皮肤阻抗检测系统隔离刺激器的设计与实现

摘 要：隔离刺激器是皮肤阻抗检测系统中重要的组成部分，根据检测系统的具体要求，提出一种新型的刺激器设计方案。该方案采用LM317HV调整刺激器信号的电压输出幅度，最高可达80 V；通过HV632调整输出脉冲的宽度和周期，从而实现一个幅度、脉宽和周期均可调的高压脉冲发生器。该刺激器具有操作简便、性能稳定、精度高和脉冲波形好等优点，可广泛应用于需要高压可调脉冲的场合，亦可对其进行扩展，满足具体的工程需求。

关键词：刺激器；LM317HV；HV632；高压脉冲；程控脉冲发生器；皮肤阻抗检测系统

中图分类号：TN78 文献标识码：B 文章编号：1004-373X(2008)06-165-03

Design and Realization of Isolation Stimulator in Skin Impedance Measurement System

WANG Yuzhong，CHEN Xin

(College of Physics and Information Engineering，Fuzhou University，Fuzhou，350002，China )

Abstract：The isolation stimulator is the most important part of the skin impedance measurement system.According tothe specific requirements of the measurement system，a new design of stimulator has been proposed.The stimulator adopts LM317HV to adjust the amplitude of voltage which is up to 80V，also using HV632 to adjust the pulse width and pulse period，then a high voltage pulse stimulator which amplitude，pulse wide and period are adjustable has been realized.The stimulator has the advantages of easy operation，stable performances，high accuracy and well-shaped pulse waveform.It can be applied to the occasion of adjustable high-voltage pulse，and also can be expanded to meet the special project′s demand.

Keywords：stimulator；LM317HV；HV632；high-voltage pulse；programmable pulse generator；skin impedance measurement system

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1 μs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。

图1 供电电源设计示意图

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：

ИVOUT=VREF•[JB((]1+R2R1[JB))]+IADJ•R2И

图2 LM317HV工作原理图

由于输入与输出之间的电压差不能超过60 V，本设计电路中的输入电压为80 V，则其输出电压最小值不能低于20 V，为了保证系统的稳定工作，还应该稍微调高最小输出电压。实际电路中R1的取值为240 Ω，R2的固定阻值部分接入4.7 kΩ的电阻，可调部分采用10kΩ的电位器，这样其输出电压可调范围大约为26～78 V，实际电路图如图3所示。

为了使可调电源能够更加稳定地工作，需要在电路中接入电容来进一步提高系统稳定性。在调节端与地之间接入滤波电容C2，可以阻止纹波电压被放大，从而获得高的纹波抑制比。在输出端接入1 μF的固体钽滤波电容C3，可避免过冲和振荡。在接入滤波电容后，应该要加接保护二极管D1 和D2，б苑乐沟缛萃ü器件内部进行放电，从而损坏稳压器件。

2.3 输出电压显示电路

为了能够直观地了解当前的输出电压大小，有必要对输出的电压进行显示，以方便用户的使用。对于输出电压的显示，直接采用现成的数字式直流电压显示表头，其可承受高达200 V的输入电压，精度可达0.1 V，且接口电路非常简单，只需接入上述的5 V的工作电压，然后将上述可调电源的输出端接入即可。