本實(shí)用新型涉及電路穩(wěn)定性分析及阻抗掃描技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高頻諧波電流發(fā)生裝置。

背景技術(shù)：

在電路分析中，電路的阻抗特性是分析電路性能的重要參數(shù)。在含有電力電子變換器的直流電路或交流電路中，電路的結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，采用基于阻抗參數(shù)的相關(guān)判據(jù)，可以準(zhǔn)確、方便的對系統(tǒng)的穩(wěn)定性、諧波特性等進(jìn)行分析。因此，對于含有電力電子變換器的電路，如何對系統(tǒng)進(jìn)行阻抗掃描，獲取相關(guān)的阻抗參數(shù)是研究的熱點(diǎn)。

通過對系統(tǒng)中注入一個可控的諧波電流，同時測量出對應(yīng)的響應(yīng)電壓，進(jìn)而測量出系統(tǒng)的阻抗頻譜，是目前常用的阻抗測量方法。采用這種方法的前提是對系統(tǒng)注入一個諧波電流。

目前對系統(tǒng)注入諧波電流的方法有以下幾種：

（1）投切電容器法、晶閘管支路投切法。投切電容器法節(jié)省投資，但這種方法產(chǎn)生的諧波不可控，可能導(dǎo)致部分諧波電流缺失，而且幅值過小，高頻成分衰減很大；晶閘管支路投切法可以控制注入諧波電流的大小，但不能準(zhǔn)確控制注入系統(tǒng)的諧波頻率，信號高頻部分缺失；上述的兩種方法都不能準(zhǔn)確測量微型電網(wǎng)的諧波阻抗。

（2）采用頻譜分析儀的方法。頻譜分析儀通過產(chǎn)生一系列的正弦波，注入目標(biāo)系統(tǒng)中，進(jìn)而對系統(tǒng)的阻抗進(jìn)行掃描。但頻譜分析儀大多適用于無源系統(tǒng)的阻抗掃描，對于電壓等級較高的交、直流系統(tǒng)，往往難以控制發(fā)出電流的波形，也難以達(dá)到需要的功率。

（3）采用專門的諧波電流注入裝置?，F(xiàn)有的諧波電流注入裝置，為了控制輸出電流的相位，往往在信號發(fā)生源模塊中采用高性能的數(shù)字芯片，實(shí)現(xiàn)鎖相算法，即通過跟蹤目標(biāo)系統(tǒng)中電壓的相位，來控制輸出電流的相位。這種裝置雖然可以得到功率足夠大且相位可控的諧波電流，但由于數(shù)字芯片的計算能力，很難產(chǎn)生高于1000 Hz的諧波信號，進(jìn)而限制諧波電流發(fā)生裝置能夠產(chǎn)生諧波電流的頻率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種高頻諧波電流發(fā)生裝置，可以對含有電力電子變換器的交流、直流電路注入高頻的諧波電流，此處的高頻諧波電流指的是1～10MHz的諧波電流。

為了實(shí)現(xiàn)上述實(shí)用新型目的，本實(shí)用新型實(shí)施例提供了以下技術(shù)方案：

一種高頻諧波電流發(fā)生裝置，包括信號源電路、運(yùn)算放大電路、電流放大電路、調(diào)相電路及電源電路；

所述電源電路為所述信號源電路提供電能；

所述信號源電路，用于產(chǎn)生諧波電流信號，產(chǎn)生的諧波電流信號輸出至所述運(yùn)算放大電路；

所述運(yùn)算放大電路，用于對信號源電路產(chǎn)生的諧波電流信號進(jìn)行加減運(yùn)算及電壓幅值放大，輸出幅值可調(diào)的諧波電流信號給所述電流放大電路；

所述電流放大電路，用于對運(yùn)算放大電路輸出的諧波電流信號的電流進(jìn)行放大，電流放大后的諧波電流信號輸出至所述調(diào)相電路；

所述調(diào)相電路，用于調(diào)節(jié)電流放大電路輸出的諧波電流信號的相位。

根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例，所述信號源電路包括MAX038芯片，所述MAX038芯片的COSC引腳連接有電容，所述MAX038芯片的IIN引腳連接有第一電阻電路，通過調(diào)節(jié)所述電容及所述第一電阻電路中電阻的大小對產(chǎn)生的諧波電流信號的頻率進(jìn)行一次調(diào)節(jié)?；贛AX038實(shí)現(xiàn)信號源電路，可以產(chǎn)生高頻的諧波電流信號。

進(jìn)一步地，所述MAX038芯片的FADJ引腳連接有第二電阻電路，通過調(diào)節(jié)所述第二電阻電路中電阻的大小對產(chǎn)生的諧波電流信號的頻率進(jìn)行二次調(diào)節(jié)。對輸出的諧波電流信號進(jìn)行二次調(diào)節(jié)，進(jìn)一步提高輸出信號的頻率精度，對輸出信號的頻率做更精準(zhǔn)的控制。

