专利名称：一种脉冲发生控制电路、脉冲发生器及其电压测量电路的利记博彩app
技术领域：
本实用新型属于电学中的电压测量领域，具体涉及一种脉冲发生控制电路、脉冲发生器以及包含该脉冲发生器的电压测量电路。
背景技术：
在电学领域中，测量电压的电路有很多种。常用的电压测量电路有以下几种I.利用运算放大器电路进行电压测量，如图I所示。这种电路利用运算放大器虚短、虚断的原理测量待测电压，通过A/D采样的形式得到具体电压值。这种电路的缺点是结构复杂，耗能大，所产生的噪声更是不容忽视，为降低噪声，工程师往往需要设计一系列的噪声抑制电路，这就自然增加了产品的设计与生产成本，也降低了可靠性。 2.利用精密电阻分压法测量待测电压。根据电阻分压原理，通过测量电阻上的分压电压值反推待测电压值，这种测量电压的电路对分压用的电阻的阻值精度要求很高，只有在分压电阻阻值精度极高的情况下待测电压值才能被准确地测量，同时此电路也需要A/D转换芯片来采集电压值，增加了电路成本。3.由555定时器和电阻器、电容器组成的无稳态多谐振荡器及衰减电阻等组成，作为电压-频率转换器，通过测量输出的脉冲频率达到测量输入电压的目的。可测量O 5V的直流电压。此电路可测量的电压范围太小，难以满足大电压测量的要求，且成本较高。
实用新型内容为了克服现有技术的上述缺陷，本实用新型的目的之一在于提出一种用于防止三极管在二次击穿过程中损坏的脉冲发生控制电路，该控制电路具有控制精度高，结构简单，低功耗等优点。一种脉冲发生控制电路，其包括电压检测子单元、延时子单元和控制信号输出子单元，所述电压检测子单元包括分压电阻，所述延时子单元包括定时器，所述控制信号输出子单元包括控制逻辑电路；所述延时子单元根据电压检测子单元所发出的延时信号进行延时处理，并使控制信号输出子单元启动，所述控制信号输出子单元输出控制信号来中断三极管的二次击穿。进一步地，所述电压检测子单元中预置有三极管的二次击穿电压值，当检测到电压检测子单元的输入电压达到三极管的二次击穿电压值时，便输出延时信号。本实用新型的另一目的在于提出一种测量精度高，结构简单，低功耗，成本低廉的脉冲发生器，该脉冲发生器除了包括上述脉冲发生控制电路外，还包括整流电路、储能与保护电路、脉冲发生与限流电路和脉冲输出电路；待测交流电压通过电容器C施加于整流电路上，该交流电经整流电路整流成直流电后，通过储能与保护电路对直流电进行电能存储并输出直流电；所述脉冲发生与限流电路根据脉冲发生控制电路所产生的用于中断三极管二次击穿的控制信号，将输出的直流电转化成脉冲信号；最后通过脉冲输出电路产生一个输出脉冲信号。[0010]进一步地，所述脉冲输出电路的输出端连接一光耦，经由所述脉冲输出电路输出的脉冲信号先经过光耦进行光耦隔离后，再产生脉冲信号输出。进一步地,所述整流电路采用整流桥。进一步地，所述储能与保护电路采用电容器Cl，对电容器Cl进行充电，并将该电容器Cl上的电压直接作用于MOS管的漏极上，当三极管Ql发生二次击穿时，电容器Cl电压迅速降低以保护三极管。进一步地，所述脉冲发生与限流电路包括MOS管和电阻器R3，所述MOS管包括和储能与保护电路相连的漏极、与三极管集电极相连的源极以及与电阻器R3相连的栅极。进一步地，所述脉冲输出电路包括三极管、与三极管的基极相连接的电阻器Rl和与三极管的发射极相连的支路，该支路包括相互串联的电阻器R2和稳压管。 本实用新型的再一目的在于提出一种基于三极管二次击穿特性的电压测量电路，该电压测量电路包括上面所述的脉冲发生器和电压测量单元，所述电压测量单元与脉冲发生器的输出级相连，并通过脉冲发生器的输出脉冲信号来获得输入电压信号的电压值。进一步地，所述电压测量单元包括中央处理器。进一步地，所述电压测量单元与脉冲发生器中脉冲输出电路的输出级相连。本实用新型可以解决现有技术中电压测量电路的成本高、设计复杂、可靠性不高等缺点，提出一种结构简单、成本低、可靠性高的脉冲发生器，主要是利用三极管的二次击穿特性进行脉冲发生。本实用新型的有益效果是该脉冲发生控制电路以及包含该控制电路的脉冲发生器具有测量精度高，结构简单，可靠性高，低功耗，低成本等优点；此外，该脉冲发生器扩展升级方便，直接在该脉冲发生器后加入一电压测量单元即可形成一电压测量电路，该电压测量电路及其测量方法可以应用于电压幅值在几十伏至上百伏范围的电压信号测量，具有测量范围广，测量精度高，简单可靠，操作使用方便等优点。
