專利名稱：一種高壓大功率開關(guān)功率放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于功率放大技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高壓大功率開關(guān)功率放大器。
背景技術(shù)：
功率放大器(以下簡稱功放)是電動(dòng)振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，它將給定的控制信號(hào)進(jìn)行功率放大以驅(qū)動(dòng)振動(dòng)臺(tái)設(shè)備。老的振動(dòng)試驗(yàn)設(shè)備大都采用線性功放，與開關(guān)功放相比效率低、功耗大、可靠性差，而且體積龐大，使用非常不方便。新的設(shè)備均采用開關(guān)功放，主要由直流電源電路、控制電路、逆變電路、濾波電路和外圍保護(hù)顯示電路組成，如圖1 所示。直流電源電路從電網(wǎng)取得交流電壓，通過整流、濾波為主電路提供直流電壓。逆變電路是由功率場效應(yīng)管(MOSFET)構(gòu)成的單相全橋逆變器，它將直流電源電路整流而來的直流電壓逆變成PWM(脈寬調(diào)制)脈沖交流電，再通過濾波電路得到所需的波形，多個(gè)逆變電路功率模塊通過并聯(lián)的方式獲得更大的功率輸出?？刂齐娐方邮芊答佇盘?hào)和給定信號(hào)，經(jīng)控制機(jī)理作用的輸出信號(hào)決定著主電路開關(guān)管的開通和關(guān)斷。輸出濾波器將主電路輸出的 PWM脈沖波形進(jìn)行解調(diào)，濾除載波信號(hào)，從而驅(qū)動(dòng)振動(dòng)臺(tái)。外圍保護(hù)顯示電路實(shí)時(shí)保護(hù)設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，并提供良好的人機(jī)交互界面，以方便使用者操作、維護(hù)和搜集信息。逆變電路和控制電路是開關(guān)功放的核心部件。近年來我國20t以上大推力電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)的發(fā)展為大型設(shè)備進(jìn)行綜合應(yīng)力環(huán)境試驗(yàn)提供了條件，也對(duì)高壓大功率開關(guān)功放提出了要求?，F(xiàn)有的開關(guān)功放逆變電路使用 MOSFET作為功率開關(guān)管，雖然有較好的高速控制性能，然而容量小、耐壓低，難以實(shí)現(xiàn)大功率。所以目前開關(guān)功放的輸出電壓都是在120V左右，功率模塊單元的功率輸出為6KVA，應(yīng)用范圍局限在小推力振動(dòng)臺(tái)。另外，現(xiàn)有的開關(guān)功放控制電路都是用分立元件來實(shí)現(xiàn)，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，元器件多，故障率高，干擾較大。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種功放輸出電壓高、單模塊輸出功率大的高壓大功率開關(guān)功率放大器。本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的一種高壓大功率開關(guān)功率放大器，包括直流電源電路、控制電路、逆變電路、濾波電路和保護(hù)顯示電路，直流電源電路與電網(wǎng)和逆變電路連接，控制電路與逆變電路和保護(hù)顯示電路相連接，逆變電路與直流電源電路、控制電路和濾波電路連接，濾波電路與逆變電路和振動(dòng)臺(tái)連接，保護(hù)顯示電路與控制電路連接，所述的逆變電路為兩個(gè)IGBT半橋模塊所組成的全橋逆變電路。如上所述的逆變電路包括驅(qū)動(dòng)芯片、電源濾波器、上電復(fù)位電路、死區(qū)調(diào)節(jié)電路、 使能信號(hào)電路、錯(cuò)誤信號(hào)處理電路和IGBT接口和保護(hù)電路，以及IGBT ；電源濾波器與驅(qū)動(dòng)芯片連接；上電復(fù)位電路與驅(qū)動(dòng)芯片連接；驅(qū)動(dòng)芯片與電源濾波器、上電復(fù)位電路、死區(qū)調(diào)節(jié)電路、使能信號(hào)電路、錯(cuò)誤信號(hào)處理電路、IGBT接口和保護(hù)電路，以及控制電路連接；死區(qū)調(diào)節(jié)電路與驅(qū)動(dòng)芯片連接；使能信號(hào)電路與驅(qū)動(dòng)芯片連接；錯(cuò)誤信號(hào)處理電路與驅(qū)動(dòng)芯片連接；IGBT接口和保護(hù)電路與驅(qū)動(dòng)芯片連接；IGBT與IGBT接口和濾波電路連接。