皮肤阻抗检测系统隔离刺激器的设计与实现

　　在皮肤阻抗检测系统的设计中,隔离刺激器的设计是最为关键的环节。隔离刺激器是整个系统的输入信号供应端,关系到整个系统能否安全和正常的运行。在测量皮肤阻抗过程中,需要在不同的测量条件下对同一部位或不同部位进行多次测量,而且不同人体的体质会有所不同,这就要求设计的刺激器输出脉冲信号参数能够根据实际需要进行调整。

　　本刺激器是根据实际检测系统的要求进行设计,其信号幅度最高可达80 V,脉宽1μs精确可调,脉冲周期亦连续可调。主要包括可调稳压电源设计和可调脉冲发生器的设计,下面详细阐述各个部分的设计与实现。

　　1　供电电源的选择

　　系统中的电源包括产生高压脉冲所需的高压电源和其他电路的供电电源。高压电源部分需能够产生高达80 V的电源电压,采用AC/DC的电源模块作为高压供电电源,不仅输入与输出之间是相互隔离、不共地,而且大大地减小了体积。如图1中虚线左侧部分所示,采用ANSJ公司生产的电源模块HAW40-220S40,将220 V的交流电压转换为+40 V的直流电压,然后将2片电源模块串联起来构成一个+80 V的稳压电源,在串联输出端需加二极管保护电源的输出部分。另外刺激器中的其他电路所需的供电电压要求为+5 V,而检测系统电路中需要±12 V的双电源供电,所以电路中采用一个DC/DC的电源模块HDW6-48D12S5,将上述AC/DC电源模块HAW40-220S40(2)输出的+40 V直流电压转换为+5 V单电源输出和±12 V的双电源输出,见图1中虚线右侧部分。

　　图1中所示的整个供电电源电路中有4个地,分别是交流电源地FG,+80 V高压电源地GND,+5 V电源地COM1和±12V电源地COM2,四者之间相互隔离。

　　2　可调稳压电源的设计

　　为了实现电压的可调,电路中采用美国国家半导体公司生产的LM317HV[1,2]高压三端可调稳压器芯片实现对电压的调整。

　　2.1　LM317HV的性能特点

　　LM317HV可在1.2~57 V输出范围内提供超过1.5 A的电流,只需外接2个电阻,即可设定其输出电压,使得整体电路设计非常简单并且稳定。另外,其电压和负载调整率均优于标准固定稳压器。

　　由于LM317HV稳压器是“浮置的”,只要输入和输出电压差不超过芯片所能承受的最大值(60 V),并且输出端不短路,就可以稳定数百伏的电源电压,同时为了避免超负荷使用对芯片造成损坏,设计中对于压差的选择需留出一定的余地。

　　2.2　LM317HV的工作原理

　　如图2所示,在输入端(3脚)电压一定的情况下,输出端(2脚)的输出电压随着调节端(1脚)的电压的变化而变化。在工作中,其输出端和调节端之间形成1.25 V的基准电压VREF;该电压在电阻R1上产生了恒定电流I1,I1和调节端的电流IADJ一同流经可调电阻R2,调整R2的阻值大小即可改变输出电压大小,对应的计算公式为: