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专利号: 2019113065859
申请人: 北部湾大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 生物化学;啤酒;烈性酒;果汁酒;醋;微生物学;酶学;突变或遗传工程
更新日期:2024-11-06
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种实验室超声波生物处理系统的电路结构,由处理槽声强检测反馈电路、处理槽光强检测反馈电路、超声波功率源输出电流、电压检测反馈电路、超声波功率源输出周期检测反馈电路、超声波生物处理系统的工作电源电路、系统的调功和模式设置电路、系统的PWM驱动和逆变电路、系统的功率匹配和频带切换电路和系统的主控和人机交互电路构成;

其特征是:

系统的PWM驱动和逆变电路分别为以IR2110型逆变桥左臂驱动芯片DrA、逆变桥右臂驱动芯片DrB为核心的PWM驱动电路和以增强型MOSFET逆变桥左臂驱动高端MOSFET开关QHA、逆变桥左臂驱动低端MOSFET开关QLA、逆变桥右臂驱动高端MOSFET开关QHB和逆变桥右臂驱动低端MOSFET开关QLB为核心的逆变电路;

逆变桥左臂驱动逻辑低端输入信号隔离光耦LCLA的输出端正极A、逆变桥左臂驱动逻辑高端输入信号隔离光耦LCHA的输出端正极、逆变桥右臂驱动逻辑低端输入信号隔离光耦LCLB的输出端正极和逆变桥右臂驱动逻辑高端输入信号隔离光耦LCHB的输出端正极均连接到信号处理电源正极接线端E1;逆变桥左臂驱动逻辑低端输入信号隔离光耦LCLA的输出端负极通过逆变桥左臂驱动逻辑低端输入信号端TLA连接到逆变桥左臂驱动芯片DrA的LIN引脚;逆变桥左臂驱动逻辑高端输入信号隔离光耦LCHA的输出端负极通过逆变桥左臂驱动逻辑高端输入信号端THA连接到逆变桥左臂驱动芯片DrA的HIN引脚;逆变桥右臂驱动逻辑低端输入信号隔离光耦LCLB的输出端负极通过逆变桥右臂驱动逻辑低端输入信号端TLB连接到逆变桥右臂驱动芯片DrB的LIN引脚;逆变桥右臂驱动逻辑高端输入信号隔离光耦LCHB的输出端负极通过逆变桥右臂驱动逻辑高端输入信号端THB连接到逆变桥右臂驱动芯片DrB的HIN引脚;

逆变桥左臂驱动芯片DrA的VCC引脚和逆变桥右臂驱动芯片DrB的VCC引脚均连接到信号处理电源正极接线端E1;逆变桥左臂驱动芯片DrA的Com引脚和逆变桥右臂驱动芯片DrB的Com引脚均通过逆变桥驱动芯片公共端TCO接地;逆变桥左臂驱动芯片DrA的Vb引脚和逆变桥右臂驱动芯片DrB的Vb引脚分别与逆变桥左臂驱动自举二极管DVbA的负极和逆变桥右臂驱动自举二极管DrB的负极连接;逆变桥左臂驱动自举二极管DVbA的正极和逆变桥右臂驱动自举二极管DrB的在极均连接到信号处理电源正极接线端E1;逆变桥左臂驱动芯片DrA的VS引脚通过逆变桥左臂驱动自举平波电容CVA1和逆变桥左臂驱动自举电容CVA2的并联支路与逆变桥左臂驱动芯片DrA的Vb引脚连接;逆变桥左臂驱动自举电容CVA2的正极与逆变桥左臂驱动芯片DrA的Vb引脚连接,负极与逆变桥左臂驱动芯片DrA的VS引脚连接;逆变桥右臂驱动芯片DrB的VS引脚通过逆变桥右臂驱动自举平波电容CVB1和逆变桥左臂驱动自举电容CVB2的并联支路与逆变桥右臂驱动芯片DrB的Vb引脚连接;逆变桥右臂驱动自举电容CVB1的正极与逆变桥右臂驱动芯片DrB的Vb引脚连接,负极与逆变桥右臂驱动芯片DrB的VS引脚连接;

