本發(fā)明屬于高壓電源領(lǐng)域，具體涉及一種輸出可調(diào)的輕量化靜電高壓發(fā)生器。

背景技術(shù)：

隨著航天科技的快速發(fā)展，對星載可展開天線也提出了越來越高的要求。

靜電成形薄膜反射面可展開天線在面密度、展開性能以及在軌熱環(huán)境下的面型維持等方面，具有突出的優(yōu)勢。靜電成形薄膜反射面可展開天線是通過分布高壓電極和接地金屬薄膜之間形成靜電場，其中靜電高壓設(shè)備給高壓電極供電，由靜電場力控制薄膜表面形狀的一種主動(dòng)反射面。傳統(tǒng)的靜電高壓設(shè)備存在很多不足，尤其是重量方面的缺陷非常不利于整個(gè)天線系統(tǒng)的輕量化，因此迫切需要一種輕量化靜電高壓發(fā)生器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為實(shí)現(xiàn)靜電高壓設(shè)備的輕量化，滿足靜電成形反射面的控制需求，本發(fā)明提供一種基于壓電陶瓷變壓器的輸出可調(diào)的輕量化靜電高壓發(fā)生器。

技術(shù)方案：一種輸出可調(diào)的輕量化靜電高壓發(fā)生器，包括24v直流輸入電壓、5v電壓轉(zhuǎn)換電路、3.3v電壓轉(zhuǎn)換電路、主控制器、h橋驅(qū)動(dòng)電路、壓電陶瓷變壓器、8倍壓整流電路、電壓反饋電路和485總線通信電路，

所述24v直流輸入電壓分別與所述5v電壓轉(zhuǎn)換電路的輸入端、所述h橋驅(qū)動(dòng)電路的輸入端相連，

所述5v電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端分別與所述電壓反饋電路的輸入端、所述3.3v電壓轉(zhuǎn)換電路的輸入端相連，

所述3.3v電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端與所述主控制器的輸入端、所述485總線通信電路的輸入端相連，

所述485總線通信電路的輸出端與所述主控制器的輸入端相連，

所述h橋驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與所述壓電陶瓷變壓器的輸入端相連，

所述壓電陶瓷變壓器的輸出端與所述8倍壓整流電路的輸入端相連，

所述8倍壓整流電路的輸出端與所述電壓反饋電路的輸入端相連，

所述電壓反饋電路的輸出端與所述主控制器的輸入端相連，

所述主控制器的輸出端分別與所述h橋驅(qū)動(dòng)電路的輸入端、所述485總線通信電路的輸入端相連。

進(jìn)一步地，所述的主控制器的型號(hào)為stm32f407vet6。主控制器所用的電壓控制算法為pi算法，利用pi算法的結(jié)果來調(diào)整輸出的pwm波的占空比。

進(jìn)一步地，所述h橋驅(qū)動(dòng)電路包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，

所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的3腳接主控制器的pwm波輸出引腳，

所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的5腳接直流+5v電壓，

所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的1腳通過自舉電容與2腳相連；所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的10腳通過自舉電容與11腳相連，

所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的2腳與壓電陶瓷變壓器的1腳相連；所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的11腳與變壓器的2腳相連，給壓電陶瓷變壓器提供高頻交流電。

更進(jìn)一步地，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的型號(hào)為lmd18200t。

進(jìn)一步地，所述電壓反饋電路包括電阻分壓電路和電壓跟隨器組成，

所述電阻分壓電路包括依次相連的電阻r15、電阻r16、電阻r17和電阻r18，

電壓跟隨器包括運(yùn)算放大器u10、電容c36和穩(wěn)壓二極管d11，

所述電容c36的一端接地，所述電容c36的另一端與運(yùn)算放大器u10的3腳相連；

穩(wěn)壓二極管d11與所述電容c36并聯(lián)，穩(wěn)壓二極管d11的負(fù)極接運(yùn)算放大器u10的3腳，穩(wěn)壓二極管d11的正極接地，

運(yùn)算放大器u10的2腳、運(yùn)算放大器u10的3腳相連構(gòu)成閉環(huán)，運(yùn)算放大器u10的輸出端接到主控制器的adc引腳；運(yùn)算放大器u10的5腳接直流5v電壓，運(yùn)算放大器u10的4腳接地。

