一種帶電壓跟蹤的高效率磁調諧器件驅動電路的製作方法

2023-09-18 23:47:20

本實用新型涉及一種磁調諧驅動電路，尤其涉及一種帶電壓跟蹤的高效率磁調諧器件驅動電路。

背景技術：

磁調諧器件工作時需要提供高精度、可調諧的恆定磁場，目前常用實現方法為通過驅動器提供恆定電流實現恆定磁場，一般採用如本實用新型圖1所示的單級線性恆流電路構成驅動器，該電路通過電流取樣電路獲得通過磁調諧器件繞組的電流值，然後與設定電壓進行比較，通過V/I放大電路控制達林頓管的導通電阻，從而改變施加於磁調諧器件繞組上的電流，在磁調諧器件內部獲得可調諧的恆定磁場，該電路可以獲得性能優良的恆定磁場。

另一種改進思路是單級開關恆流電路，其原理如本實用新型圖2，該電路通過採樣，反饋的方式實現，但採用DC/DC變換電路實現恆流，即電流取樣後反饋至DC/DC電路的設定端，通過改變DC/DC電壓輸出實現磁調諧，採用PWM模式的DC/DC大幅提升了系統效率。

但單級線性恆流的問題在於：

1、工作電壓範圍窄，效率低。

由於輸入輸出電流相等，因此其驅動效率η為：

其中，Vd為磁調諧器件工作電壓，Vi為輸入電壓。

從該式可知，驅動效率隨著輸入電壓的升高而急劇降低，而磁調諧器件的驅動器一般和系統配用，一般由用戶提供12V/24V總線電壓，如果要提高效率，則需要用戶提供特定的電壓。

2、達林頓管壓降過大

達林頓管飽和電壓約2V，大量的功率消耗在達林頓管上，因此需要選擇大體積的器件，並採取足夠的散熱措施，即便這樣，達林頓管的溫升依然很高。

以ZJS00806J7型數控YIG帶通濾波器為例，其最大工作頻率為6GHz，所需最大驅動電流為460mA，此時工作電壓為4.8V，當用戶提供輸入電壓為9V時，驅動效率為53％，其中有約2W的功率以熱能的形式浪費掉，該熱量導致系統溫度升高，降低了系統可靠性。當用戶採用12V或24V總線電壓驅動時，則效率更低，溫升更高。

單級開關恆流電路可以實現高轉換效率，但其輸出所包含的開關紋波電壓會耦合至磁調諧器件，從而影響微波性能。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提供一種解決上述問題的方案，可以適應寬輸入電壓範圍，同時大幅提高驅動效率，降低系統功耗和產品溫升，提高產品可靠性，同時具備高性能和低幹擾的優點的一種帶電壓跟蹤的高效率磁調諧器件驅動電路。

為了實現上述目的，本實用新型採用的技術方案如下：一種帶電壓跟蹤的高效率磁調諧器件驅動電路，包括輸入電壓電路、DC/DC變換器，磁調諧器件、電流取樣電路、設定電壓電路、誤差放大電路，還包括線性恆流源電路、電壓跟蹤電路；

所述輸入電壓電路經DC/DC變換器、線性恆流源電路後接磁調諧器件，使磁調諧器件內部產生恆定磁場，所述磁調諧器件輸出端經電流取樣電路後，與設定電壓電路同時接入到誤差放大電路中；

所述誤差放大電路的輸出端連接線性恆流源電路的控制端；用於放大設定電壓與電流採樣電路輸出電壓的差值，並將差值電壓送入線性恆流源電路的控制端，控制其輸出電流的大小；

所述電壓跟蹤電路包括兩個輸入端和一個輸出端，其中兩輸入端分別連接到DC/DC變換器輸出端和磁調諧器件輸入端，輸出端連接DC/DC變換器的控制端；用於獲取DC/DC變換器輸出端和磁調諧器件輸入端的壓差，並產生控制電壓至DC/DC變換器的控制端，使DC/DC變換器的輸出電壓比線性恆流源電路的輸出電壓高固定值。

作為優選：所述輸入電壓電路和DC/DC變換器間還設有濾波電路。

作為優選：所述電壓跟蹤電路為差分放大電路。

作為優選：所述濾波電路為PI型濾波電路，所述DC/DC變換器為BUCK變換型DC/DC或Boost變換型DC/DC，所述電流取樣電路為高精度高穩定性無感電阻或電阻放大器組合，所述誤差放大電路為加法器電路或誤差比較電路。

其中，所述濾波電路用於對輸入電壓進行濾波；

所述DC/DC變換器開始時用於將濾波後的輸入電壓預穩壓為合適的中間值電壓；

所述線性恆流源電路用於提供恆定電流,從而在磁調諧器件內部產生所需恆定磁場同時消除前級DC/DC產生的開關紋波電壓；

所述磁調諧器件內部磁場強度隨電流變化；

所述誤差放大電路用於放大設定電壓與電流採樣電路輸出電壓的差值；

所述設定電壓電路用於產生設定電壓，我們通過改變設定電壓電路的電壓輸入值，可以改變誤差放大電路的輸出電壓，從而改變線性恆流源電路輸出電流的大小，最終改變磁場強度；

所述電壓跟蹤電路始終跟蹤DC/DC電路輸出端和磁調諧器件輸入端的壓差，並產生控制電壓至DC/DC變換器的控制端，使DC/DC變換器的出電壓比線性恆流源電路的輸出電壓高固定值。

