CN105515554B - 一种脉冲电源 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种脉冲电源，包括脉冲产生模块，所述电源还包括脉冲幅值调节模块和开关模块；所述脉冲产生模块通过开关模块与所述脉冲幅值调节模块相连；所述脉冲产生模块产生时钟可调节的脉冲信号，并通过所述开关模块传输给所述脉冲幅值调节模块；所述脉冲幅值调节模块对所述脉冲信号的幅值进行调节后输出；所述开关模块用于使所述脉冲幅值调节模块的输出脉冲与所述脉冲产生模块的输出脉冲保持时钟同步。本发明提供的技术方案可结构简单，使用方便，输出脉冲电源的可靠性更高，实用性强，可为高频电流测量设备提供用于检测和校准的时钟可调、幅值也可调的脉冲电源。
Description
技术领域
本发明涉及一种脉冲电源，具体讲涉及一种基于单片机实现的时钟和幅值均可调节的脉冲电源。
背景技术
高精度脉冲电源对于高频电流测量仪器及其校准具有重要意义。如变压器冲击试验以及超特高压直流输电工程的电晕损失研究等，都极度依赖对高频电流的测量。目前，对于这些高频电流测量设备，尚没有专用的脉冲电源对其进行校准和检测。因此，十分有必要研制一种时钟和幅值均可调的脉冲电源。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的上述问题，本发明提供一种时钟和幅值均可调节的脉冲电源。
本发明提供的技术方案是：一种脉冲电源，包括脉冲产生模块，其改进之处在于：所述电源还包括脉冲幅值调节模块和开关模块；所述脉冲产生模块通过开关模块与所述脉冲幅值调节模块相连；所述脉冲产生模块产生时钟可调节的脉冲信号，并通过所述开关模块传输给所述脉冲幅值调节模块；所述脉冲幅值调节模块对所述脉冲信号的幅值进行调节后输出；所述开关模块用于使所述脉冲幅值调节模块的输出脉冲与所述脉冲产生模块的输出脉冲保持时钟同步。
优选的，所述脉冲产生模块包括主控制器模块、脉冲输出触发模块和显示模块；所述主控制器模块分别连接所述脉冲输出触发模块和所述显示模块；所述脉冲输出触发模块向所述主控制器模块发送脉冲输出触发信号；所述主控制器模块接收到所述脉冲输出触发信号后，输出时钟可调的脉冲电流信号；所述显示模块用于显示所述主控制器模块输出的脉冲个数。
进一步，所述脉冲产生模块还包括时钟模块；所述时钟模块内集成有可充电式锂电池和标准晶振；所述时钟模块用于提供当前年、月、日和时、分、秒的时间信息给所述主控制器模块，所述主控制器模块控制显示模块显示当前年、月、日和时、分、秒的时间信息；当所述电源的主电源掉电时，所述时钟模块通过所述可充电式锂电池供电工作。
进一步，所述脉冲输出触发模块包括串口通信模块和计算机，所述主控制器模块通过串口通信模块与所述计算机相连；所述计算机通过所述串口通信模块向所述主控制器模块发送工作指令，所述工作指令包括时钟改变指令、脉冲输出指令、清零指令和闹钟指令；所述主控制器根据所述脉冲输出指令输出脉冲信号至开关模块；根据所述时钟改变指令调节所述脉冲信号的时钟；根据所述清零指令将显示模块显示的脉冲个数清零；根据所述闹钟指令改变时钟模块的闹钟设定值：当时间达到所述闹钟设定值时，所述时钟模块发送脉冲输出指令给所述主控制器模块，使所述主控制器模块输出脉冲信号至开关模块。
进一步，所述脉冲输出触发模块还包括板载按键模块，所述板载按键模块的一端与所述主控制器模块相连，其另一端接地；所述板载按键模块通过按键给所述主控制器模块发送脉冲输出指令，以控制所述主控制器模块输出脉冲信号。