逆变桥左臂驱动芯片DrA的HO引脚通过逆变桥左臂驱动高端耦合电阻RHA连接到逆变桥左臂驱动高端MOSFET开关QHA的栅极;逆变桥左臂驱动芯片DrA的LO引脚通过逆变桥左臂驱动低端耦合电阻RLA连接到逆变桥左臂驱动低端MOSFET开关QLA的栅极;逆变桥右臂驱动芯片DrB的HO引脚通过逆变桥右臂驱动高端耦合电阻RHB连接到逆变桥右臂驱动高端MOSFET开关QHB的栅极;逆变桥右臂驱动芯片DrB的LO引脚通过逆变桥右臂驱动低端耦合电阻RLB连接到逆变桥右臂驱动低端MOSFET开关QLB的栅极;

逆变桥左臂驱动高端MOSFET开关QHA的漏极和逆变桥左臂驱动低端MOSFET开关QLA的漏极均连接到PWM逆变母线电源正极接线端EP;逆变桥左臂驱动高端MOSFET开关QHA的源极和逆变桥右臂驱动高端MOSFET开关QHB的源极分别与逆变桥左臂驱动低端MOSFET开关QLA的漏极和逆变桥右臂驱动低端MOSFET开关QLB的漏极连接;逆变桥左臂驱动低端MOSFET开关QLB的源极和逆变桥右臂驱动低端MOSFET开关QLB的源极通过逆变桥驱动芯片公共端TCO接地;

逆变桥母线滤波电容CPWM的正极连接到PWM逆变母线电源正极接线端EP,负极通过逆变桥驱动芯片公共端TCO接地;逆变桥左臂驱动高端MOSFET开关QHA的源极与逆变桥左臂驱动低端MOSFET开关QLA的连接点连接到功率匹配输出电压上端子Tv;逆变桥右臂驱动高端MOSFET开关QHB的源极与逆变桥右臂驱动低端MOSFET开关QLB的连接点连接到功率匹配输出电压下端子Tv0。

2.根据权利要求1所述的实验室超声波生物处理系统的电路结构,其特征是:处理槽声强检测反馈电路为以声强传感器Ss为核心器件的声强检测反馈电路;声强信号偏流电阻Rs1的一端连接到控制电路工作电源正极接线端E,另一端连接到测声部14.8的声强传感器Ss的声强信号s输出端;声强传感器Ss的接地端接地;声强传感器Ss的声强信号s输出端通过声强信号耦合电阻Rs2连接到的声强信号运放As反相输入端;声强信号运放As同相输入端接地;声强放大反馈电阻Rsf跨界在声强信号运放As反相输入端与输出端之间;声强信号运放As的电源正极端连接到控制电路工作电源正极接线端E,负极端接地;声强信号运放As的输出端作为声强信号输出端子FS,连接到控制器芯片模拟输入引脚1,即UC.PA1。

3.根据权利要求1所述的实验室超声波生物处理系统的电路结构,其特征是:处理槽光强检测反馈电路为以UVM‑30型紫外线传感器SD为核心器件的声强检测反馈电路;投光部

14.6中的投光LED LED的负极端通过其中的投光LED限流电阻RLED接地;投光LED LED的正极端连接到控制电路工作电源正极接线端E;测光部14.7的紫外线传感器SD的电源正极端连接到控制电路工作电源正极接线端E,接地端接地;紫外线传感器SD的信号输出端作为紫外线强度信号y接线端,连接到紫外线强度信号运放AD的反向输入端;紫外线强度信号运放AD的同向输入端接地;紫外线强度信号耦合电阻RD跨接在控制电路工作电源正极接线端E与紫外线强度信号运放AD的反向输入端之间;紫外线强度信号放大反馈电阻RDf跨接在紫外线强度信号运放AD的反向输入端与紫外线强度信号运放AD的信号输出端之间;紫外线强度信号运放AD的电源正极端连接到控制电路工作电源正极接线端E,负极端接地;紫外线强度信号运放AD的信号输出端作为处理槽效率信号输出端子FD,连接到控制器芯片模拟输入引脚

