一種小體積高效率磁調諧器件驅動電路的製作方法

2023-11-30 08:58:26

本實用新型涉及一種驅動電路，尤其涉及一種小體積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，一般採用如本發明圖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，其原理如本發明圖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，體積大。

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，安裝也會佔據較大空間，導致驅動器體積難以減小。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：

本實用新型的目的就在於提供一種解決上述問題，可解決現有驅動電路適用輸入範圍窄，效率低，體積大的問題，有利於降低驅動功耗和溫升，減小器件體積的一種小體積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是這樣的：一種小體積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、LDO穩壓器、磁調諧器件、電流取樣電路、設定電壓電路和誤差放大單元；

所述LDO穩壓器包括輸入端、輸出端和電壓調節端，所述輸入電壓電路的輸出端經DC/DC變換器後接LDO穩壓器的輸入端，所述LDO穩壓器的輸出端經磁調諧器件、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LDO穩壓器的電壓調節端。

作為優選：還包括濾波電路，所述濾波電路位於輸入電壓電路和DC/DC變換器間。

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LDO為集成晶片，所述磁調諧器件為YIG濾波器或YIG振蕩器，所述電流取樣電路為高精度高穩定性無感電阻，所述誤差放大電路為加法器電路或誤差比較電路，所述設定電壓電路為連接數控輸出端的DAC輸出電路。

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LDO穩壓器用於用於提供恆定電流；

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，由於該輸出電壓是送入LDO穩壓器的電壓調節端，控制其輸出電流的大小，所以能改變LDO穩壓器輸出電流的大小，最終改變磁場強度。

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：通過高效率DC/DC和高性能LDO結合的方法實現，可解決現有磁調諧器件驅動效率低、體積大的問題，有利於提高驅動效率、縮小體積，具有很強的實用價值。具有以下特點：

1、可以適應寬輸入電壓範圍。

2、可以大幅提高驅動效率。降低系統功耗，降低產品溫升，提高產品可靠性。

3、同時具有高性能和低幹擾的優點。

4、採用散熱封裝的LDO，體積小，同時具有過熱、過流等保護功能。

因此本技術用於磁調諧器件，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為本實用新型電路原理圖；

圖4為實施例2的電路圖；

圖5為實施例2和現有技術效率對比圖。

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3，一種小體積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、LDO穩壓器、磁調諧器件、電流取樣電路、設定電壓電路和誤差放大單元；

所述LDO穩壓器包括輸入端、輸出端和電壓調節端，所述輸入電壓電路的輸出端經DC/DC變換器後接LDO穩壓器的輸入端，所述LDO穩壓器的輸出端經磁調諧器件、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LDO穩壓器的電壓調節端。

本實施例中，還包括濾波電路，所述濾波電路位於輸入電壓電路和DC/DC變換器間，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LDO為集成晶片，所述磁調諧器件為YIG濾波器或YIG振蕩器，所述電流取樣電路為高精度高穩定性無感電阻，所述誤差放大電路為加法器電路或誤差比較電路，所述設定電壓電路為連接數控輸出端的DAC輸出電路。

輸入電壓電路的電壓，經濾波電路濾波後進入DC/DC變換器，經DC/DC變換器預穩壓為合適的中間值電壓；而LDO穩壓器、電流取樣電路和誤差放大單元的組合，構成恆流源為磁調諧器件提供了通過其中的電流，從而獲得恆定的磁場，誤差放大電路的輸入端連接設定電壓電路和電流取樣電路的輸出端，放大了設定電壓和電流取樣電路輸出端的差值，我們調整設定電壓的值，能改變誤差放大電路的輸出電壓，從而改變LDO穩壓器輸出的恆流大小，達到改變恆定磁場大小的目的。

本實施例中，所述高效能驅動技術驅動效率η為：

其中，Vd為磁調諧器件工作電壓，Vo為DC/DC變換器的輸出電壓，ηd為DC/DC變換器的轉換效率。

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P為：

其中，Id為磁調諧器件工作電流。

實施例2：為了更進一步的說明本發明的方案，參見圖4和圖5，根據本發明思路，設計了一種具體的電路。

圖中，輸入電壓範圍為7～36VDC；

L2、C3、C4構成了PI型濾波電路，濾除DC/DC電路對前級電路的幹擾；

U3，C1，L1，C2，R2，R5構成BUCK變換型DC/DC，其中R2，R5設置該DC/DC的輸出電壓，本實例設置為6.5V，U3採用LT8609，但不排除其它DC/DC晶片；

所述磁調諧器件為U2，型號為ZLT00806J7型數控YIG帶通濾波器；

電流採樣電路選用高精度無感電阻R1，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；

R9，R10，R12，U5，U4C，R14構成設定電壓電路，其中U5為電壓基準源，型號為TL431,輸入電壓經R9,R10,R12,U5變為設定電壓，通過改變R10的大小可改變該設定電壓的值，U4C和R14為電壓跟隨器。

R11，R13，U4B，C5、R7構成了誤差放大電路，用於放大設定電壓和電流取樣電路的差值。

所述LDO穩壓器採用晶片U1，其型號為LT1963，但不排除其他LDO；誤差放大器的輸出作用於LDO的控制端，達到改變LDO穩壓器輸出電流的目的，使其輸出電流始終保持恆定，最終改變YIG的工作頻率。

利用本實施例和現有技術的效率對比圖參見圖5，可以大幅度提高效率。

當然，上述具體電路僅僅是本實用新型的一種表現形式，其餘電路凡是能達到本實用新型各模塊功能，符合本實用新型的思路的，均在本實用新型保護範圍內。