根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例，所述信號源電路產(chǎn)生的諧波電流信號包括正弦波信號、方波信號、三角波信號，所述MAX038芯片連接有波形切換電路，用于切換輸出的諧波電流信號的變形。產(chǎn)生的諧波電流信號的波形為多種，可以適應(yīng)于更多的應(yīng)用場景。

較佳地，所述MAX038芯片的DADJ引腳連接有第三電阻電路，通過調(diào)節(jié)所述第三電阻電路中電阻的大小，調(diào)節(jié)輸出的諧波電流信號的占空比。產(chǎn)生的諧波電流信號的占空比與頻率獨(dú)立控制，低失真度，低溫度漂移。

根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例，所述信號源電路產(chǎn)生的諧波電流信號的頻帶為1～10MHz。產(chǎn)生的諧波電流信號的頻帶為1～10MHz，頻帶寬，可以滿足更多的應(yīng)用需求。

根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例，所述電流放大電路為頻帶功率放大管MJE1503組成的甲乙類互補(bǔ)對稱功率放大電路。采用該電路進(jìn)行電流放大，帶寬為10 MHz，諧波失真小于0.01，信噪比大于95dB，失真度小。

根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例，所述調(diào)相電路包括可調(diào)電感與可調(diào)電容，所述可調(diào)電感與所可調(diào)電容串聯(lián)。通過改變電感值或者電容值來實(shí)現(xiàn)諧波電流信號的相位調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)方式簡單。

根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例，所述調(diào)相電路輸出的諧波電流信號注入至含電力電子變換器的交流電路或直流電路。

本實(shí)用新型提供的高頻諧波電流發(fā)生裝置，通過信號源電路、運(yùn)算放大電路、電流放大電路及調(diào)相電路的配合作用，可以產(chǎn)生1～10MHz的諧波電流信號，可對含有電力電子變換器的直流電路或交流電路注入高頻的諧波電流，且電流的幅值及相位可控，從而提高阻抗掃描的頻帶與精度。另外，本實(shí)用新型裝置電路簡單可靠，頻帶寬，精度高，造價低，適用于電路阻抗掃描、性能分析等工程應(yīng)用場合。

附圖說明

為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹， 應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本實(shí)用新型的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的高頻諧波電流發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)示意框圖。

圖2為實(shí)施例中信號源電路的結(jié)構(gòu)框圖。

圖3為本實(shí)施例中高頻諧波電流發(fā)生裝置產(chǎn)生的頻率為50Hz的正弦波電流信號與方波電流信號。

圖4為本實(shí)施例中高頻諧波電流發(fā)生裝置產(chǎn)生的頻率為20 kHz的兩路正弦波電流信號。

主要元件符號說明

高頻諧波電流發(fā)生裝置10；電源電路100；信號源電路200；運(yùn)算放大電路300；電流放大電路400；調(diào)相電路500。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。通常在此處附圖中描述和示出的本實(shí)用新型實(shí)施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計。因此，以下對在附圖中提供的本實(shí)用新型的實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本實(shí)用新型的范圍，而是僅僅表示本實(shí)用新型的選定實(shí)施例。基于本實(shí)用新型的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

圖1示出了本實(shí)施例中提供的高頻諧波電流發(fā)生裝置10的組成結(jié)構(gòu)，請參閱圖1，本實(shí)施例提供的高頻諧波電流發(fā)生裝置10，包括信號源電路200、運(yùn)算放大電路300、電流放大電路400、調(diào)相電路500、電源電路100。

本實(shí)施例中，電源電路100采用開關(guān)電源對信號源電路200進(jìn)行供電。

本實(shí)施例中，信號源電路200基于MAX038信號發(fā)生模塊實(shí)現(xiàn)，信號源電路200的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。MAX038的COSC引腳連接有電容，IIN引腳連接有第一電阻電路，通過該第一電阻電路提供第一輸入電流；FADJ引腳連接有第二電阻電路，通過該第二電阻電路提供第二輸入電流；DADJ引腳連接有第三電阻電路，通過該第一電阻電路提供第三輸入電流；MAX038中振蕩頻率由COSC引腳連接的電容和IIN引腳的輸入電流決定，即兩個引腳共同決定了信號源電路輸出信號的頻段，調(diào)節(jié)電容和第一電阻電路中電阻的大小調(diào)節(jié)輸出信號頻率；通過控制FADJ引腳的第二輸入電流，即調(diào)節(jié)第二電阻電路中電阻的大小，可以對輸出信號的頻率做更精確的控制與調(diào)節(jié)；通過對DADJ引腳提供的第三輸入電流的控制，即調(diào)節(jié)第三電阻電路中電阻的大小，可以對輸出信號的占空比進(jìn)行控制；MAX038芯片還連接有波形切換電路，通過波形切換電路信號的控制，可以對輸出信號的波形進(jìn)行切換。因此，采用基于MAX038的信號發(fā)生模塊，可以產(chǎn)生高頻的正弦波、方波、三角波，頻帶范圍為1 Hz至10MHz。 信號源電路的輸出信號即為諧波電流信號，由于輸出信號的頻率由電容電路和第一電阻電路決定,輸出信號的占空比由第三電阻電路調(diào)節(jié)，因此產(chǎn)生的諧波電流信號的占空比與頻率分別為獨(dú)立控制，低失真度，低溫度漂移。信號源電路200產(chǎn)生的諧波電流信號輸出給后級的運(yùn)算放大電路300。