2,即UC.PA2。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的实验室超声波生物处理系统的电路结构,其特征是:超声波功率源输出电流、电压检测反馈电路为以输出电压信号运放AV和输出电流信号运放AI为核心器件的电流、电压检测反馈电路;超声波生物处理系统的功率匹配部e通过功率匹配输出电压上端子Tv与超声波生物处理系统的频带匹配部g连接;输出电压半周平衡二极管Dv与输出电压信号整流‑隔离光耦LCv的输入端反向并联;输出电压信号整流‑隔离光耦LCv的正极输入端通过输出电压检测分压电阻Rv0连接到功率匹配输出电压上端子Tv;输出电压信号整流‑隔离光耦LCv的正极输入端连接到功率匹配输出电压下端子Tv0;输出电压信号整流‑隔离光耦LCv的正极输出端通过输出电压信号分压电阻Rv1连接到控制电路工作电源正极接线端E;输出电压信号整流‑隔离光耦LCv的负极输出端通过输出电压信号反馈分压电阻Rv2;输出电压信号整流‑隔离光耦LCv的负极输出端连接到输出电压信号运放AV的反相输入端;输出电压信号运放AV的同相输入端通过输出电压信号放大接地电阻Rv3接地;

输出电压信号运放AV的电源正极端连接到控制电路工作电源正极接线端E,输出电压信号运放AV的电源负极端接地;输出电压信号运放AV的信号输出端作为电压信号输出端子FV,连接到控制器芯片模拟输入引脚3,即UC.PA3;输出电压信号反馈电阻Rvf跨接在到输出电压信号运放AV的反相输入端与输出电压信号运放AV的信号输出端之间;超声波生物处理系统的频带匹配部g中的输出电流检测绕组Wi引出频带匹配输出电流检测同名端Ti和频带匹配输出电流检测异名端Ti0;频带匹配输出电流检测同名端Ti连接到输出电流检测信号整流二极管Di的正极,频带匹配输出电流检测异名端Ti0接地;输出电流检测信号整流二极管Di的负极与输出电流信号运放AI的反相输入端连接;输出电流信号运放AI的同相输入端通过输出电流信号放大接地电阻Ri接地;输出电流信号运放AI的电源正极端连接到控制电路工作电源正极接线端E,输出电流信号运放AI的电源负极端接地;输出电流信号运放AI的信号输出端作为电流信号输出端子FI,连接到控制器芯片模拟输入引脚4,即UC.PA4;输出电压信号反馈电阻Rif跨接在到输出电流信号运放AI的反相输入端与输出电流信号运放AI的信号输出端之间。

5.根据权利要求1或权利要求2所述的实验室超声波生物处理系统的电路结构,其特征是:超声波功率源输出周期检测反馈电路为以MAX9382型鉴相处理芯片IC1为核心器件的鉴相、信号处理电路;输出电压检测正半周整流二极管Dv1的正极和输出电压检测负半周整流二极管Dv2的正极分别连接到功率匹配输出电压上端子Tv和功率匹配输出电压下端子Tv0,输出电压检测正半周整流二极管Dv1的负正极和输出电压检测负半周整流二极管Dv2的负极同时通过电压信号分压电阻Rvi连接到鉴相处理芯片IC1的引脚7;输出电流检测正半周整流二极管Di1的正极和输出电流检测负半周整流二极管Di2的正极分别连接到频带匹配输出电流检测同名端Ti和频带匹配输出电流检测异名端Ti0,输出电流检测正半周整流二极管Di1的负极和输出电流检测负半周整流二极管Di2的负极通过电流信号分压电阻Rii连接到鉴相处理芯片IC1的引脚6;电压信号滤波电容Cvi与电压信号削波二极管Dvi并联;电压信号削波二极管Dvi的正极连接到鉴相处理芯片IC1的引脚7;电压信号削波二极管Dvi的正极接地;电流信号削波二极管Dii正极连接到鉴相处理芯片IC1的引脚6;电流信号削波二极管Dii负极接地;