有益效果：本發(fā)明公開的一種輸出可調(diào)的輕量化靜電高壓發(fā)生器具有以下有益效果：

(1)重量輕——作為傳統(tǒng)電磁變壓器的替代品，壓電陶瓷變壓器不僅重量極輕，而且因其非常高的安全性，不需要為電路澆灌大量的絕緣膠，十分有利于靜電發(fā)生器的輕量化；

(2)電路設(shè)計(jì)難度降低——作為控制核心的stm32f407vet6不僅能輸出pwm矩形波，而且內(nèi)部集成了12位ad轉(zhuǎn)換；驅(qū)動(dòng)模塊采用集成的h橋芯片lmd18200t，外圍電路非常簡單，調(diào)試非常方便；

(3)可遠(yuǎn)程監(jiān)控。上位機(jī)通過485總線通信電路可直接控制靜電發(fā)生器輸出電壓，也可查看發(fā)生器上傳的電壓數(shù)據(jù)，485總線也能使其拓展成多路輸出的分布式電壓控制系統(tǒng)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明公開的一種輸出可調(diào)的輕量化靜電高壓發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意框圖；

圖2為主控制器和485總線通信電路的連接示意圖；

圖3為電壓轉(zhuǎn)換電路的電路圖；

圖4為h橋驅(qū)動(dòng)電路、壓電陶瓷變壓器和8倍壓整流電路的連接示意圖；

圖5為電壓反饋電路的電路圖，

其中：

1-24v直流輸入電壓2-5v電壓轉(zhuǎn)換電路

3-3.3v電壓轉(zhuǎn)換電路4-主控制器

5-h橋驅(qū)動(dòng)電路6-壓電陶瓷變壓器

7-8倍壓整流電路8-電壓反饋電路

9-485總線通信電路

具體實(shí)施方式：

下面對本發(fā)明的具體實(shí)施方式詳細(xì)說明。

如圖1所示，一種輸出可調(diào)的輕量化靜電高壓發(fā)生器，包括24v直流輸入電壓1、5v電壓轉(zhuǎn)換電路2、3.3v電壓轉(zhuǎn)換電路3、主控制器4、h橋驅(qū)動(dòng)電路5、壓電陶瓷變壓器6、8倍壓整流電路7、電壓反饋電路8和485總線通信電路9，

24v直流輸入電壓1分別與5v電壓轉(zhuǎn)換電路2的輸入端、h橋驅(qū)動(dòng)電路5的輸入端相連，

5v電壓轉(zhuǎn)換電路2的輸出端分別與電壓反饋電路8的輸入端、3.3v電壓轉(zhuǎn)換電路3的輸入端相連，

3.3v電壓轉(zhuǎn)換電路3的輸出端與主控制器4的輸入端、485總線通信電路9的輸入端相連，

485總線通信電路9的輸出端與主控制器4的輸入端相連，

h橋驅(qū)動(dòng)電路5的輸出端與壓電陶瓷變壓器6的輸入端相連，

壓電陶瓷變壓器6的輸出端與8倍壓整流電路7的輸入端相連，

8倍壓整流電路7的輸出端與電壓反饋電路8的輸入端相連，

電壓反饋電路8的輸出端與主控制器4的輸入端相連，

主控制器4的輸出端分別與h橋驅(qū)動(dòng)電路5的輸入端、485總線通信電路9的輸入端相連。

進(jìn)一步地，主控制器4的型號(hào)為stm32f407vet6。主控制器4所用的電壓控制算法為pi算法，利用pi算法的結(jié)果來調(diào)整輸出的pwm波的占空比。

進(jìn)一步地，h橋驅(qū)動(dòng)電路5包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，

電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的3腳接主控制器4的pwm波輸出引腳，

電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的5腳接直流+5v電壓，

電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的1腳通過自舉電容與2腳相連；電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的10腳通過自舉電容與11腳相連，

電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的2腳與壓電陶瓷變壓器6的1腳相連；電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的11腳與變壓器的2腳相連，給壓電陶瓷變壓器6提供高頻交流電。

更進(jìn)一步地，電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的型號(hào)為lmd18200t。