图I是现有技术利用运算放大器测量电压的电路原理图；图2是本实用新型脉冲发生器的结构框图；图3是本实用新型脉冲发生器的原理图；图4是脉冲发生控制电路的结构原理图；图5是电压测量电路的结构框图；图6是待测电压输入与测量脉冲输出的波形示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的脉冲发生器做进一步的详细说明。与现有技术中的各种电压测量方法不同，本实用新型提出了一种利用三极管的二次击穿特性构造的脉冲发生器，来实现电压输入信号向脉冲输出信号的转换，进而利用输出的脉冲来进行输入电压测量。基于上述思路构造的脉冲发生器具有测量精度高，结构简单，低功耗，低成本等诸多优点。为便于理解本实用新型的技术构思，以下简要描述三极管的击穿特性。[0028]三极管的击穿分为一次击穿和二次击穿。以NPN型三极管为例，当NPN型三极管的集电极和发射极之间的电压逐渐增大到一定数值时，集电极电流急剧上升，发生雪崩击穿。由于在整个过程中这次击穿是第一次发生的击穿，故也被称为一次击穿。随着集电极和发射极之间电压的继续增大，集电极电流增大到某一临界值时，集电极和发射极两端的电压在一次击穿时的电压的基础上急剧减小，电流急剧增大，发生二次击穿。通常认为三极管的二次击穿是不可逆的，可能会造成器件的永久性损坏。即集电极和发射极之间电压高于二次击穿电压时，集电极和发射极之间电压突然减小，集电极电流急剧增大，导致三极管的不可恢复的、永久性的损坏(以2N4922为例，集电极、发射极间电压不大于25V，电流不大于1A，二次击穿时间不超过5ms，则2N4922不会发生损坏)。在大部分情况下，二次击穿对三极管是有害的，但如果我们能够把发生二次击穿的程度控制在不使三极管失效或不对其造成损伤的水平，则它不仅是无害的，还能为我们所用。本实用新型正是巧妙地利用了三极管的二次击穿现象，通过对三极管的二次击穿进行适当控制，在确保不使三极管失效或损坏的前提下，利用三极管的二次击穿特性构造了一种脉冲发生器。该电路可用来实现电压信号向脉冲信号的转换。 图2示出了本实用新型的脉冲发生器的结构框图，该脉冲发生器可包括下述五部分I)整流电路，其作用是将交流电压Uac整流转化成直流电；该电路可采用图3中的整流桥D1，输入电压信号Uac通过电容器C施加于整流桥Dl上，并通过该整流桥将交流电Uac转化为直流电。2)储能与保护电路，其作用是存储电能及保护后级电路(即脉冲发生与限流电路)；该电路可采用图3中的电容器Cl，对电容器Cl进行充电，并将该电容器上的电压直接作用于MOS管的漏极上。3)脉冲发生与限流电路，其作用是把储能与保护电路输出的直流电转化成脉冲信号，并将电流限制在适当范围内；该电路可采用MOS管Q2和电阻器R3，其中MOS管的作用是将直流电转化为脉冲信号，电阻器的作用是对直流电进行限流。4)脉冲发生控制电路，其作用是产生控制MOS管导通、关断的控制信号，达到保护三极管在二次击穿过程中不受到损坏的目的。该脉冲发生控制电路包括电压检测子单元、延时子单元和控制信号输出子单元三个部分。5)脉冲输出电路，其作用是输出脉冲信号；该电路可包括三极管Q1、与三极管Ql的基极相连接的电阻器Rl和与三极管Ql的发射极相连的由电阻器R2和稳压管构成的串联支路。