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)是電動振動試驗系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，它將給定的控制信號進行功率放大以驅(qū)動振動臺設(shè)備。老的振動試驗設(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柡徒o定信號，經(jīng)控制機理作用的輸出信號決定著主電路開關(guān)管的開通和關(guān)斷。輸出濾波器將主電路輸出的 PWM脈沖波形進行解調(diào)，濾除載波信號，從而驅(qū)動振動臺。外圍保護顯示電路實時保護設(shè)備安全穩(wěn)定運行，并提供良好的人機交互界面，以方便使用者操作、維護和搜集信息。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以上大推力電動振動臺的發(fā)展為大型設(shè)備進行綜合應(yīng)力環(huán)境試驗提供了條件，也對高壓大功率開關(guān)功放提出了要求。現(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臺。另外，現(xiàn)有的開關(guān)功放控制電路都是用分立元件來實現(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。本實用新型是這樣實現(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臺連接，保護顯示電路與控制電路連接，所述的逆變電路為兩個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、 使能信號電路、錯誤信號處理電路和IGBT接口和保護電路，以及IGBT ；電源濾波器與驅(qū)動芯片連接；上電復(fù)位電路與驅(qū)動芯片連接；驅(qū)動芯片與電源濾波器、上電復(fù)位電路、死區(qū)調(diào)節(jié)電路、使能信號電路、錯誤信號處理電路、IGBT接口和保護電路，以及控制電路連接；死區(qū)調(diào)節(jié)電路與驅(qū)動芯片連接；使能信號電路與驅(qū)動芯片連接；錯誤信號處理電路與驅(qū)動芯片連接；IGBT接口和保護電路與驅(qū)動芯片連接；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現(xiàn)。如上所述的控制器可采用單片機、DSP或ARM實現(xiàn)。如上所述的PWM調(diào)制器采用集成芯片UC3637實現(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。本實用新型的有益效果是本實用新型采用由兩個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，大大加強了 PWM調(diào)制的性能和可靠性。在優(yōu)選的實施例中，采用基于驅(qū)動芯片 2SD315A設(shè)計的驅(qū)動電路，它具有很強的驅(qū)動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。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型的一種高壓大功率開關(guān)功率放大器進行介紹如圖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)實現(xiàn)?？刂齐娐放c逆變電路和保護顯示電路相連接，它接收來自濾波電路的輸出作為反饋信號、來自濾波電路的保護信號和來自外界信號發(fā)生器的給定信號，它將給定信號與反饋信號的差值信號經(jīng)過PI (比例積分)調(diào)節(jié)后進行PWM調(diào)制，然后將調(diào)制后的得到的調(diào)制 PWM信號發(fā)送給逆變電路；它根據(jù)接收到保護信號，依據(jù)設(shè)定程序進行處理，停止輸出控制信號；它還向保護顯示電路發(fā)送顯示信息。在本實施例中，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，控制器與顯示保護電路和PWM調(diào)制器連接，它接收反饋信號、給定信號和保護信號，它將給定信號與反饋信號的差值信號經(jīng)過PI(比例積分)調(diào)節(jié)，然后將調(diào)節(jié)信號發(fā)送給PWM調(diào)制器；它根據(jù)接收到的保護信號，當保護信號超過設(shè)定值時，向PWM調(diào)制器發(fā)送封鎖信號，停止PWM調(diào)制器輸出信號；它還向保護顯示電路發(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，將調(diào)節(jié)信號調(diào)制為調(diào)制PWM信號，然后將調(diào)制PWM信號發(fā)送給逆變電路；它還接收控制器的封鎖信號， 收到封鎖信號后停止輸出調(diào)制PWM信號。如圖2所示，PWM調(diào)制器采用集成芯片UC3637實現(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，實現(xiàn)調(diào)節(jié)信號升壓，并將升壓后的信號發(fā)送給集成芯片 UC3637的一個輸入端。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，它的輸出端與第二升壓電路連接；它實現(xiàn)調(diào)節(jié)信號的反向。第二升壓電路與反向器和集成芯片UC3637連接，對接收到的信號進行升壓，并將升壓后的信號發(fā)送給集成芯片UC3637的另一個輸入端。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)送的信號和載波信號，將升壓電路發(fā)送的信號與載波信號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， 采用基于運放的升壓電路，將兩路調(diào)制波的平均值升至7. 5V。本實用新型采用由集成芯片UC3637實現(xiàn)的PWM調(diào)制器，具有電路結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠的特點。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)計幅值和頻率，占空比從0到100%全程覆蓋，大大加強了 PWM調(diào)制的性能和可靠性?？