进一步，所述脉冲输出触发模块还包括红外模块，所述红外模块包括红外信号发射器和红外信号接收器；所述红外信号接收器与所述主控制器模块相连；所述红外信号发射器设有按键，所述红外信号发射器将按键信号以红外波的形式向外发射；所述红外信号接收器接收所述红外信号发射器发射的按键信号，并将所述按键信号传输给所述主控制器模块；所述主控制器模块根据接收到的按键信号输出相应的脉冲信号给所述开关模块；
所述按键包括工作按键、脉冲时钟改变按键、清零按键和0-9数字按键；
所述工作按键用于发送脉冲输出指令给所述主控制器模块，所述主控制器接收到脉冲输出指令后，输出脉冲信号给所述开关模块；
所述脉冲时钟改变按键与所述0-9数字按键配合工作：所述脉冲时钟改变按键和所述0-9数字按键分别用于发送脉冲时钟改变信号和时钟延迟信号给所述主控制器模块，所述主控制器模块接收到所述脉冲时钟改变信号后，按照所述0-9数字按键发送的时钟延迟信号改变脉冲信号的时钟后输出；
所述清零按键用于发送脉冲清零信号给所述主控制器模块，所述主控制器模块接收到脉冲清零信号后，将显示模块显示的脉冲个数清零。
进一步，所述按键还包括闹钟按键；所述闹钟按键与所述0-9数字按键配合工作：所述闹钟按键和所述0-9数字按键分别用于发送闹钟设置信号和闹钟时间信号给所述主控制器模块；所述主控制器模块接收到的所述闹钟按键发送的闹钟设置信号后，根据所述0-9数字按键发送的闹钟时间信号设置时钟模块的闹钟时间；当时间达到所述闹钟时间时，所述时钟模块发送脉冲输出指令给所述主控制器模块，使所述主控制器模块输出脉冲信号至开关模块。
优选的，所述开关模块包括电阻R1、R2和R3，电容C，三极管，光耦合器、绝缘栅双极型晶体管IGBT和二极管D；所述三极管的集电极与所述电阻R1的一端相连，基极与所述电阻R2的一端相连，发射极与所述光耦合器的输入端相连；所述电阻R1的另一端与+5V电源相连；所述电阻R2的另一端与主控制器模块相连；所述光耦合器的另一端接地；
所述光耦合器的一输出端分别与所述电阻R3的一端和所述绝缘栅双极型晶体管IGBT的门极相连，其另一输出端分别与所述电容C的一端和地相连；所述电阻R3的另一端分别与所述电容C的另一端和+12V电源相连；
所述二极管D反并联在所述绝缘栅双极型晶体管IGBT的发射极与集电极之间；所述二极管D的两端为所述开关模块的输出端。
优选的，所述脉冲幅值调节模块包括无感电阻R4和直流电源，所述直流电源与所述无感电阻R4串联后并联在所述开关模块的两个输出端之间；所述无感电阻R4输出脉冲电源；所述脉冲幅值调节模块通过调节所述无感电阻R4的阻值和所述直流电源的电压来改变所述脉冲电源的幅值。
进一步，所述主控制器模块包括单片机、晶振电路和复位电路；所述晶振电路与所述单片机相连，用于提供所述单片机的运行频率，所述复位电路与所述单片机相连，用于提供所述单片机的复位信号；所述单片机分别与开关模块、脉冲输出触发模块、时钟模块和显示模块相连。
与最接近的技术方案相比，本发明具有如下显著进步：
1)本发明提供的脉冲电源除了设置脉冲产生模块外，还设置了脉冲幅值调节模块和开关模块；通过开关模块可使脉冲幅值调节模块的输出脉冲与脉冲产生模块的输出脉冲保持时钟同步；通过脉冲幅值调节模块，可脉冲信号的幅值进行调节；可为高频交流测量仪器的校准提供高精度的脉冲电源。
2)本发明提供的脉冲电源采用板载按键模块、红外模块、串口通信模块和闹钟定时四种方式实现主控制器模块脉冲信号的输出触发，使用更加方便，实用性更强，提高了脉冲电源的工作可靠性。
3)本发明提供脉冲电源采用红外模块和串口通信模块两种控制方式实现脉冲电源的时钟调节，使用更加方便，实用性更强，提高了脉冲电源的工作可靠性。
4)本发明提供的脉冲电源采用由外部高精度无感电阻和外部高精度电源组成的脉冲幅值调节模块实现脉冲幅值的调节，结构简单，在调节脉冲幅值时，可操作性强，实用性强。
附图说明
图1为本发明提供的脉冲电源的硬件结构框图；
图2为主控制器模块与时钟模块连接的电路结构示意图；