如上所述的控制電路包括控制器和PWM調(diào)制器；其中，控制器與顯示保護(hù)電路和 PWM調(diào)制器連接；PWM調(diào)制器與控制器和逆變電路連接。如上所述的控制器可采用智能處理芯片實(shí)現(xiàn)。如上所述的控制器可采用單片機(jī)、DSP或ARM實(shí)現(xiàn)。如上所述的PWM調(diào)制器采用集成芯片UC3637實(shí)現(xiàn)。如上所述的PWM調(diào)制器由集成芯片UC3637、升壓電路、載波生成電路和反向器組成；第一升壓電路與控制器和集成芯片UC3637連接；反向器與控制器和第二升壓電路連接，它的輸入端與控制器連接，它的輸出端與第二升壓電路連接；第二升壓電路與反向器和集成芯片UC3637連接；集成芯片UC3637與升壓電路和載波生成電路連接；載波生成電路與集成芯片UC3637連接。本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型采用由兩個(gè)IGBT半橋模塊所組成的全橋逆變電路，功放輸出電壓高、 單模塊輸出功率大。采用由集成芯片UC3637實(shí)現(xiàn)的PWM調(diào)制器，具有電路結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠的特點(diǎn)，大大加強(qiáng)了 PWM調(diào)制的性能和可靠性。在優(yōu)選的實(shí)施例中，采用基于驅(qū)動(dòng)芯片 2SD315A設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路，它具有很強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力和很高的隔離電壓能力，為功放輸出高電壓提供了可靠保障。

圖1是本實(shí)用新型的一種高壓大功率開關(guān)功率放大器的結(jié)構(gòu)原理圖；圖2是圖1中控制電路中PWM調(diào)制器的結(jié)構(gòu)原理圖；圖3是圖1中控制電路中逆變電路的結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的一種高壓大功率開關(guān)功率放大器進(jìn)行介紹如圖1所示，一種高壓大功率開關(guān)功率放大器，包括直流電源電路、控制電路、逆變電路、濾波電路和保護(hù)顯示電路。其中，直流電源電路與電網(wǎng)和逆變電路連接，它從電網(wǎng)取得交流電壓，通過整流、 濾波，為逆變電路提供直流電壓。直流電源電路可采用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)?？刂齐娐放c逆變電路和保護(hù)顯示電路相連接，它接收來自濾波電路的輸出作為反饋信號(hào)、來自濾波電路的保護(hù)信號(hào)和來自外界信號(hào)發(fā)生器的給定信號(hào)，它將給定信號(hào)與反饋信號(hào)的差值信號(hào)經(jīng)過PI (比例積分)調(diào)節(jié)后進(jìn)行PWM調(diào)制，然后將調(diào)制后的得到的調(diào)制 PWM信號(hào)發(fā)送給逆變電路；它根據(jù)接收到保護(hù)信號(hào)，依據(jù)設(shè)定程序進(jìn)行處理，停止輸出控制信號(hào)；它還向保護(hù)顯示電路發(fā)送顯示信息。在本實(shí)施例中，上述設(shè)定程序是依據(jù)逆變電路的具體特性采用現(xiàn)有技術(shù)編寫。在本實(shí)施例中，控制電路包括控制器和PWM調(diào)制器，其中，控制器與顯示保護(hù)電路和PWM調(diào)制器連接，它接收反饋信號(hào)、給定信號(hào)和保護(hù)信號(hào)，它將給定信號(hào)與反饋信號(hào)的差值信號(hào)經(jīng)過PI(比例積分)調(diào)節(jié)，然后將調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)送給PWM調(diào)制器；它根據(jù)接收到的保護(hù)信號(hào)，當(dāng)保護(hù)信號(hào)超過設(shè)定值時(shí)，向PWM調(diào)制器發(fā)送封鎖信號(hào)，停止PWM調(diào)制器輸出信號(hào)；它還向保護(hù)顯示電路發(fā)送顯示信息。