本實用新型中，濾波電路可以是PI型濾波電路及其他濾波電路，所述DC/DC變換器為BUCK變換型DC/DC或Boost變換型DC/DC等形式，所述電流取樣電路為高精度高穩定性無感電阻或電阻和放大電路的組合等其他形式，所述誤差放大電路為加法器電路或誤差比較電路等形式。

磁調諧器件是以磁性材料為諧振元件，通過磁場進行調諧的器件，器件可以是振蕩器或濾波器，諧振元件材料可以是單晶或多晶，形狀可以是球形、塊狀或膜片形。

與現有技術相比，本實用新型的優點在於：採用電壓跟蹤技術，使得DC/DC輸出始終跟蹤後級線性恆流源所需電壓，高固定值，從而最大限度的減小系統功耗，提高驅動效率。該驅動電路可解決現有磁調諧器件驅動效率低的問題，有利於提高驅動效率，具有很強的實用價值。

附圖說明

圖1為現有技術中的單級線性恆流電路；

圖2為現有技術中的單級開關恆流電路；

圖3為本實用新型的電路原理圖；

圖4為本實用新型實施例2的電路圖；

圖5為現有技術和實施例2不同輸入電壓下的效率對比圖。

具體實施方式

下面將結合附圖對本實用新型作進一步說明。

實施例1：參見圖1到圖3，一種帶電壓跟蹤的高效率磁調諧器件驅動電路，包括輸入電壓電路、DC/DC變換器，磁調諧器件、電流取樣電路、設定電壓電路、誤差放大電路，還包括線性恆流源電路、電壓跟蹤電路；

所述輸入電壓電路經DC/DC變換器、線性恆流源電路後接磁調諧器件，使磁調諧器件內部產生恆定磁場，所述磁調諧器件輸出端經電流取樣電路後，與設定電壓電路同時接入到誤差放大電路中；

所述誤差放大電路的輸出端連接線性恆流源電路的控制端；用於放大設定電壓與電流採樣電路輸出電壓的差值，並將差值電壓送入線性恆流源電路的控制端，控制其輸出電流的大小；

所述電壓跟蹤電路包括兩個輸入端和一個輸出端，其中兩輸入端分別連接到DC/DC變換器輸出端和磁調諧器件輸入端，輸出端連接DC/DC變換器的控制端；用於獲取DC/DC變換器輸出端和磁調諧器件輸入端的壓差，並產生控制電壓至DC/DC變換器的控制端，使DC/DC變換器的輸出電壓比線性恆流源電路的輸出電壓高固定值。

本實施例中，所述輸入電壓電路和DC/DC變換器間還設有濾波電路，所述電壓跟蹤電路為差分放大電路，所述濾波電路為PI型濾波電路，所述DC/DC變換器為BUCK變換型DC/DC或Boost變換型DC/DC，所述電流取樣電路為高精度高穩定性無感電阻或電阻放大器組合，若採用大電阻，則使用一個額電阻採樣即可，若為小電阻採樣，則配合放大器使用，所述誤差放大電路為加法器電路或誤差比較電路。

當然，各模塊不僅限於本實施例中所述的形式。

首先，輸入電壓經濾波電路濾波，DC/DC變換器預穩壓為合適的中間值電壓，提供給線性恆流源電路，由其產生恆流來使磁調諧器件產生磁場，通過改變設定電壓，能最終改變限定恆流源電路的恆流輸出的大小，從而改變磁場，而電壓跟蹤電路保證DC/DC輸出和磁調諧器件輸入始終為固定值。從而最大限度的減小系統功耗，提高驅動效率。

所述高效能驅動技術效率為：

其中，η為驅動器總體效率，Vd為磁調諧器件工作電壓，△V為跟蹤電壓，ηd為DC/DC的轉換效率。

採用所述高效能驅動技術比單級線性恆流技術節約的功率為：

其中，Id為磁調諧器件工作電流。

實施例2：參見圖4和圖5，為了更進一步的說明本實用新型的方案，參見圖4，根據本實用新型思路，設計了一種具體的電路。

圖中，所述輸入電壓範圍為7～36VDC；

L2、C3、C4構成PI型濾波電路，濾除DC/DC電路對前級電路的幹擾，

U2、C1、L1、C2構成BUCK變換型DC/DC，其中U2採用LT8609，但不排除其它DC/DC控制晶片，其輸出電壓受後級電壓跟蹤電路控制；

R1，R2，R3，R6，Q2，C5構成差分放大電路，實現電壓跟蹤功能，本實例中保證Q1兩端電壓差始終為0.8V；

電流採樣電路選用採樣電阻R4，通過檢測電流獲得磁調諧器件的磁場強度，並將電流轉換為電壓；

U3為參考電壓設置電路，其為高精度DAC，通過SPI控制改變設定電壓從而改變YIG工作頻率；

R8，R5，U4，C6為誤差放大電路，用於放大設定電壓和電流檢測電壓的差值；

Q1為高性能N型MOSFET，其受誤差電壓的控制實現恆流輸出。

輸入電壓經PI型濾波電路濾波，經DC/DC變換器轉換後，磁調諧器件的輸出電壓由電阻R4取樣，和設定電壓一起送入誤差放大電路中，通過改變設定電壓的電壓值，可以改變誤差電壓，從而達到改變YIG工作頻率的目的。

採用本實施例和現有技術的方法進行效率對比如圖5，可見採用本實用新型電路後，效率大幅度提高。

當然，本實施例僅為本實用新型的一種方式，其餘電路能符合本實用新型思路，均在本實用新型保護範圍內。