优选地，该脉冲输出电路输出的脉冲信号先通过光耦合器进行光耦隔离后，再产生一个脉冲信号输出。图3示出了根据图2的结构框图构造的脉冲发生器的一个实施例。需注意的是，该图中未体现具体的脉冲发生控制电路的电路原理，脉冲发生控制电路的具体实现将在图4中作进一步阐述。该脉冲发生器的原理为待测电压信号通过电容器C施加在整流桥Dl上，经整流桥Dl整流后，对电容器Cl进行充电，电容器Cl上的电压直接作用于MOS管Q2的漏极。此时，控制信号CON为低电平，MOS管Q2处于导通状态，当电容器Cl持续充电，电压值达到Ql的一次击穿电压时，Ql发生一次击穿，电容器Cl继续充电，电压值达到Ql的二次击穿电压时，Ql发生二次击穿，脉冲发生控制电路延时一定时间后立即控制CON信号为高电平，断开Q2，使Ql 二次击穿中断(由图4的脉冲发生控制电路实现)，此时一个脉冲输出完成。一定时间后电容器Cl上电荷基本泄放为O，所以Cl两端电压急剧下降至基本为O伏(只要电路各器件参数选取合适，Cl两端的电压完全可以基本下降至O伏)。Q2断开之后，CON信号为低电平，Q2导通，电容器Cl继续充电，直至Ql再次发生一次和二次击穿，如此往复。施加在电容器C上的不同电压值，对应不同频率脉冲的输出，从而达到测量电压的目的。图3中各部件的连接关系为电容器C将交流电直接施加在整流桥Dl上，整流桥 Dl的一端与电容器Cl相连、另一端接地。MOS管具有漏极、源极和栅极其漏极与电容器Cl的一端连接、电容器Cl的另一端接地；其源极与三极管Ql的集电极相连；其栅极与用于对直流电进行限流的电阻器R3的一端连接、电阻器R3另一端连接控制信号输出子单元的输出端(CON)。三极管具有集电极、基极和发射极其集电极上的电压VC作为脉冲发生控制电路的输入电压且该集电极与MOS管的源极相连；其基极与偏置电阻器Rl的一端连接、偏置电阻器Rl的另一端接地；其发射极与电阻器R2和稳压管D3构成的支路进行串联、稳压管的另一端接地，稳压管D3两端输出的脉冲信号先经过光耦Ul进行光耦隔离之后，再产生一个脉冲信号输出。图4示出了脉冲发生控制电路的结构原理图。下面对脉冲发生控制电路作进一步的详细说明，如图4所示，脉冲发生控制电路可由电压检测子单元、延时子单元和控制信号输出子单元三个部分组成，电压检测子单元由精密分压电阻构成，延时子单元由定时器构成，输出信号输出子单元由控制逻辑电路组成。该脉冲发生控制电路可以单独作为一种用于防止三极管在二次击穿过程中损坏的控制电路进行应用。该脉冲发生控制电路的原理为电压检测子单元接收加在图3三极管Ql集电极上的电压VC作为其输入电压VC，并对其进行检测，当检测到输入电压达到预先存储的三极管Ql的二次击穿电压时，输出使延时子单兀延时一定时间的信号，延时子单兀接收到该信号后，延时一定时间后启动控制信号输出子单元，通过该控制信号输出子单元输出控制MOS管Q2的控制信号C0N，从而断开Q2，中断Ql的二次击穿，以防止Ql烧毁。其中，图4中电压检测子单元预先存储有三极管的二次击穿电压，当检测到电压检测子单元的输入电压VC达到三极管Ql的二次击穿电压时，便输出延时信号。具有上述结构的脉冲发生控制电路可单独作为一种防止三极管在二次击穿过程中损坏的控制电路进行应用，该控制电路是控制三极管二次击穿的控制、保护核心电路。图5示出了一种根据本实用新型的脉冲发生器进一步构造而成的电压测量电路，其具体结构是在具有上述结构的脉冲发生器(如图2所示)加入预置有输出脉冲信号与输入电压信号对应关系的电压测量单元。脉冲发生器包括整流电路、储能与保护电路、脉冲发生与限流电路、脉冲发生控制电路和脉冲输出电路；该电压测量电路通过脉冲发生控制电路控制三极管Ql的二次击穿程度，保证三极管Ql不会因为二次击穿损坏；电压测量单元与脉冲输出电路的输出级相连，电压测量单元获得脉冲发生器输出的脉冲信号，通过计算，即可获得待测电压的电压值，从而实现电压测量。