一種用于超聲檢測儀器脈沖激勵電路供電的寬范圍輸出穩壓電源方案的制作方法
【專利摘要】本發明的目的是研制一種廣泛適用于不同的超聲檢測對超聲收發系統的需求的寬范圍數字可調輸出電壓的穩壓電源方案，輸出電壓可實現20V～500V連續可調。電源方案包括了數字信號控制器、D/A轉換器、PWM控制器、升壓拓撲電路和反饋信號引出電路。輸出穩壓電壓由全數字化控制，使用了新的參考電壓值來實現較大范圍的輸出電壓設置，拓展了開關電源的使用空間，滿足超聲檢測儀器激勵脈沖電路供電要求。
【專利說明】—種用于超聲檢測儀器脈沖激勵電路供電的寬范圍輸出穩壓電源方案
一、【技術領域】:
[0001]本發明涉及一種新型高性能連續可調的寬范圍輸出穩壓電源方案，可用于超聲檢測儀器脈沖激勵電路的高壓供電電源，適用于臺式或板卡式超聲收發儀器，使儀器產生的激勵超聲換能器的脈沖的電壓幅值在較寬范圍內連續可調，以滿足不同條件下的超聲檢測需求。
二、【背景技術】:
[0002]超聲檢測作為無損檢測領域的重要方法，因其具有靈敏度高、穿透性強、指向性好、成本低廉、對人體無害等優點而廣泛用于工業和醫療等領域。
[0003]超聲檢測技術應用十分廣泛，就使得超聲激勵也需要滿足不同檢測情形下的檢測要求。一些材料，比如復合材料,超聲在其中傳播過程中會因為材料對超聲能量的大量的吸收而急劇的衰減掉，這就使可檢測的厚度范圍大大縮小。需要通過提升激勵脈沖的能量來增大超聲換能器所產生的超聲波的能量來擴大可檢測厚度，因為脈沖寬度受限于換能器的中心頻率而不可隨意調節，故最有效的方法則是提升激勵脈沖的幅值，即提高超聲檢測儀器脈沖產生電路的電源幅值，一般可以達到500V左右。然而在另一些情況下，比如檢測金屬材料時，因為金屬材料對超聲波能量的吸收較少，使得換能器接收到的回波峰值很大，實測可以達到峰峰值30V的信號，使接收放大器嚴重飽和。需要降低激勵電壓來使儀器正常工作，激勵電壓可能只需要十幾到幾十伏的級別。這就要求超聲激勵電路有較寬的可調且穩定的供電電源。
三、
【發明內容】
:
[0004]本發明的目的是研制一種廣泛適用于不同超聲檢測儀器激勵脈沖電路的寬范圍可數字控制輸出電壓的穩壓電源方案，輸出電壓可實現20V?500V連續可調。
[0005]本發明的目的是這樣實現的:
[0006]用于超聲檢測的新型寬輸出穩壓電源方案包括了數字信號控制器、D/A轉換器、PWM控制器、升壓拓撲電路和反饋信號引出電路，如圖2所示。
[0007]數字信號控制器產生數字控制信號，經由數模轉換器得到模擬控制電壓。該控制電壓經與PWM控制器的參考電壓的引腳相連，作為其新的參考電壓，并防止了因與控制器內部的參考電壓的差值可能造成的功耗或損害。脈沖寬度調制控制器組合升壓拓撲電路實現升壓功能，得到負電壓。反饋信號引出電路建立了輸出負電壓與反饋電壓間的關系，且保證了反饋電壓為正值。反饋電壓與新產生的參考電壓由PWM控制器處理，以穩定輸出的電壓值，同時也實現了輸出電壓的可調。
[0008]本發明的有益效果是:采用本發明方法實現的穩壓電源，由全數字化控制，可實現較大范圍的輸出電壓設置，滿足超聲檢測儀器激勵脈沖電路供電要求。四、【專利附圖】
【附圖說明】:
[0009]附圖1為該電源方案的原理框圖。
[0010]附圖2為該電源方案的硬件電路圖。
五、【具體實施方式】:
[0011]下面對本發明的具體電路方案進行詳細說明:
[0012]寬范圍輸出穩壓電源電路主要包含脈寬調制器、升壓拓撲電路、反饋電壓引出電路和D/A轉換電路。它們之間的連接方式如附圖2所示。
[0013]該電源方案中，脈寬調制器的調制脈沖的頻率由電阻R3確定；調制器的脈沖輸出通過P型M0SFETQ1和N型M0SFETQ2被反相，脈寬調制器輸出為高電平時，Q2導通而Ql截止，則并聯的P型M0SFETQ3、Q4的柵極電壓低于源極而導通，同樣也分析調制器輸出為低時Q3、Q4截止。
[0014]Q3、Q4導通時，12V電源通過R5和Q3、Q4對電感LI進行能量存儲，流經電感LI的電流增大；而當Q3、Q4截止時，存儲在電感LI里的能量則會通過二極管Dl和電阻R5流向儲能電容C4，對電容C4充電，同時為負載進行供電。電流感應電阻R5以及電阻R4和濾波電容C3構成的限流功能限制了流經電感LI和Q3、Q4的最大電流。
[0015]反饋電壓引出電路則包括NPN型三極管Q5、PNP型三極管Q4、電阻R6、R7、R8、R9、RlO和電容C2。反饋電壓引出電路中，流過電阻R8的電流完全由輸出電壓和R8的阻值決定，而流經R7的電流幾乎與之相等。所以Q6的基極處的電壓是12V減去在R7上的壓降的電壓值，進而Q6形成了一個受基極電壓和R9的阻值決定的電流源。該電流源產生的電流流經RlO即產生和負高壓幅值成線性關系的正的反饋電壓。反饋電壓通過電阻R6連接至PWM控制器的FB引腳，COMP引腳與FB引腳通過0.1nF的電感相連接。
[0016]數字信號控制器和D/A轉換器得到了新的參考電壓值。本寬輸出穩壓電源中數字信號控制器采用FPGA實現。在電源電壓為+5V時，D/A轉換器的輸出可以在OV?5V之間。PWM控制器中VREF引腳內部設有4V穩壓參考電壓，為了當新的參考電壓與內部參考電壓存在壓差時依然可以正常工作且不會造成大的功耗，采用50歐姆電阻Rl與之相連。這樣也可以保障VREF引腳處真實的電壓值與新參考電壓的吻合。
[0017]該新型寬輸出穩壓電源經過實驗驗證，可以輸出20V?500V連續可調的穩定電壓，用于超聲檢測時電源的效率在85%以上。
【權利要求】
1.一種用于超聲檢測的新型寬輸出穩壓電源方案，其特征在于:由數字信號控制器、D/A轉換器、PWM控制器、升壓拓撲電路和反饋信號引出電路組成。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于:通過數字信號控制器和D/A轉換器產生數字可控的電壓作為PWM控制器的新的參考電壓值，實現了寬范圍可調電壓功能，新參考電壓與PWM控制器原參考電源通過50 Ω電阻連接，保證了系統的安全性。
3.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于:升壓拓撲電路開關MOSFET使用雙管并聯，提高了允許通過的電流值，增大了穩壓電源的可輸出功率值，適和于超聲檢測變負載的情形。
4.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于:反饋信號引出電路將負輸出電壓與正參考電壓之間建立了線性關系，實現了輸出電壓值的可控性。
【文檔編號】G05F1/56GK103869862SQ201410095589
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月14日 優先權日:2014年3月14日
【發明者】肖定國, 徐春廣, 邵甲蒙, 任慧玲, 周世圓, 王巨琛 申請人:北京理工大學