射極通過(guò)第二十七電阻(R27)和地相接組成射極跟隨器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬幅度調(diào)壓調(diào)頻儀，其特征在于所述的交變電壓產(chǎn)生調(diào)節(jié)電路(圖 3)中，對(duì)稱方波發(fā)生器(12)由脈寬調(diào)制芯片TL494 (U3)組成，脈寬調(diào)制芯片TL494 (U3) 的12、 8、 11腳接高電平10V; 4， 7, 16腳接信號(hào)地；2、 14、 13腳通過(guò)第二電阻(R2)相連； 15腳通過(guò)第三電阻(R3)與14腳相連；5腳分別與第二電容(C2)，第三電容(C3)，第四電容(C4)檔位相接，6腳接微調(diào)電位器(R9)和第十四電位器(W14)組成的串聯(lián)電路；脈寬調(diào)制 芯片TL494 (U3)的輸出端口 10， 9腳通過(guò)第六電阻(R6)和第五電阻(R5)接地。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬幅度調(diào)壓調(diào)頻儀，其特征在于所述的交變電壓產(chǎn)生調(diào)節(jié)電路(圖 3)中，脈寬調(diào)制芯片TL494 (U3)輸出端9, IO腳通過(guò)第四電阻(R4)、第七電阻(R7)分別 和型號(hào)為6N137的第四A、 B高速光電耦合器(U4A， U4B)輸入端二極管陽(yáng)極相連，型號(hào)為6N137 的第四A、 B高速光電耦合器(U4A， U4B)的輸入端陰極接信號(hào)地，輸出端的集電極和發(fā)射極分 別接直流5V，以及通過(guò)第二A電阻(R2A)和第二B電阻(R2B)接第一 A三極管(Q1A)和第一 B三極管(Q1B)，第一A三極管(Q1A)和第一B三極管(Q1B)的放大信號(hào)連接至第一 A、 B推 挽電路(T1A、 T1B)，然后第一A、 B推挽電路(T1A、 T1B)的輸出分別和K1119型第五A、 B功 率開(kāi)關(guān)管(Q5A、 Q5B)的柵極相連接；第五A功率開(kāi)關(guān)管(Q5A)的漏極通過(guò)第十七A電阻(R17A) 接開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的直流電壓；第五A功率開(kāi)關(guān)管(Q5A)的源極通過(guò)第十七B電阻(R17B)和第 五B功率開(kāi)關(guān)管(Q5B)的漏極相連接；第五B功率開(kāi)關(guān)管(Q5B)的源極接信號(hào)地，交變電壓 產(chǎn)生調(diào)節(jié)電路(圖3)的交變電壓輸出通過(guò)第五A功率開(kāi)關(guān)管(Q5A)的源極接第九電容(C9) 和熱敏電阻(RT2)輸出，其中第九電容(C9)和熱敏電阻(RT2)之間通過(guò)第十八電阻(R18) 接地。
全文摘要
寬幅度調(diào)壓調(diào)頻儀主要包括寬幅度電壓連續(xù)可調(diào)反激式開(kāi)關(guān)電源電路以及可變頻交變高壓產(chǎn)生電路兩大部分。兩部分電路分別通過(guò)TL494芯片控制。通過(guò)寬幅度電壓可控反激式開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生電壓在8V～1000V連續(xù)可調(diào)的直流電壓，以及峰峰值在8V～1000V之間連續(xù)可調(diào)的交變高壓，交變電壓頻率變化范圍10Hz～50KHz，覆蓋了低頻和中高頻。
文檔編號(hào)H02M3/335GK101552565SQ20091002927
公開(kāi)日2009年10月7日 申請(qǐng)日期2009年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月3日
發(fā)明者曹真寧, 顧忠澤 申請(qǐng)人:東南大學(xué)