[发明专利]压电泵驱动电源

摘要

一种压电泵驱动电源，属于电源领域。本发明的目的是提供一种自带信号源、采用低压直流电输入、成本低、高精度的压电泵驱动电源。本发明是由电源模块、控制模块、调压模块和逆变模块组成，其中控制模块是由FPGA最小系统、液晶显示模块、按键模块、驱动电路和检测电路，调压模块和逆变模块组成。本发明采用低压直流电供电，其内部可自行产生所需的高压直流电，减少了对外部高压直流电的依赖，可使用开关电源或电池为其供电，极大的扩大了本发明的使用范围，也扩大了压电泵的适用范围。

主权项

一种压电泵驱动电源，其特征在于 ：是由电源模块、控制模块、调压模块和逆变模块组成，其中控制模块是由 FPGA 最小系统、液晶显示模块、按键模块、驱动电路和检测模块组成 ；电源模块 ：P1为低压电源的输入接口，输入的电压范围是12V~24V，由开关电源或电池组供电，经过二极管D14和保险丝F1后得到VCC；VCC 分为三路，第一路进入稳压芯片 U2、电容C13、电容C14、电感L5、二极管 D15 构成的稳压电路中，产生 12V 的直流电，给系统中的功率开关管驱动芯片供电，U2 为 LM2576‑12，电容 C13、 C14 均为电解电容，大小分别为 100uF 和 1000uF， L5 为工字电感 ；第二路进入稳压芯片 U3’、电容 C15、电容 C16、电感 L6、二极管 D16 构成的稳压电路中，产生 5V 的直流电，给系统中的其它低压供电芯片供电，U3’为LM2576‑5.0，其它元件与第一路相同；第三路进入调压模块，作为被调的电源；按键和液晶显示模块 ：按键模块由按键S1~S6、104瓷片电容C1~C6和10KΩ的碳膜电阻R1~R6组成，按键模块的KEY1～KEY6与FPGA的6个I/O端口相连；液晶显示模块的P41~P46 为控制引脚， DB0~DB7 为数据引脚，分别与 FPGA 的 13 个 I/O 端口相连；驱动电路 ：驱动电路由2块功率开关管驱动芯片U3、U4和比较器U6及其外围电路组成，功率开关管驱动芯片U3、U4型号为IR2110，比较器U6型号为LM393，每片 IR2110驱动全桥中一个桥臂上的上下两个 MOS 管，在2块IR2110 的SPWM波输入端HLN、LIN加入了由三极管和电阻组成的互锁电路，以防止一个桥臂上的两个MOS管同时导通，而造成严重后果；SPWM_A、 SPWM_B 、 SPWM_C、 SPWM_D 接 FPGA 最小系统的 4 个 SPWM 输出引脚 ； SPWM_HO1、 SPWM_LO1、 SPWM_HO2、 SPWM_LO2 通过排线接到逆变桥的 4 个 MOS 管控制端 ；比较器LM393具有两路比较器，在本系统中其输入信号为逆变桥的电流反馈信号 IFB，经过一个比较器后得到过电流信号，该过电流信号进入 IR2110 的过电流信号输入引脚 SD 引 脚，以控制 SPWM 信号的输出，比较器的阈值电压由电阻R8、 R9 分压所得，这里所分得的电压为 0.65V；检测模块和接口电路 ：采用四路 AD 芯片 TLC2554，与 FPGA 通过 SPI 总线进行通信， TLC2554 芯片的 SDO、SDI、SCLK、INT、CS、FS 引脚分别与 FPGA 的 6 个 I/O 端口连接 ；A0~A2 为输入的三路待采样信号，分别为逆变模块的温度反馈信号 S_TFB、电压反馈信号 S_VFB 和调压模块的电压反馈信号 VFB_P， S_TFB、 S_VFB 与驱动电路中标号相同的线相连 ；VFB_P 与 P3 接口对应的端口相连 ；P3 为排线座，各端口均与控制板中相同的信号线或电源线相连，在功率板中也有一个与之对应的排线座，它们之间通过排线相连；调压模块 ：调压模块采用 Boost 电路原理搭建，输入的被调电压由电源模块提供，即电源模块的第三路输出，V_pwm 为输出电压，连接到逆变模块的输入，MOS驱动芯片UCC2732的输入引脚 INA 通过排线连接到 FPGA的PWM输出引脚，输出引脚 OUTA 通过电阻R14后接MOS管V5的控制端，V5的型号是IRF840；电感L2、L3、L4和二极管D6～D11组成电感组；电阻R14、R15和二极管D12构成MOS管的保护回路；电容 C9~C11构成滤波电路，电阻R16~R19构成电压反馈回路，电压反馈信号VFB_P由电阻R19与电阻R16~R18分压所得；L2~L4为线性电感，大小均为200uH；D6～D11为快速恢复整流二极管，型号为1N3940，D12为快速恢复二极管，型号为1N4148 ；C9、 C10为聚酯电容，耐压为630V，大小分别为47uF、1uF，C11为电解电容，大小为100uF；R14~R19为碳膜电阻，大小分别为4.7Ω、10KΩ、1MΩ、1MΩ、1MΩ、27KΩ；改变PWM的占空比以调节输出的电压，在输入的被调电压为12V，当占空比在0.5814到0.9174内连续变化时，输出电压V_pwm在50V～400V内连续变化；FPGA根据设定值和输出电压的反馈值，利用PID算法给出合理的占空比，以使调压模块输出稳定和准确的电压；逆变模块 ：逆变模块的输入电压与调压模块的输出电压连接， SPWM_HO1、 SPWM_LO1、 SPWM_ HO2、 SPWM_LO2 为逆变桥的驱动信号，它们分别连接到驱动电路中 U3、 U4 对应的输出引脚， SPWM_VS1、 SPWM_VS2 为高压侧浮动供应偏置电压，通过排线分别输入给驱动电路中 U3、 U4 的 VS 引脚， IFB 为电流反馈信号，经过驱动电路中比较器 U6 后进入 U3、 U4 的 SD 引脚， VFB 为电压反馈信号，它从输出端的一相引出，进入检测模块和接口电路中 AD芯片的输入引脚，驱动信号的输出端连接压电泵的输入端，以驱动压电泵工作。