阅读说明：本技术 低频大功率高压信号发生装置及方法 (Low-frequency high-power high-voltage signal generating device and method ) 是由 于文明 马德平 陶军泽 陈双强 陶志豪 吴万里 李俊岭 于 2020-06-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种低频大功率高压信号发生装置及方法,以解决现有得信号发生器结构复杂,容易损坏的技术问题。本发明包括信号发生单元、信号放大单元、升压单元,信号发生单元包括单片机控制器,信号放大单元包括电压放大模块和功率放大模块,电压放大模块包括顺次连接的电压跟随组件和运算放大组件,电压跟随组件的输入端和单片机控制器的输出端对应连接,运算放大组件的输出端和功率放大模块的输入端对应连接。本发明的有益效果在于：电路结构简单,发热量少,功耗低,信号质量好。(The invention discloses a low-frequency high-power high-voltage signal generating device and a method, which aim to solve the technical problems of complex structure and easy damage of the conventional signal generator. The single-chip microcomputer power amplifier comprises a signal generating unit, a signal amplifying unit and a boosting unit, wherein the signal generating unit comprises a single-chip microcomputer controller, the signal amplifying unit comprises a voltage amplifying module and a power amplifying module, the voltage amplifying module comprises a voltage following component and an operational amplifying component which are sequentially connected, the input end of the voltage following component is correspondingly connected with the output end of the single-chip microcomputer controller, and the output end of the operational amplifying component is correspondingly connected with the input end of the power amplifying module. The invention has the beneficial effects that: the circuit has simple structure, less heat productivity, low power consumption and good signal quality.)

低频大功率高压信号发生装置及方法

技术领域

本发明涉及低频高压信号发生设备技术领域，具体涉及一种低频大功率高压信号发生装置及方法。

背景技术

不同形式的电信号有着其各自不同的作用，比如低频高压信号可以用来检测供电线路的故障位置，也可以作为用电设备的充电器。现有的低频高压信号多采用逆变方式，不仅需要震荡电路产生开关信号，还需要大功率三极管提供高功率，而功率三极管发热严重，需要散热块以辅助散热，这样设计出来的产品体积大，而且三极管容易损坏。

发明内容

本发明提供一种低频大功率高压信号发生装置及方法，以解决现有得信号发生器结构复杂，容易损坏的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

设计一种低频大功率高压信号发生装置，包括信号发生单元、信号放大单元、升压单元，信号发生单元包括单片机控制器，信号放大单元包括电压放大模块和功率放大模块，电压放大模块包括顺次连接的电压跟随组件和运算放大组件，电压跟随组件的输入端和单片机控制器的输出端对应连接，运算放大组件的输出端和功率放大模块的输入端对应连接。

优选的，电压跟随组件包括通用运算放大器U3，其输出端和其负输入端对应连接，其正输入端与单片机控制器对应连接。

优选的，运算放大组件包括三级顺次连接的运算放大器，其输出端输出两路反相信号。

优选的，运算放大组件包括通用运算放大器形成的第一级运放和第二级运放，双端输入双端输出型运算放大器形成的第三级运放。

优选的，功率放大器为D类功率放大器。

优选的，升压单元包括R型变压器。

还设计一种低频大功率高压信号发生方法，包括：

1.计算低频信号一个周期N（N≥256）个点对应的电压值，然后将该电压值和其对应的周期点存储在一个数组中；

2.设置时钟信号，并在每次时钟更新时顺次输出数组中N个点对应的电压值

3.对上述输出信号进行幅值放大和功率放大；

4.将放大后的信号输入变压器，即得到所需的低频大功率高压信号。

优选的，步骤2中采用DMA的方式调取数组。

优选的，步骤3中信号的幅值放大包括三级运算放大。

优选的，步骤3中，在幅值放大前对输出信号进行电压补偿。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果在于：