图3为开关模块和脉冲幅值调节模块连接的电路结构示意图；
图4为红外信号接收器的电路结构示意图；
图5为100ms脉冲输出波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
为了彻底了解本发明实施例，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明实施例的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
图1是本发明提供的脉冲电源的硬件结构框图。包括脉冲产生模块、脉冲幅值调节模块和开关模块；所述脉冲产生模块通过开关模块与所述脉冲幅值调节模块相连；所述脉冲产生模块产生时钟可调节的脉冲信号，并通过所述开关模块传输给所述脉冲幅值调节模块；所述脉冲幅值调节模块对所述脉冲信号的幅值进行调节后输出；所述开关模块用于使所述脉冲幅值调节模块的输出脉冲与所述脉冲产生模块的输出脉冲保持时钟同步。
所述脉冲产生模块包括主控制器模块、脉冲输出触发模块和显示模块；所述脉冲输出触发模块包括板载按键模块、红外模块和串口通信模块。
如图2所示，所述主控制器模块包括单片机、晶振电路和复位电路；所述晶振电路与所述单片机相连，用于提供所述单片机的运行时钟频率，所述复位电路与所述单片机相连，用于提供所述单片机的复位信号；所述复位电路为手动按钮或复位芯片TCM810；所述单片机为所述主控制器的核心器件，所述单片机型号为STC89C52；所述显示模块为12864液晶显示屏。
所述单片机的主要功能是:⑴接收板载按键模块、红外模块和串口通信模块的控制信号，在引脚P1.0上输出时钟可调的脉冲信号给开关模块，使得开关模块在脉冲信号的时间内处于开通状态；⑵按照要求执行相应次数1ms延时程序，实现脉冲电源的输出时钟的ms级可调；⑶接收时钟模块的时间信号；⑷将时间信息和脉冲输出个数在显示模块上显示。
板载按键模块、红外模块和串口通信模块的功能是向单片机发出脉冲输出指令，单片机检测到脉冲输出指令后，立即输出脉冲信号至开关模块。
开关模块的功能是功率放大，根据单片机输出的脉冲信号导通主开关，使得外部高精度无感电阻R4和外部高精度直流电源形成通路，产生与单片机的输出脉冲信号同步的脉冲电流。
所述单片机还连接有时钟模块，所述时钟模块的型号为DS12C877A；所述时钟模块的作用是提供时间基准，单片机从时钟模块读取当前年、月、日、星期和时、分、秒信息，并在显示模块上显示。
单片机内部编写有1ms延时子程序，即单片机执行该子程序需要的时间为1ms。因此，作为脉冲电源的主控制器，单片机通过改变调用该延时子程序的次数，实现脉冲电源输出时钟的ms级的精确调节。脉冲电源输出电流的幅值由改变外部高精度无感电阻R4的阻值和外部高精度直流电源的电压调节。
单片机通过引脚P3.0和P3.1和串口通信模块相连接。串口通信模块包括MAX232芯片和RS232标准接口；所述MAX232芯片通过所述RS232标准接口与计算机相连，用于将所述计算机的信号电平转换为单片机能用到TTL信号电平；通过串口通信模块，单片机可以和计算机进行通信。所述计算机用于向所述单片机发送工作指令；所述工作指令包括时钟改变指令、脉冲输出指令、清零指令和闹钟指令；当单片机检测到计算机发出了“脉冲输出”指令后，单片机将在引脚P1.0上输出脉冲信号给开关模块；当单片机检测到计算机发出了“时钟改变指令”指令后，单片机将按照随后接收到的数据，改变1ms延时子程序的执行次数，从而改变输出脉冲的时钟；当单片机检测到计算机发出了“清零”指令后，将脉冲输出计数清零；当单片机检测到计算机发出了“闹钟”指令后，根据接下来的数据，改变时钟模块的闹钟设定值。
