[发明专利]芯片电泳专用程控电源系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种芯片电泳专用程控电源系统，系统适用于微流控芯片电泳的流体驱动控制，属于电子信息技术领域。

背景技术

微流控学以其分析快速、微型易携、高集成化、高通量高内涵和试剂消耗量少等优点，迅速发展成为分析化学的一个重要热点分支，并向材料科学、生物学、医学等众多领域渗透，成为一门新兴的交叉学科。对流体的控制是微流控的操作核心，涉及流体的驱动、混合、反应、分离等过程。实行流体控制的方式有多种，电渗驱动因具有易于操作、便于集成化和样品带展宽小等优势，在微流控学的发展中占有重要的地位，尤其建立在电驱动基础上的芯片电泳一直是微流控学的主流方向之一。然而，由于微流控学操作要求的多样性，目前尚缺乏一种可以适应多种操作要求、宽电压范围且高精度和高稳定度、成本便宜的程控电源系统。

发明内容

本发明针对市场现有的电源控制系统不能同时具备宽电压范围、低电流密度、多路输出等功能，且精度和稳定度也不能满足芯片电泳多种操作要求的不足，提供一种芯片电泳专用程控电源系统，该系统可通过多种电压控制模式的选择，实现芯片电泳的不同进样和分离模式，可以极大地提高实验操作的灵活性以及实验结果的重现性和灵敏度。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种芯片电泳专用程控电源系统，其特征是所述系统采用双CPU程控电源结构，由上位PC机、上位PC机连接的监控人机界面、下位单片机、下位单片机连接的多路D/A转换电路、各D/A转换电路分别连接的电源模块、下位单片机连接的A/D转换电路以及上、下位机双CPU之间的串行通信电路组成；各电源模块的输出端外接负载，电源模块中的电压电流检测电路的输出连接A/D转换电路的输入端。

所述的各电源模块均包含PWM脉宽调制电路、功率开关管、高频变压器、整流滤波电路、电压电流采样电路；PWM脉宽调制电路的输入接D/A转换电路的输出，功率开关管的栅极接PWM脉宽调制电路输出端，功率开关管的漏极接高频变压器的初级，高频变压器的次级接整流滤波电路的输入端，整流滤波电路的输出端与负载相连，与整流滤波电路的输出端相连的电压采样电路和与负载串联的电流采样电路的输出端接A/D转换电路输入端。

下位单片机采用MCS-51系统单片机，与上位机PC机之间的通信采用RS232接口电路，下位机MCS-51系统单片机接收来自上位机的测试开始及控制电压信号，MCS-51单片机与D/A转换器相连，通过D/A转换得到控制电压的模拟量，提供给稳压电源模块作为基准电压，同时实时采集每个电源模块的输出电流、输出电压信号，通过A/D转换成相应的数字量，其数据被MCS-51单片机接收，再通过RS232接口将测试数据发送给上位机。

本发明在芯片电泳专用程控软件的支持下，可对某一路或多路程控输出、输出电压与运行时间进行设置、可对进样、进样分离、夹流进样和夹流进样分离等多种芯片电泳程控模式进行选择、显示实时产生的测试电流与时间的关系曲线和数据、可实时保存各路测试电流和时间数据并设置保存数据的路径、具有各路曲线设置与查询、坐标设置、文件选择、数据查询、结束查询等功能；下位单片机系统与专用程控电源可提供多路直流电压程控输出，各路直流电压0～2500V连续可调，电压设置标度间隔为1V，电压控制和数据采集精度为1‰，输出电流为1μA～1mA；下位单片机通过RS232接口与上位微机PC机进行通信。

本发明可使实验在一个设定的电压控制模式下进行，大大提高了实验的重现性，并可实现多路芯片电泳实验。

本发明具有程控多路直流电压输出、电压控制和数据采集精度高、稳定度好、多种芯片电泳程控模式、实时显示测试曲线，保存数据及曲线、数据查询等特点，该程控电源系统适用于芯片电泳有一维和多维等多种操作模式，并可用于基于电泳分离基础上的生化分析等方向的应用。

附图说明

图1为本发明结构框图；

图2为本发明电原理框图；

图3为本发明的程控电源系统的PC机监控界面。

具体实施方式

结合附图和实施例进一步说明本发明，如图1所示，本发明提供的多路高精度、高稳定度的芯片电泳专用程控电源系统包括以下两个部分：