鉴相处理芯片IC1的引脚8连接到控制电路工作电源正极接线端E,鉴相处理芯片IC1的引脚5接地;鉴相处理芯片IC1的引脚1连接到双D触发器芯片IC2的引脚11;双D触发器芯片IC2的引脚13与其引脚3连接,其引脚12与引脚9连接,其引脚10、引脚8、引脚6和引脚4均接地,其引脚5与引脚2连接,其引脚1通过频率反馈输出端子FF连接到控制器芯片模拟输入引脚5,即UC.PA5。

6.根据权利要求1所述的实验室超声波生物处理系统的电路结构,其特征是:超声波生物处理系统的工作电源电路为以SD4842型PWM控制器芯片UP作为核心器件的三路AC‑DC电路;

220V市电通过电源开关Kp引入整流桥Br的两交流输入端;整流桥Br的正极输出端连接到系统的母线电源正极接线端EV,同时与第一滤波电容CP1的正极连接;整流桥Br的负极输出端接执行电路地;第一滤波电容CP1的负极接执行电路地;吸收电容CP2与吸收电阻RP1并联,该并联支路的一端与第一滤波电容CP1的正极连接,另一端与吸收二极管DP1的负极连接;吸收二极管DP1的正极与电源电路PWM控制器芯片UP的6、7、8脚连接;电源电路PWM控制器芯片UP的1、2脚接执行电路地;电源电路PWM控制器芯片UP的3脚与第二滤波电容CP3的正极连接,第二滤波电容CP3的负极接执行电路地;电源电路PWM控制器芯片UP的4脚通过缓冲电容CP4接执行电路地;电源电路PWM控制器芯片UP的5脚悬空;分压电阻RP2跨接在第一滤波电容CP1的正极与电源电路PWM控制器芯片UP的3脚之间;

输出变压器TrP的输出变压器原绕组W1同名端连接到第一滤波电容CP1的正极,其异名端连接到电源电路PWM控制器芯片UP的6、7、8脚;输出变压器TrP的输出变压器检测绕组W2同名端通过限流电阻RP3与整流二极管DP2的正极连接,整流二极管DP2的负极连接到电源电路PWM控制器芯片UP的3脚;输出变压器TrP的输出变压器检测绕组W2异名端接执行电路地;输出变压器TrP的输出变压器第一副绕组W3异名端和输出变压器第二副绕组W4异名端均接地;输出变压器TrP的输出变压器第一副绕组W3同名端和输出变压器第二副绕组W4同名端分别与控制电路工作电源整流二极管DP3的正极和系统驱动电路工作电源整流二极管DP4的正极连接;控制电路工作电源整流二极管DP3的负极同时与控制电路工作电源第一滤波电容CP5的正极及控制电路工作电源滤波电感LP1的一端连接;控制电路工作电源第一滤波电容CP5的负极接地;控制电路工作电源滤波电感LP1的另一端与控制电路工作电源第二滤波电容CP6的正极连接,该连接点连接到工作电源正极接线端E;控制电路工作电源第二滤波电容CP6的负极接地;系统驱动电路工作电源整流二极管DP4的负极同时与系统驱动电路工作电源第一滤波电容CP7的正极及系统驱动电路工作理电源滤波电感LP2的一端连接;系统驱动电路工作电源第一滤波电容CP7的负极接地;系统驱动电路工作理电源滤波电感LP2的另一端与系统驱动电路工作电源第二滤波电容CP8的正极连接,该连接点连接到信号处理电源正极接线端E1;系统驱动电路工作电源第二滤波电容CP8的负极接地;

反馈限流电阻RP4的一端连接到信号处理电源正极接线端E1,另一端与TLP521‑1型反馈光耦器件LCP的1脚连接;反馈分压第一电阻RP5的一端连接到信号处理电源正极接线端E1,另一端与反馈分压第二电阻RP6的一端连接;反馈分压第二电阻RP6的另一端接地;TL431型基准电压源器件U6的负极与反馈光耦器件LCP的2脚连接,基准电压源器件U6的正极接地,基准电压源器件U6的控制极连接到与反馈分压第一电阻RP5与反馈分压第二电阻RP6的连接点;

自激吸收电容CP9跨接在基准电压源器件U6的负极与控制极之间;反馈光耦器件LCP的3脚接执行电路地,反馈光耦器件LCP的4脚与电源电路PWM控制器芯片UP的4脚连接。