所述单片机通过P1.1引脚和板载按键模块相连接。板载按键模块的另一端接地。正常情况下，由于STC89C52型单片机的引脚P1.1具有内部上拉电阻，该信号为高电平。当单片机检测到引脚P1.1为低电平时，表明板载按键模块被人为按下，单片机将在引脚P1.0上输出脉冲信号给开关模块。
本发明提供的红外模块包括红外信号发射器和1838C型红外信号接收器，所述1838C型红外信号接收器的电路原理图如图4所示。红外信号接收器与STC89C52型单片机的引脚P3.3相连。
红外信号发射器设有按键，所述红外信号发射器将按键信号以红外波的形式向外发射。采用NEC编码，工作频率为38kHz。其编码规则是：以0.56ms的高电平+0.565ms的低电平表示数据“0”，以0.565ms的高电平+1.685ms的低电平表示数据“1”。引导码为9ms高电平+4.5ms低电平。每帧的数据的格式是：引导码+8位地址码+8位地址反码+8位数据码+8位数据反码。
1838C型红外信号接收器将红外信号转化为电信号，输入给单片机。1838C的数据输出口接入单片机P3.3引脚。当单片机从该引脚接收到数据时，首先判断是否是引导码，若是，则设置一个数组记录下32位的数据。读取数据码，判断当前红外信号发射器被按下了哪一个按键，执行相应的子程序。
本发明提供的红外信号发射器设有工作按键、脉冲时钟调节按键、清零按键、闹钟按键和0-9数字按键，当单片机检测到工作按键被按下后，单片机将在引脚P1.0上输出脉冲信号给开关模块；当单片机检测到脉冲时钟调节按键被按下后，单片机将按照随后接收到的数据，改变1ms延时子程序的执行次数，从而改变输出脉冲的时钟；当单片机检测到清零按键被按下后，将显示模块的脉冲输出计数清零；当单片机检测到闹钟按键被按下后，继续接收红外信号发射器发来的0-9数字信息，并根据数字信息改变时钟模块的闹钟设定值。
如图2所示：STC89C52单片机的P1.2～P1.5引脚、P3.2引脚和P2.0～P2.7引脚与所述时钟模块DS12C877A相连接。该时钟模块的的内部集成有可充电式锂电池和32.768kHz标准晶振，即使系统主电源掉电，依然能够依靠内部锂电池精确工作数年之久。而当系统重新上电时，又可以为其内部的锂电池充电，能够有效的保证时间的连续性和准确性。该时钟模块作用是提供时间基准，单片机从时钟模块中读取当前年、月、日、星期和时、分、秒信息，并在显示模块上实时显示。同时，闹钟定时控制输出脉冲的方式也依赖于该时钟模块提供的精确时间基准。具体原理是：单片机先向时钟芯片中写入一个未来的时间作为“闹钟”，当时钟模块的计时达到“闹钟”值以后，时钟模块向单片机的P3.2引脚发出信号，单片机将在引脚P1.0上输出脉冲信号给开关模块。
本发明提供的开关模块和脉冲幅值调节模块的电路图如图3所示；所述开关模块包括电阻R1、R2和R3，电容C，三极管，光耦合器、绝缘栅双极型晶体管IGBT和二极管D；所述三极管的集电极与所述电阻R1的一端相连，基极与所述电阻R2的一端相连，发射极与所述光耦合器的输入端相连；所述电阻R1的另一端与+5V电源相连；所述电阻R2的另一端与主控制器模块相连；所述光耦合器的另一端接地；
所述光耦合器的一输出端分别与所述电阻R3的一端和所述绝缘栅双极型晶体管IGBT的门极相连，其另一输出端分别与所述电容C的一端和地相连；所述电阻R3的另一端分别与所述电容C的另一端和+12V电源相连；
所述二极管D反并联在所述绝缘栅双极型晶体管IGBT的发射极与集电极之间；所述二极管D的两端为所述开关模块的输出端；
所述脉冲幅值调节模块包括无感电阻R4和直流电源，所述直流电源与所述无感电阻R4串联后并联在所述开关模块的两个输出端之间；