该电压测量单元可采用中央处理器，中央处理器中预存有输出脉冲信号与输入电压信号的对应关系U = K*t，其中，U为脉冲间隔时间t所对应的电压值；κ为斜率；t为脉冲间隔时间；设定t位于两个脉冲间隔时间Ti和Ti+1之间，两个脉冲间隔时间所对应的电压值为 Vi 和 Yi+1, Wl K = (Vw-Vi) / (Ti-Tw)。本实用新型中电压测量电路的测量方法，包括如下步骤步骤一，通过电容器C输入待测交流电压；步骤二，通过整流电路，将交流电压Uac整流转化成直流电；步骤三，通过储能与保护电路，对直流电进行电能存储并输出直流电；步骤四，通过脉冲发生控制电路，产生控制MOS管导通、关断的控制信号，从而控制脉冲发生与限流电路将直流电转化成脉冲信号，并将三极管上的二次击穿电压控制在发生二次击穿但可逆的范围内；步骤五，通过脉冲输出电路，产生输出脉冲信号；·步骤六，通过电压测量单元，利用多点校准法对待测电压进行测量。其中，以下为对各步骤的优选说明例如步骤三中，对电容器Cl进行充电，将电容器Cl上直流电压输出并作用于MOS管的漏极上。步骤四中，当电容器Cl持续充电，将电容器Cl两端的电压与预先存储的三极管Ql二次击穿电压相比较，当电容器Cl两端的电压达到二次击穿电压时，进行延时处理，脉冲发生控制电路控制延时一定时间后立即控制MOS管Q2的控制信号CON为高电平，断开MOS管Q2，使三极管Ql的二次击穿中断，即将三极管Ql的二次击穿电压控制在可逆范围内。步骤四中，测量预先存储的三极管Ql 二次击穿电压的方法可以包括向电容器Cl缓慢充电，并测量三极管Ql集电极上的电压VC，当发生电压VC急剧减小并最终恢复的现象时，则认为该三极管Ql发生二次击穿；记录击穿前的电压值，该电压值即为三极管Ql的二次击穿电压。步骤五中，可先将产生的脉冲信号通过光耦隔离后，再对脉冲信号进行输出。不同的待测电压输入对应不同时间间隔的脉冲输出。输出脉冲频率与待测电压输入呈一定的线性关系，该线性关系要预先根据严格的测量得到。步骤六中，为了提高电压的测量范围及测量精度，可以运用分段测量的多点校准法实现对电压的测量。具体步骤如下6-1)逐级升高受测电压，记录对应每一级电压的脉冲时间间隔，当受测电压为升序时，相对应的脉冲时间间隔为降序；执行多次测量后，通过计算平均值得到一组电压值和对应的一组脉冲间隔时间；去掉其它误差较大的记录值，只保留两组数据中线性区间所对
应的记录值，最后得到一组等间距升序电压值(y0、V1.......\、\+1......vn)和对应的一
组降序脉冲间隔时间(U1.......H1......τη)，将两组数据存入中央处理器(即电压
测量单元)中；6-2)当输入某一电压时，中央处理器便捕获该电压值所对应的脉冲间隔时间，记为t ；6-3)判断脉冲间隔时间t所处的位置，为了便于说明，本例设定t处于Ti和Ti+1之间；6-4)将降序脉冲间隔时间与升序电压值之间的关系视为线性关系，求出斜率K =(Vw-Vi)Z(Ti-Tw)；6-5)通过公式U = K*t计算，得到脉冲间隔时间t所对应的电压值U，即获得待测电压的电压值。通过预先获得的电压输入与输出脉冲的间隔时间的关系，对应不同的待测电压输入，可输出间隔时间不同的一列脉冲，从而可以进行电压测量。图6示意性的显示出图I中电路的待测电压输入分别为Ul，U2时对应的两个测量脉冲输出。本发明还提出了一种特殊的测量三极管二次击穿电压的方法，具体步骤为，将上面所述的脉冲发生电路中的三极管替换成需要测量二次击穿电压的待测三极管；向电容器Cl缓慢充电，并测量待测三极管集电极上的电压VC，当发生电压VC急剧减小并最终恢复的现象时，则认为该待测三极管发生二次击穿；记录击穿前的电压值，该电压值即为待测三极管的二次击穿电压。最后应当说明的是以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解依然可以对本实用新型的具体实施方式
