一种输出可调的轻量化静电高压发生器的制作方法

本发明属于高压电源领域，具体涉及一种输出可调的轻量化静电高压发生器。

背景技术：

随着航天科技的快速发展，对星载可展开天线也提出了越来越高的要求。

静电成形薄膜反射面可展开天线在面密度、展开性能以及在轨热环境下的面型维持等方面，具有突出的优势。静电成形薄膜反射面可展开天线是通过分布高压电极和接地金属薄膜之间形成静电场，其中静电高压设备给高压电极供电，由静电场力控制薄膜表面形状的一种主动反射面。传统的静电高压设备存在很多不足，尤其是重量方面的缺陷非常不利于整个天线系统的轻量化，因此迫切需要一种轻量化静电高压发生器。

技术实现要素：

发明目的：为实现静电高压设备的轻量化，满足静电成形反射面的控制需求，本发明提供一种基于压电陶瓷变压器的输出可调的轻量化静电高压发生器。

技术方案：一种输出可调的轻量化静电高压发生器，包括24v直流输入电压、5v电压转换电路、3.3v电压转换电路、主控制器、h桥驱动电路、压电陶瓷变压器、8倍压整流电路、电压反馈电路和485总线通信电路，

所述24v直流输入电压分别与所述5v电压转换电路的输入端、所述h桥驱动电路的输入端相连，

所述5v电压转换电路的输出端分别与所述电压反馈电路的输入端、所述3.3v电压转换电路的输入端相连，

所述3.3v电压转换电路的输出端与所述主控制器的输入端、所述485总线通信电路的输入端相连，

所述485总线通信电路的输出端与所述主控制器的输入端相连，

所述h桥驱动电路的输出端与所述压电陶瓷变压器的输入端相连，

所述压电陶瓷变压器的输出端与所述8倍压整流电路的输入端相连，

所述8倍压整流电路的输出端与所述电压反馈电路的输入端相连，

所述电压反馈电路的输出端与所述主控制器的输入端相连，

所述主控制器的输出端分别与所述h桥驱动电路的输入端、所述485总线通信电路的输入端相连。

进一步地，所述的主控制器的型号为stm32f407vet6。主控制器所用的电压控制算法为pi算法，利用pi算法的结果来调整输出的pwm波的占空比。

进一步地，所述h桥驱动电路包括电机驱动芯片，

所述电机驱动芯片的3脚接主控制器的pwm波输出引脚，

所述电机驱动芯片的5脚接直流+5v电压，

所述电机驱动芯片的1脚通过自举电容与2脚相连；所述电机驱动芯片的10脚通过自举电容与11脚相连，

所述电机驱动芯片的2脚与压电陶瓷变压器的1脚相连；所述电机驱动芯片的11脚与变压器的2脚相连，给压电陶瓷变压器提供高频交流电。

更进一步地，所述电机驱动芯片的型号为lmd18200t。

进一步地，所述电压反馈电路包括电阻分压电路和电压跟随器组成，

所述电阻分压电路包括依次相连的电阻r15、电阻r16、电阻r17和电阻r18，

电压跟随器包括运算放大器u10、电容c36和稳压二极管d11，

所述电容c36的一端接地，所述电容c36的另一端与运算放大器u10的3脚相连；

稳压二极管d11与所述电容c36并联，稳压二极管d11的负极接运算放大器u10的3脚，稳压二极管d11的正极接地，

运算放大器u10的2脚、运算放大器u10的3脚相连构成闭环，运算放大器u10的输出端接到主控制器的adc引脚；运算放大器u10的5脚接直流5v电压，运算放大器u10的4脚接地。

有益效果：本发明公开的一种输出可调的轻量化静电高压发生器具有以下有益效果：

(1)重量轻——作为传统电磁变压器的替代品，压电陶瓷变压器不仅重量极轻，而且因其非常高的安全性，不需要为电路浇灌大量的绝缘胶，十分有利于静电发生器的轻量化；

(2)电路设计难度降低——作为控制核心的stm32f407vet6不仅能输出pwm矩形波，而且内部集成了12位ad转换；驱动模块采用集成的h桥芯片lmd18200t，外围电路非常简单，调试非常方便；

(3)可远程监控。上位机通过485总线通信电路可直接控制静电发生器输出电压，也可查看发生器上传的电压数据，485总线也能使其拓展成多路输出的分布式电压控制系统。

附图说明

图1为本发明公开的一种输出可调的轻量化静电高压发生器的结构示意框图；

图2为主控制器和485总线通信电路的连接示意图；

图3为电压转换电路的电路图；

图4为h桥驱动电路、压电陶瓷变压器和8倍压整流电路的连接示意图；

图5为电压反馈电路的电路图，

其中：

1-24v直流输入电压2-5v电压转换电路

3-3.3v电压转换电路4-主控制器

5-h桥驱动电路6-压电陶瓷变压器

7-8倍压整流电路8-电压反馈电路

9-485总线通信电路

具体实施方式：

下面对本发明的具体实施方式详细说明。

如图1所示，一种输出可调的轻量化静电高压发生器，包括24v直流输入电压1、5v电压转换电路2、3.3v电压转换电路3、主控制器4、h桥驱动电路5、压电陶瓷变压器6、8倍压整流电路7、电压反馈电路8和485总线通信电路9，

