一種帶自動補償的脈衝數字功放電路的製作方法
2023-12-02 20:20:36 1
一種帶自動補償的脈衝數字功放電路的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種帶自動補償的脈衝數字功放電路，包括電流源單元、電流自動補償電路，電流源單元包括一個或多個並聯的電流源；電流源電路用採樣電阻採樣反饋來控制IGBT的導通和關斷，從而使IGBT發出脈衝波，在經過LC產生恆定的大電流。每個電流源均通過一個開關與電流自動補償電路連接。本實用新型解決了目前功放電路輸出電流小、電流不穩定的技術問題。
【專利說明】一種帶自動補償的脈衝數字功放電路
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種大功率功放電路。
【背景技術】
[0002]因現在的分立器件的功率越來越大，最大電流已到KA級，而現在國內的大功率測試比較落後，為此將設計特大功率脈衝數字功放。
【發明內容】
[0003]為解決目前功放電路輸出電流小、電流不穩定的技術問題，本實用新型提供一種特大功率脈衝數字功放電路。
[0004]本實用新型的技術解決方案:
[0005]一種帶自動補償的脈衝數字功放電路，其特殊之處:包括電流源單元、電流自動補償電路，
[0006]所述電流源單元包括一個或多個並聯的電流源；所述電流源包括電流源開關、IGBT功率放大電流源電路，
[0007]所述IGBT功率放大電流源電路包括輸入信號處理單元、比較單元、開關管單元、濾波單元、電流採樣電路；所述輸入信號處理單元包括比例放大器、反向放大器，所述比例放大器對輸入脈衝信號進行放大處理；所述比較單元包括第一比較器Ul和第二比較器U2 ；所述開關管單元包括用於控制正電流的第一開關管和用於控制負電流的第二開關管，所述第一開關管包括PNP型電晶體Q3、與電晶體Q3發射極連接的IGBT管，所述第二開關管為IGBT管；所述濾波單元包括串聯的電感LI和電容Cl，所述電感LI的另一端作為濾波單元的輸入端，所述電容Cl的另一端接地；所述電流採樣電路用於檢測流出濾波單元的電流；所述第一比較器Ul的同向輸入端通過反向放大器與比例放大器的輸出端連接，所述第二比較器U2的同向輸入端與比例放大器的輸出端連接，所述第一比較器Ul和第二比較器U2的異向輸入端分別與電流採樣電路的輸出端連接；所述第一比較器Ul的輸出端通過開關SI與PNP型電晶體Q3的基極連接，所述第二比較器的輸出端通過開關S2與第二開關管的柵極連接，所述第一開關管的IGBT管的漏極以及第二開關管的的IGBT管的漏極分別與濾波單元的輸入端連接，所述採樣電阻RG與負載RL串聯後並接在電容Cl兩端；
[0008]所述電流自動補償電路包括信號輸入端、電阻R3、反向放大器U8、負載R5、跟隨器U9、電阻R4，
[0009]所述信號輸入端通過電阻R3與反向放大器U8的反向輸入端連接，所述反向放大器U8的同向輸入端接地，
[0010]所述負載R5的輸入端分別與反向放大器的輸出端連接,所述負載R5的輸出端分兩個支路，一個支路通過開關K4通過採樣電阻Rgl接地；另一個支路與跟隨器的同向輸入端連接，所述跟隨器的輸出端通過電阻R4與反向放大器反向輸入端連接；
[0011]所述電流源單元的一端接電源VCC，另一端與負載R5的輸入端連接。[0012]上述電流源開關的開斷與閉合可根據需要輸出電流的大小通過數字電路控制。
[0013]上述電流採樣電路包括多個採樣子單元，負向加法放大器U13及反向器U14，
[0014]所述採樣子單元包括採樣電阻Rg、第三跟隨器U10、第四跟隨器U11、第二差動放大器U12，所述第三跟隨器的同向輸入端與採樣電阻Rg的電流流入端連接，所述第四跟隨器的同向輸入端與採樣電阻Rg的電流流出端連接，所述第三跟隨器UlO和第四跟隨器Ull的輸出端分別與第二差動放大器U12的兩個輸入端連接；
[0015]所述多個採樣子單元的採樣電阻Rg並聯；
[0016]所述多個採樣子單元的第二差動放大器U12的輸出端均通過輸出電阻與負向加法放大器U13的輸入端連接,所述負向加法放大器U13的輸出端與反向器U14的輸入端連接，所述反向器的輸出端輸出米樣電壓。
[0017]本實用新型的有益效果:
[0018]1、本實用新型功放電路採用IGBT開關功放電路實現了大電流輸出。