PWM調(diào)制器與控制器和逆變電路連接，它接收來自控制器的調(diào)節(jié)信號(hào)，將調(diào)節(jié)信號(hào)調(diào)制為調(diào)制PWM信號(hào)，然后將調(diào)制PWM信號(hào)發(fā)送給逆變電路；它還接收控制器的封鎖信號(hào)， 收到封鎖信號(hào)后停止輸出調(diào)制PWM信號(hào)。如圖2所示，PWM調(diào)制器采用集成芯片UC3637實(shí)現(xiàn)單極性倍頻調(diào)制，它由集成芯片UC3637、升壓電路、載波生成電路和反向器組成；第一升壓電路與控制器和集成芯片UC3637連接，它接收調(diào)節(jié)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)信號(hào)升壓，并將升壓后的信號(hào)發(fā)送給集成芯片 UC3637的一個(gè)輸入端。反向器與控制器和第二升壓電路連接，它的輸入端與控制器連接，接收調(diào)節(jié)信號(hào)，它的輸出端與第二升壓電路連接；它實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)信號(hào)的反向。第二升壓電路與反向器和集成芯片UC3637連接，對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行升壓，并將升壓后的信號(hào)發(fā)送給集成芯片UC3637的另一個(gè)輸入端。集成芯片UC3637與升壓電路和載波生成電路連接，它接收升壓電路發(fā)送的信號(hào)和載波信號(hào)，將升壓電路發(fā)送的信號(hào)與載波信號(hào)比較完成單極性倍頻調(diào)制，然后將其發(fā)送給逆變電路。載波生成電路與集成芯片UC3637連接，它由集成芯片UC3637的內(nèi)部振蕩器和芯片外圍電路組成，載波生成電路可采用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)，它將生成的載波提供給集成芯片 UC3637。由于集成芯片UC3637輸出的載波平均值為7. 5V，為了讓調(diào)制波與載波有效交截， 采用基于運(yùn)放的升壓電路，將兩路調(diào)制波的平均值升至7. 5V。本實(shí)用新型采用由集成芯片UC3637實(shí)現(xiàn)的PWM調(diào)制器，具有電路結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠的特點(diǎn)。由于芯片將三角波振蕩器、誤差放大器、PWM比較器等集成于一體，擁有雙向三角波，可自行設(shè)計(jì)幅值和頻率，占空比從0到100%全程覆蓋，大大加強(qiáng)了 PWM調(diào)制的性能和可靠性?？刂破骺刹捎脝纹瑱C(jī)、DSP、ARM或其它智能處理芯片實(shí)現(xiàn)。升壓電路可采用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)。逆變電路為兩個(gè)IGBT半橋模塊所組成的全橋逆變電路，它與直流電源電路、控制電路和濾波電路連接，它接收來自控制電路的調(diào)制PWM信號(hào)，根據(jù)調(diào)制PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)IGBT 開通或關(guān)斷，進(jìn)而將直流電源電路整流而來的直流電壓逆變成PWM(脈寬調(diào)制)脈沖交流電，并將其發(fā)送給濾波電路，它還向控制電路發(fā)送保護(hù)信號(hào)。在本實(shí)施例中，如圖3所示，逆變電路包括驅(qū)動(dòng)芯片、電源濾波器、上電復(fù)位電路、 死區(qū)調(diào)節(jié)電路、使能信號(hào)電路、錯(cuò)誤信號(hào)處理電路、IGBT接口和保護(hù)電路，以及IGBT。電源濾波器與驅(qū)動(dòng)芯片連接，為驅(qū)動(dòng)芯片提供穩(wěn)定的直流電源。經(jīng)過精確計(jì)算的阻容網(wǎng)絡(luò)用來產(chǎn)生死區(qū)時(shí)間，以防止IGBT半橋直通。它可采用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)。上電復(fù)位電路與驅(qū)動(dòng)芯片連接，它為驅(qū)動(dòng)芯片提供上電復(fù)位信號(hào)。它可采用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)。死區(qū)調(diào)節(jié)電路與驅(qū)動(dòng)芯片連接，它為驅(qū)動(dòng)芯片提供死區(qū)時(shí)間，防止IGBT橋臂出現(xiàn)直通現(xiàn)象。