專利名稱：用于電流變液控制的高壓快速開關(guān)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于電流變液控制的高壓快速開關(guān)電路，屬電子儀器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及用于電流變技術(shù)中的高壓開關(guān)可控電源的設(shè)計(jì)。
電流變技術(shù)是一門新興的技術(shù)，它主要研究電流變現(xiàn)象的機(jī)理和電流變液在工程中的應(yīng)用。電流變效應(yīng)是指液體在高壓的作用下發(fā)生固化，剪切抗力顯著增大，最直觀的現(xiàn)象是液體的表觀粘度大大增加，利用電流變效應(yīng)可以設(shè)計(jì)制作阻尼可控的減振器、隔振器、力矩可控的離合器等許多靈巧裝置。
將壓電效應(yīng)、電流變效應(yīng)相結(jié)合，利用仿生學(xué)的“蠕動(dòng)”步進(jìn)方式，可以構(gòu)成一種用于精密微動(dòng)定位和驅(qū)動(dòng)的步進(jìn)馬達(dá)。實(shí)現(xiàn)這一構(gòu)想的關(guān)健技術(shù)是需要一種直流高壓開關(guān)電源來有節(jié)奏的控制電流變液的箝位力。目前，國(guó)內(nèi)有直流高壓穩(wěn)壓電源，但沒有這樣高壓的穩(wěn)壓開關(guān)電源。在其它電流變器件中，類似的高壓開關(guān)電路也是一個(gè)必不可少的關(guān)鍵部分。
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種用于電流變液控制的高壓快速開關(guān)電路，給電流變液的驅(qū)動(dòng)提供一種安全、可靠、線路簡(jiǎn)單、成本較低的高壓穩(wěn)壓開關(guān)電路，結(jié)合高壓穩(wěn)壓直流電源，制做出直流高壓穩(wěn)壓開關(guān)電源，該電源能隨外部控制信號(hào)的頻率變化快速響應(yīng)，控制高壓電源的通斷，輸出高壓脈沖，控制電流變液的固化，電壓脈沖的前沿及后沿極短。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的用于電流變液控制的高壓快速開關(guān)電路，由以下各部分組成(1)與控制信號(hào)的接口為一個(gè)集成電路芯片，接受由計(jì)算機(jī)或其他控制電路發(fā)生的脈沖控制信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)本電源與信號(hào)源間的隔離；(2)輸入信號(hào)比較電路；包括一個(gè)集成電路芯片和外接電阻，對(duì)輸入信號(hào)整形，使其成為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則的方波脈沖；(3)放大電路為一個(gè)三極管，提供電流驅(qū)動(dòng)后續(xù)電路；(4)光藕串聯(lián)電路由三個(gè)集成電路芯片串聯(lián)而成，分別得到兩個(gè)正向脈沖和一個(gè)負(fù)向脈沖，正向脈沖和負(fù)向脈沖的極性正好相反，而相位相同；(5)信號(hào)二次整形電路分別由比較器U1/741和U2/741和外部電阻構(gòu)成，對(duì)光藕電路輸出的兩個(gè)正向脈沖信號(hào)進(jìn)行整形；(6)晶體管開關(guān)電路由開關(guān)晶體管T1，T2串聯(lián)和外接電阻電容組成，每個(gè)晶體管的耐壓為1500伏，串聯(lián)后耐壓可達(dá)3000伏。它用來實(shí)現(xiàn)高壓的正向?qū)ǎ?7)脈沖隔離電路由兩個(gè)相同的脈沖變壓器B1，B2構(gòu)成，對(duì)脈沖隔離，同時(shí)控制晶體管放電電路的導(dǎo)通；(8)放電電路由兩個(gè)三極管T3，T4和外部電阻電容構(gòu)成，用來在正向電壓關(guān)斷時(shí)迅速抽取負(fù)載上的電荷。
本發(fā)明的工作原理結(jié)合

圖1描述如下開關(guān)晶體管在輸入控制信號(hào)的控制下通斷，當(dāng)控制信號(hào)輸入為高電平時(shí)，晶體管導(dǎo)通，輸入的直流高壓電源向輸出端輸出，當(dāng)控制信號(hào)為低電平時(shí)，晶體管截止，輸入的直流高壓電源不向輸出端輸出，高壓脈沖輸出端電壓為零。這樣，當(dāng)直流高壓電源接在開關(guān)晶體管的輸入端時(shí)，控制脈沖輸入端輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，高壓脈沖輸出端就會(huì)輸出一個(gè)高壓脈沖，高壓脈沖的頻率與控制信號(hào)的頻率一致，脈寬與控制信號(hào)的脈寬一致。