24v直流输入电压1分别与5v电压转换电路2的输入端、h桥驱动电路5的输入端相连，

5v电压转换电路2的输出端分别与电压反馈电路8的输入端、3.3v电压转换电路3的输入端相连，

3.3v电压转换电路3的输出端与主控制器4的输入端、485总线通信电路9的输入端相连，

485总线通信电路9的输出端与主控制器4的输入端相连，

h桥驱动电路5的输出端与压电陶瓷变压器6的输入端相连，

压电陶瓷变压器6的输出端与8倍压整流电路7的输入端相连，

8倍压整流电路7的输出端与电压反馈电路8的输入端相连，

电压反馈电路8的输出端与主控制器4的输入端相连，

主控制器4的输出端分别与h桥驱动电路5的输入端、485总线通信电路9的输入端相连。

进一步地，主控制器4的型号为stm32f407vet6。主控制器4所用的电压控制算法为pi算法，利用pi算法的结果来调整输出的pwm波的占空比。

进一步地，h桥驱动电路5包括电机驱动芯片，

电机驱动芯片的3脚接主控制器4的pwm波输出引脚，

电机驱动芯片的5脚接直流+5v电压，

电机驱动芯片的1脚通过自举电容与2脚相连；电机驱动芯片的10脚通过自举电容与11脚相连，

电机驱动芯片的2脚与压电陶瓷变压器6的1脚相连；电机驱动芯片的11脚与变压器的2脚相连，给压电陶瓷变压器6提供高频交流电。

更进一步地，电机驱动芯片的型号为lmd18200t。

进一步地，电压反馈电路8包括电阻分压电路和电压跟随器组成，

电阻分压电路包括依次相连的电阻r15、电阻r16、电阻r17和电阻r18，

电压跟随器包括运算放大器u10、电容c36和稳压二极管d11，

电容c36的一端接地，电容c36的另一端与运算放大器u10的3脚相连；

稳压二极管d11与电容c36并联，稳压二极管d11的负极接运算放大器u10的3脚，稳压二极管d11的正极接地，

运算放大器u10的2脚、运算放大器u10的3脚相连构成闭环，运算放大器u10的输出端接到主控制器4的adc引脚；运算放大器u10的5脚接直流5v电压，运算放大器u10的4脚接地。

如图2所示，主控制器4为stm32f407vet6，其最小系统包括外部晶振电路、实时时钟晶振电路、rc复位电路；通信电路包括sp3485及其外围电路。电压控制算法采用pi算法，输出电压反馈电路8与stm32f407vet6的adc采样引脚23脚相连，stm32f407vet6计算设定值和采样数据的偏差，利用偏差进行pi计算，根据计算结果调整输出pwm的占空比；stm32f407vet6的pwm引脚63引脚与h桥驱动电路5连接，通过输出pwm波来调整h桥的输出。

图3表示电压转换电路图，即表示5v电压转换电路的电路图，又表示3.3v电压转换电路的电路图，如图3所示，输入的直流24v电压经过二极管d1和自恢复保险丝ptc1与稳压芯片lm2596s-5的1脚相连，电解电容ee1和电容c3起滤波的作用；lm2596s-5的1脚输出+5v，同时该脚通过电感l1与2脚相连，形成反馈回路；二极管d2起稳压作用，ee2起到输出滤波作用。lm2596s-5的3脚和5脚与数字地gnd相连。lm2596s-5输出的+5v经过钽电容e1和电容c8滤波后与稳压芯片spx1117-3.3v的3脚相连，spx1117-3.3v的2脚经过电容c7和钽电容e2滤波后输出+3.3v，输出的+3.3v给stm32f407vet6及sp3485供电；输出+3.3v通过一个0欧电阻输出+3.3v_a，输出的+3.3v_a连接至stm32f407vet6的模拟电压输入引脚22脚以及adc参考电压正端引脚21脚；spx117-3.3v的1脚与数字地gnd相连，数字地经过一个0欧电阻连接至模拟地agnd，agnd与stm32f407vet6的adc参考电压负端引脚20脚相连。

如图4所示，h桥驱动电路5选用芯片lmd18200t，lmd18200t的3脚接stm32f407vet6的pwm波输出引脚，5脚接直流+5v，1脚和10脚分别接自举电容c14和c20至2脚和11脚；同时，芯片的1脚和10脚分别接压电陶瓷变压器6的1脚和2脚，给变压器提供高频交流电。压电陶瓷变压器6的3脚即输出端接8倍压整流电路7的输入端，由于变压器输出端内部可等效为一个电容，因此倍压整流电路的八个电容可以省略掉一个。8倍压整流电路7接电阻r19至输出端，防止输出对地短路，同时将高压输出送至电压反馈电路8。

如图5所示，电压反馈电路8主要由电阻分压电路和电压跟随器组成。8倍压整流电路7输出的高压直流经电阻r15、r16、r17、r18分压，再通过电容c36滤波、稳压二极管d11限幅后，送至运放lm358的3脚；运放的1脚和2脚相连，1脚输出至stm32f407vet6的adc引脚。

上面对本发明的实施方式做了详细说明。但是本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。