进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求1.一种脉冲发生控制电路，其特征在于所述控制电路包括电压检测子单元、延时子单元和控制信号输出子单元，其中 所述电压检测子单元包括分压电阻，所述延时子单元包括定时器，所述控制信号输出子单元包括控制逻辑电路；所述延时子单元根据电压检测子单元所发出的延时信号进行延时处理，并使控制信号输出子单元启动，所述控制信号输出子单元输出控制信号来中断三极管的二次击穿。
2.如权利要求I所述的脉冲发生控制电路，其特征在于所述电压检测子单元中预置有三极管的二次击穿电压值，当检测到电压检测子单元的输入电压达到三极管的二次击穿电压值时，便输出延时信号。
3.一种具有权利要求I所述的脉冲发生控制电路的脉冲发生器，其特征在于该脉冲发生器包括整流电路、储能与保护电路、脉冲发生与限流电路、脉冲发生控制电路和脉冲输出电路；待测交流电压通过电容器C施加于整流电路上，该交流电经整流电路整流成直流电后，通过储能与保护电路对直流电进行电能存储并输出直流电；所述脉冲发生与限流电路根据脉冲发生控制电路所产生的用于中断三极管二次击穿的控制信号，将输出的直流电转化成脉冲信号；最后通过脉冲输出电路产生一个输出脉冲信号。
4.如权利要求3所述的脉冲发生器，其特征在于所述脉冲输出电路的输出端连接一光耦，经由所述脉冲输出电路输出的脉冲信号先经过光耦进行光耦隔离后，再产生脉冲信号输出。
5.如权利要求3或4所述的脉冲发生器，其特征在于所述整流电路采用整流桥。
6.如权利要求3或4所述的脉冲发生器，其特征在于所述储能与保护电路采用电容器Cl，对电容器Cl进行充电，并将该电容器Cl上的电压直接作用于MOS管的漏极上，当三极管Ql发生二次击穿时，电容器Cl电压迅速降低以保护三极管。
7.如权利要求3或4所述的脉冲发生器，其特征在于所述脉冲发生与限流电路包括MOS管和电阻器R3，所述MOS管包括和储能与保护电路相连的漏极、与三极管集电极相连的源极以及与电阻器R3相连的栅极。
8.如权利要求3或4所述的脉冲发生器，其特征在于所述脉冲输出电路包括三极管、与三极管的基极相连接的电阻器Rl和与三极管的发射极相连的支路，该支路包括相互串联的电阻器R2和稳压管。
9.一种电压测量电路，其特征在于包括如权利要求3所述的脉冲发生器和电压测量单元，所述电压测量单元与脉冲发生器的输出级相连，并通过脉冲发生器的输出脉冲信号来获得输入电压信号的电压值。
10.如权利要求9所述的电压测量电路，其特征在于所述电压测量单元包括中央处理器。
11.如权利要求9所述的电压测量电路，其特征在于所述电压测量单元与脉冲发生器中脉冲输出电路的输出级相连。
专利摘要本实用新型涉及一种脉冲发生控制电路、脉冲发生器及一种电压测量电路，其中，脉冲发生器包括整流电路，用于将输入电压信号由交流电转化为直流电；储能与保护电路，用于存储电能并输出直流电；脉冲发生与限流电路，用于将直流电转化为脉冲信号，并对直流电进行限流；脉冲发生控制电路，用于产生控制MOS管导通、关断的控制信号；和脉冲输出电路，用于产生输出脉冲信号。该脉冲发生器结构简单，可靠性高，成本低；此外，直接在该脉冲发生器后加入一电压测量单元即可形成一电压测量电路，该电压测量电路及其测量方法可以应用于电压幅值在几十伏至上百伏范围的电压信号测量，具有测量范围广，简单可靠，操作使用方便等优点。
文档编号H03K3/02GK202421319SQ20112051397
公开日2012年9月5日 申请日期2011年12月12日 优先权日2011年12月12日
发明者张卓, 杨立新, 赵羡龙, 郭增桥 申请人:中国电力科学研究院