進(jìn)一步地，電壓反饋電路8包括電阻分壓電路和電壓跟隨器組成，

電阻分壓電路包括依次相連的電阻r15、電阻r16、電阻r17和電阻r18，

電壓跟隨器包括運(yùn)算放大器u10、電容c36和穩(wěn)壓二極管d11，

電容c36的一端接地，電容c36的另一端與運(yùn)算放大器u10的3腳相連；

穩(wěn)壓二極管d11與電容c36并聯(lián)，穩(wěn)壓二極管d11的負(fù)極接運(yùn)算放大器u10的3腳，穩(wěn)壓二極管d11的正極接地，

運(yùn)算放大器u10的2腳、運(yùn)算放大器u10的3腳相連構(gòu)成閉環(huán)，運(yùn)算放大器u10的輸出端接到主控制器4的adc引腳；運(yùn)算放大器u10的5腳接直流5v電壓，運(yùn)算放大器u10的4腳接地。

如圖2所示，主控制器4為stm32f407vet6，其最小系統(tǒng)包括外部晶振電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘晶振電路、rc復(fù)位電路；通信電路包括sp3485及其外圍電路。電壓控制算法采用pi算法，輸出電壓反饋電路8與stm32f407vet6的adc采樣引腳23腳相連，stm32f407vet6計(jì)算設(shè)定值和采樣數(shù)據(jù)的偏差，利用偏差進(jìn)行pi計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果調(diào)整輸出pwm的占空比；stm32f407vet6的pwm引腳63引腳與h橋驅(qū)動(dòng)電路5連接，通過輸出pwm波來調(diào)整h橋的輸出。

圖3表示電壓轉(zhuǎn)換電路圖，即表示5v電壓轉(zhuǎn)換電路的電路圖，又表示3.3v電壓轉(zhuǎn)換電路的電路圖，如圖3所示，輸入的直流24v電壓經(jīng)過二極管d1和自恢復(fù)保險(xiǎn)絲ptc1與穩(wěn)壓芯片lm2596s-5的1腳相連，電解電容ee1和電容c3起濾波的作用；lm2596s-5的1腳輸出+5v，同時(shí)該腳通過電感l(wèi)1與2腳相連，形成反饋回路；二極管d2起穩(wěn)壓作用，ee2起到輸出濾波作用。lm2596s-5的3腳和5腳與數(shù)字地gnd相連。lm2596s-5輸出的+5v經(jīng)過鉭電容e1和電容c8濾波后與穩(wěn)壓芯片spx1117-3.3v的3腳相連，spx1117-3.3v的2腳經(jīng)過電容c7和鉭電容e2濾波后輸出+3.3v，輸出的+3.3v給stm32f407vet6及sp3485供電；輸出+3.3v通過一個(gè)0歐電阻輸出+3.3v_a，輸出的+3.3v_a連接至stm32f407vet6的模擬電壓輸入引腳22腳以及adc參考電壓正端引腳21腳；spx117-3.3v的1腳與數(shù)字地gnd相連，數(shù)字地經(jīng)過一個(gè)0歐電阻連接至模擬地agnd，agnd與stm32f407vet6的adc參考電壓負(fù)端引腳20腳相連。

如圖4所示，h橋驅(qū)動(dòng)電路5選用芯片lmd18200t，lmd18200t的3腳接stm32f407vet6的pwm波輸出引腳，5腳接直流+5v，1腳和10腳分別接自舉電容c14和c20至2腳和11腳；同時(shí)，芯片的1腳和10腳分別接壓電陶瓷變壓器6的1腳和2腳，給變壓器提供高頻交流電。壓電陶瓷變壓器6的3腳即輸出端接8倍壓整流電路7的輸入端，由于變壓器輸出端內(nèi)部可等效為一個(gè)電容，因此倍壓整流電路的八個(gè)電容可以省略掉一個(gè)。8倍壓整流電路7接電阻r19至輸出端，防止輸出對地短路，同時(shí)將高壓輸出送至電壓反饋電路8。

如圖5所示，電壓反饋電路8主要由電阻分壓電路和電壓跟隨器組成。8倍壓整流電路7輸出的高壓直流經(jīng)電阻r15、r16、r17、r18分壓，再通過電容c36濾波、穩(wěn)壓二極管d11限幅后，送至運(yùn)放lm358的3腳；運(yùn)放的1腳和2腳相連，1腳輸出至stm32f407vet6的adc引腳。

上面對本發(fā)明的實(shí)施方式做了詳細(xì)說明。但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在所屬技術(shù)領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。