开关模块与主控机中的STC89C52型单片机的引脚P1.0相连。其工作原理是：正常情况下，由于优选的STC89C52型单片机的引脚P1.0具有内部上拉电阻，该信号为高电平，三极管9013导通，光耦TLP521导通，IGBT门极信号被拉低，IGBT截止，外部高精度无感电阻模块和外部高精度直流电源处于断路状态，没有电流流过。
在需要输出脉冲信号时，单片机将引脚P1.0拉低，此时三极管9013的基极电位为低电平，9013截止。光耦TLP521内部无光，处于截止态，IGBT的门极信号被外部12V电源拉高，IGBT导通，外部高精度无感电阻模块和外部高精度直流电源通过IGBT短接，外部高精度无感电阻模块上的电流由其阻值和外部高精度直流电源的电压决定。
当单片机执行完延时子程序后，STC89C52型单片机的引脚P1.0为高电平，IGBT截止，外部高精度无感电阻模块和外部高精度直流电源再次处于断路状态，没有电流流过。
本发明提供的主控制器模块、显示模块、开关模块、串口通信模块、时钟模块、红外模块和板载按键模块共同集成在同一块电路板上，该电路板上设置有三个接插件口，所述三个接插件口分别通过接插件连连接12V电源，外部高精度无感电阻R4和外部高精度直流电源。本发明提供的脉冲电源输出在外部高精度无感电阻上，通过调节无感电阻R4的阻值和直流电源的电压可以改变无感电阻上的脉冲电流。
图5是由TBS1502B型数字示波器记录的本发明提供的脉冲电源输出的100ms脉冲信号。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。
Claims (7)
1.一种脉冲电源，包括脉冲产生模块，其特征在于：所述脉冲电源还包括脉冲幅值调节模块和开关模块；所述脉冲产生模块通过开关模块与所述脉冲幅值调节模块相连；所述脉冲产生模块产生时钟可调节的脉冲信号，并通过所述开关模块传输给所述脉冲幅值调节模块；所述脉冲幅值调节模块对所述脉冲信号的幅值进行调节后输出；所述开关模块用于使所述脉冲幅值调节模块的输出脉冲与所述脉冲产生模块的输出脉冲保持时钟同步；
所述脉冲产生模块包括主控制器模块、脉冲输出触发模块和显示模块；所述主控制器模块分别连接所述脉冲输出触发模块和所述显示模块；所述脉冲输出触发模块向所述主控制器模块发送脉冲输出触发信号；所述主控制器模块接收到所述脉冲输出触发信号后，输出时钟可调的脉冲电流信号；所述显示模块用于显示所述主控制器模块输出的脉冲个数；
所述脉冲输出触发模块包括串口通信模块和计算机，所述主控制器模块通过串口通信模块与所述计算机相连；所述计算机通过所述串口通信模块向所述主控制器模块发送工作指令，所述工作指令包括时钟改变指令、脉冲输出指令、清零指令和闹钟指令；所述主控制器模块根据所述脉冲输出指令输出脉冲信号至开关模块；根据所述时钟改变指令调节所述脉冲信号的时钟；根据所述清零指令将显示模块显示的脉冲个数清零；根据所述闹钟指令改变时钟模块的闹钟设定值：当时间达到所述闹钟设定值时，所述时钟模块发送脉冲输出指令给所述主控制器模块，使所述主控制器模块输出脉冲信号至开关模块；
所述主控制器模块包括单片机、晶振电路和复位电路；所述晶振电路与所述单片机相连，用于提供所述单片机的运行频率，所述复位电路与所述单片机相连，用于提供所述单片机的复位信号；所述单片机分别与开关模块、脉冲输出触发模块、时钟模块和显示模块相连。
2.根据权利要求1所述的一种脉冲电源，其特征在于：
所述脉冲产生模块还包括时钟模块；所述时钟模块内集成有可充电式锂电池和标准晶振；所述时钟模块用于提供当前年、月、日和时、分、秒的时间信息给所述主控制器模块，所述主控制器模块控制显示模块显示当前年、月、日和时、分、秒的时间信息；当所述脉冲电源的主电源掉电时，所述时钟模块通过所述可充电式锂电池供电工作。
3.根据权利要求1所述的一种脉冲电源，其特征在于：