[0019]2、本實用新型功放電路採用電流自動補償電路消除了電流源輸出電流的誤差。
[0020]3、本實用新型功放電路採用多電阻電流採樣電路，避免了單個小阻值電阻精度引起的誤差。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1為本實用新型自動補償電路的特大功率脈衝數字功放的電路圖；
[0022]圖2為本實用新型IGBT功率放大電流源電路；
[0023]圖3為本實用新型多電阻電流採樣電路。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖對本實用新型做進一步說明:
[0025]如圖1所示為脈衝數字功放電路的一個實施例，包括並聯的3個電流源，一個100A的電流源、一個200A的電流源和一個400A的電流源，每個電流源均通過一個開關與電流自動補償電路連接。電流自動補償電路包括信號輸入端、電阻R3、反向放大器U8、負載R5、跟隨器U9、電阻R4。
[0026]信號輸入端通過電阻R3與反向放大器U8的反向輸入端連接，反向放大器U8的同向輸入端接地，負載R5的輸入端分別與反向放大器的輸出端和電流源的輸出端開關連接，負載R5的輸出端分兩個支路，一個支路通過開關K4通過採樣電阻Rgl接地；另一個支路與跟隨器的同向輸入端連接，跟隨器的輸出端通過電阻R4與反向放大器反向輸入端連接。
[0027]當電流源輸出電流有誤差時，可通過圖1所示的電流自動補償電路進行補償，此圖由100A功放組成一個反向放大器，R4的阻值為R3的10分之1，負載R5輸出端(即Rg採樣電壓)電壓=-Ui/10。當上圖電路要得到70(^時，仍輸入-7￥，1(1，1(2，1(3，1(4關閉。此時如果400A的電流源有誤差，因II，12，13都在反饋中，所以都受到100A功放的補償，只要Il~13的全部誤差不差過100A，都能用此電路作為補償。
[0028]電流源電路用採樣電阻採樣反饋來控制IGBT的導通和關斷，從而使IGBT發出脈衝波，在經過LC產生恆定的大電流。
[0029]如圖2所示，電流源電路的主體電路包括輸入信號處理單元、比較單元、開關管單元、濾波單元、電流採樣電路。
[0030]輸入信號處理單兀包括比例放大器、反向放大器，比例放大器對輸入脈衝信號進行放大處理；比較單元包括第一比較器Ul和第二比較器U2。
[0031]開關管單元包括用於控制正電流的第一開關管和用於控制負電流的第二開關管，第一開關管包括PNP型電晶體Q3、與電晶體Q3發射極連接的IGBT管，所述第二開關管為IGBT管，濾波單元包括串聯的電感LI和電容Cl，電感LI的另一端作為濾波單元的輸入端，電容Cl的另一端接地；電流採樣電路用於檢測流出濾波單元的電流。
[0032]第一比較器Ul的同向輸入端通過反向放大器與比例放大器的輸出端連接，第二比較器U2的同向輸入端與比例放大器的輸出端連接，第一比較器Ul和第二比較器U2的異向輸入端分別與電流採樣電路的輸出端連接。第一比較器Ul的輸出端通過開關SI與PNP型電晶體Q3的基極連接，第二比較器的輸出端通過開關S2與第二開關管的柵極連接，第一開關管的IGBT管的漏極以及第二開關管的的IGBT管的漏極分別與濾波單元的輸入端連接。
[0033]現以正向200A的舉例說明。Kl關閉，U4輸入負向10V，U4反向放大1/10，U4輸出+IV，經U3反向輸出-1V進U1+，因Ul-開始時是0，所以Ul輸出-15V，Q3，Q1工作，電流輸出。電流經過RG時進行採樣，RG=5mQ，所以在200A時，採樣電阻兩端的電壓是IV。U5、U6、U7將採樣與輸入的IOV的10分之I在Ul中比較，如果VRG大於IV時Ul輸出正值，使Q3關閉，從而達到流過Rg的電流始終是200A。負載RL與RG串聯，所以也是200A，從而輸出穩定的200A。
[0034]本實用新型採用多電阻電流採樣的電路，其結構如圖3所示，其原理是利用若干大些電阻分流採樣後，最後相加並放大模擬得到原本微小電阻採樣的電壓，以克服微小電阻採樣時阻值精度不高的缺陷。
[0035]多電阻電流採樣的電路包括多個採樣子單元，負向加法放大器U13及反向器U14，採樣子單元包括採樣電阻Rg、第三跟隨器U10、第四跟隨器U11、第二差動放大器U12，所述第三跟隨器的同向輸入端與採樣電阻Rg的電流流入端連接，所述第四跟隨器的同向輸入端與採樣電阻Rg的電流流出端連接，所述第三跟隨器UlO和第四跟隨器Ull的輸出端分別與第二差動放大器U12的兩個輸入端連接；多個採樣子單元的採樣電阻Rg並聯；多個採樣子單元的第二差動放大器U12的輸出端均通過輸出電阻與負向加法放大器U13的輸入端連接，負向加法放大器U13的輸出端與反向器U14的輸入端連接,反向器的輸出端輸出米樣電壓。