本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)是能夠在低壓(幅值為5伏)控制脈沖信號(hào)的控制下對(duì)高達(dá)2000伏的直流電壓進(jìn)行斬波，獲得滿足要求的高壓脈沖輸出。本發(fā)明具有成本低，元件易選擇，調(diào)試方便，可靠性高，適用范圍廣的特點(diǎn)，與機(jī)械點(diǎn)接觸式開關(guān)電路相比，具有開關(guān)速度快，使用壽命長(zhǎng)，無磨損，無機(jī)械振動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明不僅為電流變液在步進(jìn)馬達(dá)中的應(yīng)用提供了安全、可靠、線路簡(jiǎn)單、成本較低的電流變液的高壓快速開關(guān)電路，而且也可廣泛用于對(duì)高電壓有快速開關(guān)要求的其他技術(shù)領(lǐng)域。
附圖簡(jiǎn)要說明圖1為本發(fā)明總體構(gòu)成框圖。
圖2為本發(fā)明的實(shí)施例電路組成原理圖。
下面結(jié)合圖1和圖2，詳細(xì)介紹本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。
圖1為本發(fā)明的總體構(gòu)成框圖，它的輸入包括一個(gè)直流高壓和一路低壓脈沖控制信號(hào)，輸出為一路高壓脈沖信號(hào)，其幅值與輸入的直流高壓相等，相位與控制信號(hào)的相同。
圖2為本實(shí)施例的電路構(gòu)成原理圖。本實(shí)施例包括光耦隔離、比較電路、正向開關(guān)電路、反向放電電路。各部分電路的組成及工作原理分別詳細(xì)描述如下控制信號(hào)輸入接在03號(hào)4N25(光耦)的1和2管腳，1接正，2接負(fù)，-12伏電壓接在它的4管腳，1和2輸入一個(gè)脈沖，在它的5管腳就會(huì)輸出一個(gè)脈沖，實(shí)現(xiàn)了輸入控制電路與本電路的隔離。5管腳輸出的脈沖輸入比較器LM358的3管腳，(LM358是電壓比較器，內(nèi)含兩個(gè)比較器，工作時(shí)+12伏電壓接它的8管腳，-12伏電壓接它的4管腳，本電路中將兩個(gè)比較器的輸入負(fù)端都接地)，1管腳就輸出波形較好的脈沖，經(jīng)過一限流電阻17接入三極管的基極，三極管7的作用是電流放大。光耦01的輸入正極接電源的12伏，光耦的輸入負(fù)極與光耦04的輸入正極相接，光耦04的輸入負(fù)極與光耦02的輸入正極相連，即將01，04，02三個(gè)光耦串聯(lián)，串聯(lián)過程中將04的輸入與01、02的輸入進(jìn)行了反相。光耦02的輸入負(fù)極與三極管的集電極相連，三極管的發(fā)射極接地，這樣，當(dāng)三極管的基極輸入一個(gè)脈沖，三極管的集電極導(dǎo)通一次，給光耦01、02輸入一個(gè)正向脈沖，給光耦04輸入一個(gè)負(fù)向脈沖。光耦01、02、04的4管腳與03一樣都接-12伏電壓，在前三個(gè)光耦輸入下，則在光耦01、02、04的輸出管腳5依次分別會(huì)輸出正向脈沖、正向脈沖、負(fù)向脈沖，正向與負(fù)向脈沖的極性正好相反，除去極性，它們的相位相同，這樣就嚴(yán)格保證了在要求高壓電源正向?qū)〞r(shí)，反向放電電路截止，高壓電源截止時(shí)，反向放電電路導(dǎo)通。由于所用的晶體三極管最高耐壓為1500伏，采用了晶體三極管的串聯(lián)工作方式。由光耦01、02輸出的脈沖信號(hào)是完全一樣的，兩路脈沖信號(hào)都輸入比較器進(jìn)行脈沖波整形，U1741和U2741都是比較器，R1、R2、R3、R4起分壓限流作用，R6、R7起限流作用，比較器輸出端6管腳輸出波形較好的矩形波，經(jīng)R7、R8限流，C1、C2較短時(shí)間的延時(shí)后輸入晶體三極管的基極控制晶體三極管T1、T2的導(dǎo)通。電感11是為了防止通電時(shí)2000伏電壓對(duì)晶體三極管的沖擊，R9、R10、C3、R12、R14、C4構(gòu)成了晶體三極管的串聯(lián)均壓儲(chǔ)能保護(hù)電路。