它可采用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)。使能信號(hào)電路與驅(qū)動(dòng)芯片連接，它為驅(qū)動(dòng)芯片提供使能電平，決定著芯片是否輸出PWM驅(qū)動(dòng)。它可采用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)。錯(cuò)誤信號(hào)處理電路與驅(qū)動(dòng)芯片連接，它將驅(qū)動(dòng)芯片檢測到的錯(cuò)誤信號(hào)作為保護(hù)信號(hào)傳送給控制電路。在本實(shí)施例中，由于錯(cuò)誤信息總是保存在驅(qū)動(dòng)芯片2SD315A的故障寄存器中，將驅(qū)動(dòng)芯片2SD315A的輸出驅(qū)動(dòng)故障信號(hào)接回復(fù)位端，這樣可以在故障排除后自動(dòng)清除錯(cuò)誤信號(hào)。它可采用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)。IGBT接口和保護(hù)電路與驅(qū)動(dòng)芯片連接，它接收來自驅(qū)動(dòng)芯片的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并將其提供給IGBT。它可采用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)。驅(qū)動(dòng)芯片與電源濾波器、上電復(fù)位電路、死區(qū)調(diào)節(jié)電路、使能信號(hào)電路、錯(cuò)誤信號(hào)處理電路、IGBT接口和保護(hù)電路，以及控制電路連接。控制電路輸出的調(diào)制PWM信號(hào)從驅(qū)動(dòng)芯片2SD315A的INA端輸入，從INB端輸入使能信號(hào)，以便在快速封鎖驅(qū)動(dòng)信號(hào)，保護(hù)設(shè)備安全。驅(qū)動(dòng)芯片2SD315A輸出的兩路驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過接口和保護(hù)電路分別驅(qū)動(dòng)IGBT半橋模塊的兩個(gè)開關(guān)管。IGBT與IGBT接口和濾波電路連接，它接收來自IGBT接口的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，輸出PWM脈沖波形給濾波電路。它可采用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)?；隍?qū)動(dòng)芯片2SD315A設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路具有很強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力和很高的隔離電壓能力。2SD315A僅用單一的15V電源驅(qū)動(dòng)，開關(guān)頻率大于ΙΟΟΚΗζ，內(nèi)部集成過流保護(hù)電路， 并具有多功能、低成本、易使用、高可靠性和長壽命等特點(diǎn)。濾波電路與逆變電路和振動(dòng)臺(tái)連接，它將逆變電路輸出的PffM脈沖波形進(jìn)行解調(diào)，濾除載波信號(hào)，驅(qū)動(dòng)振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)，它可采用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)。 保護(hù)顯示電路與控制電路連接，它向控制電路發(fā)送保護(hù)信號(hào)，并將控制電路發(fā)送的顯示信息進(jìn)行顯示。它可采用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)。 本實(shí)用新型采用由兩個(gè)IGBT半橋模塊所組成的全橋逆變電路，功放輸出電壓高、 單模塊輸出功率大。采用由集成芯片UC3637實(shí)現(xiàn)的PWM調(diào)制器，具有電路結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠的特點(diǎn)，大大加強(qiáng)了 PWM調(diào)制的性能和可靠性。在優(yōu)選的實(shí)施例中，采用基于驅(qū)動(dòng)芯片 2SD315A設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路，它具有很強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力和很高的隔離電壓能力，為功放輸出高電壓提供了可靠保障。