7.根据权利要求1所述的实验室超声波生物处理系统的电路结构,其特征是:系统的调功和模式设置电路为以MOSFET调功开关QPM为核心器件的PW控制电路;调功第一滤波电容CPM1的正极连接到系统的母线电源正极接线端EV,同时与MOSFET调功开关QPM的漏极连接;调功信号隔离光耦LCPw的输出端正极连接到调功信号或门二极管DPw的负极;模式信号隔离光耦LCMd的输出端正极连接到模式信号或门二极管DMd的负极;调功信号或门二极管DPw的正极和模式信号或门二极管DMd的正极同时与分压二极管DPM的正极连接,并通过或门上拉电阻RPb与连接到系统的母线电源正极接线端EV;与分压二极管DPM的正极连接;门级电压分压电阻RPg跨接在MOSFET调功开关QPM的漏极与栅极之间;门级触发电阻RPc跨接在MOSFET调功开关QPM的栅极与触发信号放大三极管TP的集电极之间;触发信号放大三极管TP的基极与分压二极管DPM的负极连接;分压二极管DPM的发射极接地;MOSFET调功开关QPM的源极同时连接到调功续流二极管DwP的负极和调功滤波电感LPM的一端;调功续流二极管DwP的正极接地;调功滤波电感LPM的另一端与调功第二滤波电容CPM1的正极连接,同时连接到PWM逆变母线电源正极接线端EP;调功第二滤波电容CPM1的负极接地。

8.根据权利要求1所述的实验室超声波生物处理系统的电路结构,其特征是:系统的功率匹配和频带切换电路为以频带匹配电感线圈WL为核心器件的匹配电路和以第一频带投切继电器J1、第二频带投切继电器J2和第三频带投切继电器J3为核心器件的切换电路;

第一频带继电器驱动信号隔离光耦LCJ1的输出端正极连接到第一频带继电器驱动信号端TmJ1,输出端负极接地;第二频带继电器驱动信号隔离光耦LCJ2的输出端正极连接到第二频带继电器驱动信号端TmJ2,输出端负极接地;第三频带继电器驱动信号隔离光耦LCJ3的输出端正极连接到第三频带继电器驱动信号端TmJ3,输出端负极接地;

第一频带继电器驱动三极管TJ1的基极通过第一频带继电器驱动信号耦合电阻RJ1连接到第一频带继电器驱动信号端TmJ1;第一频带继电器驱动三极管TJ1的发射极串联第一频带投切继电器J1接地;第二频带继电器驱动三极管TJ2的基极通过第二频带继电器驱动信号耦合电阻RJ2连接到第二频带继电器驱动信号端TmJ2;第二频带继电器驱动三极管TJ2的发射极串联第二频带投切继电器J2接地;第三频带继电器驱动三极管TJ3的基极通过第三频带继电器驱动信号耦合电阻RJ3连接到第三频带继电器驱动信号端TmJ3;第三频带继电器驱动三极管TJ3的发射极串联第三频带投切继电器J3接地;第一频带继电器驱动三极管TJ1的集电极、第二频带继电器驱动三极管TJ2的集电极和第三频带继电器驱动三极管TJ3的集电极均连接到信号处理电源正极接线端E1;

频带匹配电感线圈WL的频带匹配电感线圈始端TL0连接到功率匹配输出电压上端子Tv;

第一频带投切继电器常开接点J1‑1通过第一频带换能器驱动投切接线端TZ1与第一频带换能器Z1串联,该串联支路跨接在功率匹配输出电压下端子Tv0与频带匹配电感线圈WL的第一频带换能器匹配接线端TL1之间;第二频带投切继电器常开接点J2‑1通过第二频带换能器驱动投切接线端TZ2与第二频带换能器Z2串联,该串联支路跨接在功率匹配输出电压下端子Tv0与频带匹配电感线圈WL的第二频带换能器匹配接线端TL2之间;第三频带投切继电器常开接点J3‑1通过第三频带换能器驱动投切接线端TZ3与第三频带换能器Z3串联,该串联支路跨接在功率匹配输出电压下端子Tv0与频带匹配电感线圈WL的第三频带换能器匹配接线端TL3之间。