刂破骺刹捎脝纹瑱C、DSP、ARM或其它智能處理芯片實現(xiàn)。升壓電路可采用現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)。逆變電路為兩個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，根據(jù)調(diào)制PWM信號驅(qū)動IGBT 開通或關(guān)斷，進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)送保護信號。在本實施例中，如圖3所示，逆變電路包括驅(qū)動芯片、電源濾波器、上電復(fù)位電路、 死區(qū)調(diào)節(jié)電路、使能信號電路、錯誤信號處理電路、IGBT接口和保護電路，以及IGBT。電源濾波器與驅(qū)動芯片連接，為驅(qū)動芯片提供穩(wěn)定的直流電源。經(jīng)過精確計算的阻容網(wǎng)絡(luò)用來產(chǎn)生死區(qū)時間，以防止IGBT半橋直通。它可采用現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)。上電復(fù)位電路與驅(qū)動芯片連接，它為驅(qū)動芯片提供上電復(fù)位信號。它可采用現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)。死區(qū)調(diào)節(jié)電路與驅(qū)動芯片連接，它為驅(qū)動芯片提供死區(qū)時間，防止IGBT橋臂出現(xiàn)直通現(xiàn)象。它可采用現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)。使能信號電路與驅(qū)動芯片連接，它為驅(qū)動芯片提供使能電平，決定著芯片是否輸出PWM驅(qū)動。它可采用現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)。錯誤信號處理電路與驅(qū)動芯片連接，它將驅(qū)動芯片檢測到的錯誤信號作為保護信號傳送給控制電路。在本實施例中，由于錯誤信息總是保存在驅(qū)動芯片2SD315A的故障寄存器中，將驅(qū)動芯片2SD315A的輸出驅(qū)動故障信號接回復(fù)位端，這樣可以在故障排除后自動清除錯誤信號。它可采用現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)。IGBT接口和保護電路與驅(qū)動芯片連接，它接收來自驅(qū)動芯片的驅(qū)動信號，并將其提供給IGBT。它可采用現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)。驅(qū)動芯片與電源濾波器、上電復(fù)位電路、死區(qū)調(diào)節(jié)電路、使能信號電路、錯誤信號處理電路、IGBT接口和保護電路，以及控制電路連接?？刂齐娐份敵龅恼{(diào)制PWM信號從驅(qū)動芯片2SD315A的INA端輸入，從INB端輸入使能信號，以便在快速封鎖驅(qū)動信號，保護設(shè)備安全。驅(qū)動芯片2SD315A輸出的兩路驅(qū)動信號經(jīng)過接口和保護電路分別驅(qū)動IGBT半橋模塊的兩個開關(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)動信號，輸出PWM脈沖波形給濾波電路。它可采用現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)。基于驅(qū)動芯片2SD315A設(shè)計的驅(qū)動電路具有很強的驅(qū)動能力和很高的隔離電壓能力。2SD315A僅用單一的15V電源驅(qū)動，開關(guān)頻率大于ΙΟΟΚΗζ，內(nèi)部集成過流保護電路， 并具有多功能、低成本、易使用、高可靠性和長壽命等特點。濾波電路與逆變電路和振動臺連接，它將逆變電路輸出的PffM脈沖波形進行解調(diào)，濾除載波信號，驅(qū)動振動臺振動，它可采用現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)。 保護顯示電路與控制電路連接，它向控制電路發(fā)送保護信號，并將控制電路發(fā)送的顯示信息進行顯示。它可采用現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)。 本實用新型采用由兩個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，大大加強了 PWM調(diào)制的性能和可靠性。在優(yōu)選的實施例中，采用基于驅(qū)動芯片 2SD315A設(shè)計的驅(qū)動電路，它具有很強的驅(qū)動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、和振動臺連接，保護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 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、使能信號電路、錯誤信號處理電路和IGBT接口和保護電路，以及IGBT ；電源濾波器與驅(qū)動芯片連接；上電復(fù)位電路與驅(qū)動芯片連接；驅(qū)動芯片與電源濾波器、上電復(fù)位電路、死區(qū)調(diào)節(jié)電路、使能信號電路、錯誤信號處理電路、IGBT 接口和保護電路，以及控制電路連接；死區(qū)調(diào)節(jié)電路與驅(qū)動芯片連接；使能信號電路與驅(qū)動芯片連接；錯誤信號處理電路與驅(qū)動芯片連接；IGBT接口和保護電路與驅(qū)動芯片連接； 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、 DSP或ARM實現(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臺連接，保護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IGBT半橋模塊所組成的全橋逆變電路。本實用新型采用由兩個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，大大加強了PWM調(diào)制的性能和可靠性。
文檔編號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, 北京航天斯達新技術(shù)裝備公司