所述脉冲输出触发模块还包括板载按键模块，所述板载按键模块的一端与所述主控制器模块相连，其另一端接地；所述板载按键模块通过按键给所述主控制器模块发送脉冲输出指令，以控制所述主控制器模块输出脉冲信号。
4.根据权利要求1或3中任意一项所述的脉冲电源，其特征在于：
所述脉冲输出触发模块还包括红外模块，所述红外模块包括红外信号发射器和红外信号接收器；所述红外信号接收器与所述主控制器模块相连；所述红外信号发射器设有按键，所述红外信号发射器将按键信号以红外波的形式向外发射；所述红外信号接收器接收所述红外信号发射器发射的按键信号，并将所述按键信号传输给所述主控制器模块；所述主控制器模块根据接收到的按键信号输出相应的脉冲信号给所述开关模块；
所述按键包括工作按键、脉冲时钟改变按键、清零按键和0-9数字按键；
所述工作按键用于发送脉冲输出指令给所述主控制器模块，所述主控制器接收到脉冲输出指令后，输出脉冲信号给所述开关模块；
所述脉冲时钟改变按键与所述0-9数字按键配合工作：所述脉冲时钟改变按键和所述0-9数字按键分别用于发送脉冲时钟改变信号和时钟延迟信号给所述主控制器模块，所述主控制器模块接收到所述脉冲时钟改变信号后，按照所述0-9数字按键发送的时钟延迟信号改变脉冲信号的时钟后输出；
所述清零按键用于发送脉冲清零信号给所述主控制器模块，所述主控制器模块接收到脉冲清零信号后，将显示模块显示的脉冲个数清零。
5.根据权利要求4所述的一种脉冲电源，其特征在于：
所述按键还包括闹钟按键；所述闹钟按键与所述0-9数字按键配合工作：所述闹钟按键和所述0-9数字按键分别用于发送闹钟设置信号和闹钟时间信号给所述主控制器模块；所述主控制器模块接收到的所述闹钟按键发送的闹钟设置信号后，根据所述0-9数字按键发送的闹钟时间信号设置时钟模块的闹钟时间；当时间达到所述闹钟时间时，所述时钟模块发送脉冲输出指令给所述主控制器模块，使所述主控制器模块输出脉冲信号至开关模块。
6.根据权利要求1所述的一种脉冲电源，其特征在于：
所述开关模块包括电阻R1、R2和R3，电容C，三极管，光耦合器、绝缘栅双极型晶体管IGBT和二极管D；所述三极管的集电极与所述电阻R1的一端相连，基极与所述电阻R2的一端相连，发射极与所述光耦合器的输入端相连；所述电阻R1的另一端与+5V电源相连；所述电阻R2的另一端与主控制器模块相连；所述光耦合器的另一端接地；
所述光耦合器的一输出端分别与所述电阻R3的一端和所述绝缘栅双极型晶体管IGBT的门极相连，其另一输出端分别与所述电容C的一端和地相连；所述电阻R3的另一端分别与所述电容C的另一端和+12V电源相连；
所述二极管D反并联在所述绝缘栅双极型晶体管IGBT的发射极与集电极之间；所述二极管D的两端为所述开关模块的输出端。
7.根据权利要求1所述的一种脉冲电源，其特征在于：
所述脉冲幅值调节模块包括无感电阻R4和直流电源，所述直流电源与所述无感电阻R4串联后并联在所述开关模块的两个输出端之间；所述无感电阻R4输出脉冲电源；所述脉冲幅值调节模块通过调节所述无感电阻R4的阻值和所述直流电源的电压来改变所述脉冲电源的幅值。
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| CN1132419A (zh) * | 1994-09-14 | 1996-10-02 | 中国科学院物理研究所 | 频率、电压、波形连续可调的多功能高低压电源 |
| CN1749763A (zh) * | 2005-11-03 | 2006-03-22 | 北京科技大学 | 一种电阻的测量方法及测量装置 |
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