1.本发明由单片机直接产生需要的异频信号源，而非由单片机控制另外的震荡电路产生，这样可省去复杂的震荡电路部分。

2.本发明采用单片机为信号源，功耗低，运放部分使用通用运算放大器，制作方便，所使用的功率放大器最大功率可达到600W，并且使用时可根据情况更换同类型产品。

3.本发明能够输出完整的正弦波，噪声小，信号质量好，可用来放大微弱信号，用作蓝牙和wifi等信号的放大。

附图说明

图1为本发明低频大功率高压信号发生装置的单片机控制器电路图。

图2为本发明低频大功率高压信号发生装置的电压放大模块电路图。

图3为本发明低频大功率高压信号发生装置的功率放大模块电路图。

图中，1为电压跟随器，2为电压补偿电路，3为运算放大器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。

以下实施例中所涉及或依赖的程序均为本技术领域的常规程序或简单程序，本领域技术人员均能根据具体应用场景做出常规选择或者适应性调整。

以下实施例中所涉及的单元模块、零部件、结构、机构或传感器等器件，如无特别说明，则均为常规市售产品。

实施例1：一种低频大功率高压信号发生装置，参见图1至图3，包括信号发生单元、信号放大单元、升压单元。

信号发生单元参见图1，由单片机STM32L151RCT6构成，5脚和6脚连接时钟信号，9脚产生异频信号源。由于单片机的输出电压比较低，不能够直接用于升压单元，故而需要进行电压放大和功率放大。

电压放大模块参见图2，单片机的9脚和运放U3A的3脚相连，异频信号源输入到U3A，U3A为通用运算放大器，其作为信号跟随器1起到隔离缓冲的作用保证信号不失真。信号经过R16到达U1B和U1A，二者皆为通用运算放大器，在U1B的负输入端增加由V6、R8、R14组成的电压补偿电路2，V6取-5V，将输入U1B的信号幅值调整为最佳。电阻R5、R12、R15、R9、R1、R6、R17以及U1B、U1A组成一级和二级运算放大器3，U1A的输出端和U2的负输入端相连，U2为双端输入双端输出型运算放大器，其正输入端经过滤波电容C7、C8和分压电阻R18、R19连接于电源电压VCC。

U1A的输出信号经U2放大后输出两路反相到U5的inputA和inputB引脚，保证OUT-和OUT+输出两路电压反相，相对输出电压可增加一倍。U5是一款高性能 D 类功率放大器，能够保持超低失真，最高可输出功率600W，电压53V。异频信号源经过此部分电路后输出的就是稳定的异频电压。L2、L3、C13、C18需要做好匹配，以保证输出电压完整。

U5的43和44脚输出两路反向的正弦波信号，输入变压器T1转换为需要的高压，本实施例中产生的为3400V电压。该变压器T1采用R型变压器，具有体积小，重量轻，效率高和漏磁小等特点，能够很好满足此电路设计，产生需要的高压。

实施例2：利用上述低频大功率高压信号发生装置生成高压信号的方法，包括以下步骤：

1.计算低频信号一个周期等间距的256个以上的点对应的DAC电压值，然后将该电压值和其对应的周期时间点存储在一个数组中；上述点数取的越多，输出的波形越平滑，在本实施例中点数取512；

2.设置时钟信号，并在每次时钟更新时顺次输出数组中时间点对应的电压值，修改定时器时钟可以输出0-100Hz超低频率；

比如输入频率为50Hz，那么一个周期为1/50秒，将这1/50秒等分，第一个等分点记录为（x1，y1），以此类推，将记录的点（x1，y1）…（xn，yn）存储在一个数组中，当时钟进行到x1时刻时，单片机采用DMA的方式调取数组然后输出y1，待时钟进行到一个周期结束以后开始继续从（x1，y1）读取数据，以此形成异频信号源；

3.对上述输出信号进行幅值放大和功率放大；单片机的输出信号幅值比较低，不能直接用变压器放大，须首先经过电压跟随器缓冲隔离，然后经过三级运算放大器输出两路反相信号，再经功率放大器输出稳定的异频电压；

在上述电压跟随器输入运放时，在运放的输入端增加电压补偿，以保证输入运放的信号电压在最佳值。

4.将放大后的信号输入R型变压器，即得到所需的低频大功率高压信号。

本发明不但可以用来为线路故障检测提供信号源，还可产生50Hz/60Hz的220V市电，为大功率用电器提供电源，也很方便为手机等设备充电。此外，本设计还可放大微弱信号，用作蓝牙和wifi等信号放大。

上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。