本實(shí)施例中，運(yùn)算放大電路300基于集成運(yùn)放LM324實(shí)現(xiàn)，集成加法運(yùn)算電路、減法運(yùn)算電路及同相比例放大電路，實(shí)現(xiàn)對諧波電流信號的加法、減法、放大運(yùn)算。通過對運(yùn)算放大電路300中可調(diào)電位器的調(diào)節(jié)，可方便地調(diào)節(jié)運(yùn)算放大電路300的放大倍數(shù)，從而對信號源電路200產(chǎn)生的諧波電流信號的電壓進(jìn)行放大，并可以隨應(yīng)用場合不同，方便地調(diào)整其電壓幅值。

本實(shí)施例中，電流放大電路400采用頻帶功率放大管MJE1503組成的甲乙類互補(bǔ)對稱功率放大電路，設(shè)計功率為1 kW，電路中電阻元件采用阻值誤差在1%以內(nèi)的高精度電阻，噪聲小，高頻性能好。因此，電流放大電路400對運(yùn)算放大電路300輸出的諧波電流信號的電流進(jìn)行放大，電路帶寬為10 MHz，諧波失真小于0.01，信噪比大于95dB，失真度小。

本實(shí)施例中，調(diào)相電路500可采用可調(diào)電阻、可調(diào)電感、可調(diào)電容串聯(lián)，可調(diào)電阻用來限制諧波電流信號的幅值大小，而通過調(diào)節(jié)可調(diào)電感的電感量及可調(diào)電容的電容量，可以方便地調(diào)節(jié)諧波電流信號的相位，即實(shí)現(xiàn)諧波電流的相位可控。

本實(shí)施例提供的高頻諧波電流發(fā)生裝置10，應(yīng)用于含電力電子變換器的交流電路或直流電路時，調(diào)相電路500的輸出端連接于的電路端口，調(diào)相電路500輸出的高頻諧波電流注入含電力電子變換器的交流電路或直流電路中。

本實(shí)施例提供的高頻諧波電流發(fā)生裝置10，采用可調(diào)電感與可調(diào)電容對信號源電路200產(chǎn)生的諧波電流信號的相位進(jìn)行控制，即實(shí)現(xiàn)相位調(diào)節(jié)功能，從而信號源部分不需要進(jìn)行鎖相等復(fù)雜的數(shù)字運(yùn)算，采用一般的信號發(fā)生模塊便可以產(chǎn)生高頻的諧波電流信號，與傳統(tǒng)的諧波電流發(fā)生裝置相比，不僅提高了諧波電流的頻帶，還降低了高頻諧波電流發(fā)生裝置的成本。

請參閱圖3~圖4，為本實(shí)施例中所述高頻諧波電流發(fā)生裝置10產(chǎn)生的諧波電流信號的波形圖；從波形中可以看出，本實(shí)施例中所述高頻諧波電流發(fā)生裝置10可產(chǎn)生高頻的正弦波、方波等諧波電流，且諧波電流的幅值、頻率、相位均可控制，從而提高了阻抗掃描的頻帶及精度。傳統(tǒng)PWM調(diào)制系統(tǒng)，產(chǎn)生的諧波電流信號頻率低（小于1kHz，主要是由于開關(guān)頻率的限制所造成的），產(chǎn)生的波形不容易控制。傳統(tǒng)采用數(shù)字芯片進(jìn)行鎖相，進(jìn)而對諧波電流相位進(jìn)行控制的諧波電流發(fā)生電路，受到數(shù)字芯片計算速度的影響，注入的諧波電流的頻率也很難超過1kHz。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)施例提供的高頻諧波電流發(fā)生裝置10產(chǎn)生的諧波電流信號，控制方式簡單可靠，頻帶寬、精度高，造價低，適用于電路阻抗掃描等工程實(shí)用場合。

以上所述，僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。