權(quán)利要求1.一種高壓大功率開關(guān)功率放大器，包括直流電源電路、控制電路、逆變電路、濾波電路和保護(hù)顯示電路，直流電源電路與電網(wǎng)和逆變電路連接，控制電路與逆變電路和保護(hù)顯示電路相連接，逆變電路與直流電源電路、控制電路和濾波電路連接，濾波電路與逆變電路、和振動(dòng)臺(tái)連接，保護(hù)顯示電路與控制電路連接，其特征在于所述的逆變電路為兩個(gè) IGBT半橋模塊所組成的全橋逆變電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率放大器，其特征在于所述的逆變電路包括驅(qū)動(dòng)芯片、 電源濾波器、上電復(fù)位電路、死區(qū)調(diào)節(jié)電路、使能信號(hào)電路、錯(cuò)誤信號(hào)處理電路和IGBT接口和保護(hù)電路，以及IGBT ；電源濾波器與驅(qū)動(dòng)芯片連接；上電復(fù)位電路與驅(qū)動(dòng)芯片連接；驅(qū)動(dòng)芯片與電源濾波器、上電復(fù)位電路、死區(qū)調(diào)節(jié)電路、使能信號(hào)電路、錯(cuò)誤信號(hào)處理電路、IGBT 接口和保護(hù)電路，以及控制電路連接；死區(qū)調(diào)節(jié)電路與驅(qū)動(dòng)芯片連接；使能信號(hào)電路與驅(qū)動(dòng)芯片連接；錯(cuò)誤信號(hào)處理電路與驅(qū)動(dòng)芯片連接；IGBT接口和保護(hù)電路與驅(qū)動(dòng)芯片連接； IGBT與IGBT接口和濾波電路連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率放大器，其特征在于所述的控制電路包括控制器和PWM 調(diào)制器；其中，控制器與顯示保護(hù)電路和PWM調(diào)制器連接；PWM調(diào)制器與控制器和逆變電路連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率放大器，其特征在于所述的控制器可采用智能處理芯片實(shí)現(xiàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的功率放大器，其特征在于所述的控制器可采用單片機(jī)、 DSP或ARM實(shí)現(xiàn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率放大器，其特征在于所述的PWM調(diào)制器采用集成芯片 UC3637 實(shí)現(xiàn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率放大器，其特征在于所述的PWM調(diào)制器由集成芯片UC3637、升壓電路、載波生成電路和反向器組成；第一升壓電路與控制器和集成芯片 UC3637連接；反向器與控制器和第二升壓電路連接，它的輸入端與控制器連接，它的輸出端與第二升壓電路連接；第二升壓電路與反向器和集成芯片UC3637連接；集成芯片UC3637 與升壓電路和載波生成電路連接；載波生成電路與集成芯片UC3637連接。
專利摘要本實(shí)用新型屬于功率放大技術(shù)領(lǐng)域，包括直流電源電路、控制電路、逆變電路、濾波電路和保護(hù)顯示電路，直流電源電路與電網(wǎng)和逆變電路連接，控制電路與逆變電路和保護(hù)顯示電路相連接，逆變電路與直流電源電路、控制電路和濾波電路連接，濾波電路與逆變電路和振動(dòng)臺(tái)連接，保護(hù)顯示電路與控制電路連接，其特征在于所述的逆變電路為兩個(gè)IGBT半橋模塊所組成的全橋逆變電路。本實(shí)用新型采用由兩個(gè)IGBT半橋模塊所組成的全橋逆變電路，功放輸出電壓高、單模塊輸出功率大。采用由集成芯片UC3637實(shí)現(xiàn)的PWM調(diào)制器，具有電路結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠的特點(diǎn)，大大加強(qiáng)了PWM調(diào)制的性能和可靠性。
文檔編號(hào)H02M7/5395GK201985777SQ20102063789
公開日2011年9月21日 申請日期2010年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月2日
發(fā)明者張巧壽, 張紅彩 申請人:北京航天希爾測試技術(shù)有限公司, 北京航天斯達(dá)新技術(shù)裝備公司