[0036]以400A電流採樣為例，此電路中，並聯的4個採樣電阻均為IOm Ω，對每個採樣電阻進行採樣，最後在U13將4個採樣電壓累加除4，再經過反相器U14輸出，這樣就避免了單個小阻值電阻精度引起的誤差。多個並聯的採樣子單元的電路結構和參數均相同。
[0037]傳統功放是模擬電路控制。這裡根據圖1中的原理，可進行數字功放的控制。這裡假設繼電器Kl，K2，K3是12V控制繼電器。通過負載R5的電流等於100A功放加上K1、K2、K3打開的400A的電流源Ι1、200Α的電流源12，100Α的電流源13，所以根據圖5其電流控制如下表，其中I是接通，O是斷開。[0038]
【權利要求】
1.一種帶自動補償的脈衝數字功放電路，其特徵在於:包括電流源單元、電流自動補償電路， 所述電流源單元包括一個或多個並聯的電流源；所述電流源包括電流源開關、IGBT功率放大電流源電路， 所述IGBT功率放大電流源電路包括輸入信號處理單元、比較單元、開關管單元、濾波單元、電流採樣電路；所述輸入信號處理單元包括比例放大器、反向放大器，所述比例放大器對輸入脈衝信號進行放大處理；所述比較單元包括第一比較器Ul和第二比較器U2 ;所述開關管單元包括用於控制正電流的第一開關管和用於控制負電流的第二開關管，所述第一開關管包括PNP型電晶體Q3、與電晶體Q3發射極連接的IGBT管，所述第二開關管為IGBT管；所述濾波單元包括串聯的電感LI和電容Cl，所述電感LI的另一端作為濾波單元的輸入端，所述電容Cl的另一端接地；所述電流採樣電路用於檢測流出濾波單元的電流；所述第一比較器Ul的同向輸入端通過反向放大器與比例放大器的輸出端連接，所述第二比較器U2的同向輸入端與比例放大器的輸出端連接，所述第一比較器Ul和第二比較器U2的異向輸入端分別與電流採樣電路的輸出端連接；所述第一比較器Ul的輸出端通過開關SI與PNP型電晶體Q3的基極連接，所述第二比較器的輸出端通過開關S2與第二開關管的柵極連接，所述第一開關管的IGBT管的漏極以及第二開關管的的IGBT管的漏極分別與濾波單元的輸入端連接，所述採樣電阻RG與負載RL串聯後並接在電容Cl兩端； 所述電流自動補償電路包括信號輸入端、電阻R3、反向放大器U8、負載R5、跟隨器U9、電阻R4， 所述信號輸入端通過電阻R3與反向放大器U8的反向輸入端連接，所述反向放大器U8的同向輸入端接地， 所述負載R5的輸入端分別與反向放大器的輸出端連接，所述負載R5的輸出端分兩個支路，一個支路通過開關K4通過採樣電阻Rgl接地；另一個支路與跟隨器的同向輸入端連接，所述跟隨器的輸出端通過電阻R4與反向放大器反向輸入端連接； 所述電流源單元的一端接電源VCC，另一端與負載R5的輸入端連接。
2.根據權利要求1所述的帶自動補償的脈衝數字功放電路，其特徵在於:所述電流源開關的開斷與閉合可根據需要輸出電流的大小通過數字電路控制。
3.根據權利要求1或2所述的一種帶自動補償的脈衝數字功放電路，其特徵在於:所述電流採樣電路包括多個採樣子單元，負向加法放大器U13及反向器U14， 所述採樣子單元包括採樣電阻Rg、第三跟隨器U10、第四跟隨器U11、第二差動放大器U12，所述第三跟隨器的同向輸入端與採樣電阻Rg的電流流入端連接，所述第四跟隨器的同向輸入端與採樣電阻Rg的電流流出端連接，所述第三跟隨器UlO和第四跟隨器Ul I的輸出端分別與第二差動放大器U12的兩個輸入端連接； 所述多個採樣子單元的採樣電阻Rg並聯； 所述多個採樣子單元的第二差動放大器U12的輸出端均通過輸出電阻與負向加法放大器U13的輸入端連接，所述負向加法放大器U13的輸出端與反向器U14的輸入端連接，所述反向器的輸出端輸出米樣電壓。
【文檔編號】G01R21/06GK203433039SQ201320397978
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年7月5日 優先權日:2013年7月5日
【發明者】郭勝巖, 高博 申請人:陝西開爾文測控技術有限公司