光耦04的輸出脈沖輸入比較器U3LM358進(jìn)行整形，在輸出端7接入電位器W1，經(jīng)電阻R15輸入三極管T5、T6的基極，控制兩個(gè)三極管的通斷，起電流放大作用，R18起限流作用，D3起控制電路方向的作用，B1、B2是兩個(gè)變壓器，起脈沖隔離作用，由于放電過程對(duì)波形沒有嚴(yán)格的要求，所以用兩個(gè)變壓器隔離來控制放電晶體三極管T3、T4的通斷，可以簡(jiǎn)化電路。R11、R13兩電阻起限流作用，晶體三極管T3、T4是反向放電電路的開關(guān)和放電回路，R25、R26、R27、R28、C5、C6構(gòu)成放電晶體三極管的串聯(lián)儲(chǔ)能保護(hù)電路。高壓直流穩(wěn)壓電源的輸入如電路圖的右方，正極接右上方+2000處，負(fù)極接右下方晶體三極管T4的發(fā)射極接地處。負(fù)載的正極接out處，負(fù)極也接右下方晶體三極管T4的發(fā)射極接地處。本實(shí)施例結(jié)合一個(gè)高壓直流穩(wěn)壓電源制作出了適用于電流變液控制的高壓脈沖電源，輸出電壓幅值可高達(dá)2000伏，頻率響應(yīng)范圍0～2000Hz，造價(jià)低，在壓電——電流變馬達(dá)系統(tǒng)中應(yīng)用獲得成功。
權(quán)利要求
1.一種用于電流變液控制的高壓快速開關(guān)電路，其特征在于，該電路由以下各部分組成(1)與控制信號(hào)的接口為一個(gè)集成電路芯片，接受由計(jì)算機(jī)或其他控制電路發(fā)生的脈沖控制信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)本電源與信號(hào)源間的隔離；(2)輸入信號(hào)比較電路；包括一個(gè)集成電路芯片和外接電阻，對(duì)輸入信號(hào)整形，使其成為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則的方波脈沖；(3)放大電路為一個(gè)三極管，提供電流驅(qū)動(dòng)后續(xù)電路；(4)光藕串聯(lián)電路由三個(gè)集成電路芯片串聯(lián)而成，分別得到兩個(gè)正向脈沖和一個(gè)負(fù)向脈沖，正向脈沖和負(fù)向脈沖的極性正好相反，而相位相同；(5)信號(hào)二次整形電路分別由比較器U1/741和U2/741和外部電阻構(gòu)成，對(duì)光藕電路輸出的兩個(gè)正向脈沖信號(hào)進(jìn)行整形；(6)晶體管開關(guān)電路由開關(guān)晶體管T1，T2串聯(lián)和外接電阻電容組成，每個(gè)晶體管的耐壓為1500伏，串聯(lián)后耐壓可達(dá)3000伏。它用來實(shí)現(xiàn)高壓的正向?qū)ǎ?7)脈沖隔離電路由兩個(gè)相同的脈沖變壓器B1，B2構(gòu)成，對(duì)脈沖隔離，同時(shí)控制晶體管放電電路的導(dǎo)通；(8)放電電路由兩個(gè)三極管T3，T4和外部電阻電容構(gòu)成，用來在正向電壓關(guān)斷時(shí)迅速抽取負(fù)載上的電荷。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于電流變液控制的高壓快速開關(guān)電路,包括由光耦隔離,電壓比較,電流放大,反相電路,脈沖變壓器隔離電路和開關(guān)晶體管電路。本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)是可以隨控制信號(hào)的變化,滿足快速響應(yīng)性,電壓幅值連續(xù)調(diào)節(jié)性,控制信號(hào)還可直接接受計(jì)算機(jī)的控制信號(hào)?？梢暂敵?～2000伏的脈沖電壓,電流可達(dá)2A,可以廣泛用于電流變液體的研究應(yīng)用領(lǐng)域及對(duì)高電壓有快速開關(guān)脈沖控制要求的其他技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H01H35/18GK1206961SQ98102188
公開日1999年2月3日 申請(qǐng)日期1998年5月29日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月29日
發(fā)明者孟永鋼, 敖勇, 田煜 申請(qǐng)人:清華大學(xué)